Способ распознавания изображений и устройство для его осуществления

СОЮЗ СОЕЕТСНИХывэлпщепюкРЕСПУБЛИК А 1 7/18 594 Н ИСАНИЕ РЕТЕНИЯ ИДЕТИЗЬСТВ СНОМ КА ИЗОБРАЖЕОСУЩЕСТВЛЕ Н ОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ(57) Изобретение обеспечивает повышение достоверности распознавания.Исходное оптическое изображениепреобразуется в видеосигнал, который дискретиэируют, квантуют на иуровней и разделяют видеосигнал (ВС)на и составляющих по уровням кван-тонання. Далее осуществляют преобразование ВС путем последовательныхамплитудной модуляции л составляющих ВС дискретно нарастающим сигналом, амплитудной модуляции каждойсоставляющей ВС, соответствующейсоставляющей первого эталонного сигнала (ЭС), накопления каждой составляющей амплитудно-модулированногоВС, уменьшения каждой составляющейнакопленного ВС на величину составляющего второго ЭС, формированияраэностного сигнала ошибки, детектирования его и накопления. Этб осуществляют Р раэ. Преобразованный таким образом ВС сравнивают с порогом.Результат сравнения накапливают и238269осуществляют,.дополнительное порого- первого ЭС, умножители 11, накапливое сравнение. Устройство, реализу- ващцие сумматоры 12, вычитатели 13;. ющее спооеоб, включает блок 1 коор- запоминающие блоки 14 второго ЭС, дииатного опроса, блок 2 привязки коммутаторы 15 и 16блок 17 вычитан усиления, дискретизатор 3, компа- ния, блок .18 определения, модуля, раторы 4, блоки 5 совпадения, счет- выходной накапливающий сумматор 19, чики 6 и 21, синхронизатор 7, блок пороговые блоки 20 и 23, делитель 8 программных установок, измеритель частоты. 2 с и 4 э.ц. ф-лы, 6 ил. ный блок 9, запоминающие блоки 10Изобретение относится к технической кибернетике, в частности кобласти автоматического распознавания образов, и может быть использовано для распознавания и классификации в реальном масштабе времени сложных изображений объектов и .препаратов.Целью изобретения является повышение достоверности распознавания. О,На фиг1 представлена структурная электрическая схема устройства.для расйознавания изображений нафиг. 2 - порядок преобразований оптического изображения в видеосигнал 5и его дискретизации; на фиг. 3 распределение видеосигнала эталонного изображения", на фиг, 4 и 5, - распределение видеосигналов соответственного первого и второго эталонных сигналов, на фиг. 6 - диаграммы,поясняющие работу устройства,Способ распознавания изображенийзаключается в следующемИсходное оптическое изображение 25преобразуют в электрический видеосигнал посредством, например, телевизионного датчика, Этот видеосигнал дис"кретизируется таким образом, чтосигнал в поле зрения телевизионного 30датчика может быть представлен в виде.последовательности элементарных(дискретных) значений видеосигналаО(с), расположенных в порядке, показанном на фиг. 2, Операции дискретизации по строкам предшествует операция равномерного квантования, дляосуществления которой определяют максимальный и минимальный уровни видеосигнала и равномерно располагают иуровней квантования в интервале экст2 ремальных уровней. Для х-го уровня квантования (.1,2. п) дискретный видеосигнал будет единичным, т.е. Р (с) 1, если О(с)О . +1 ьО О(й ), где с - номер дискрета, пропорциональный интервалу времени от начала отсчета до момента появления сигнала О(й. ), соответствующего дискретному сигналу О(с); ьО - минимальный уровень видеосигнала; 6 О - шагО -О квантования ь О вал хщы ЭиДискретный квантованный видеосигнал эталонного сигнала (фнг. 3),описывается функцией: 1 для сайф, 11 5, 21-25,31-35, О для остальных 1 с, э 1 для с 1-3,5,1-13,5,21-23.,2531-33, 35,0 для остальных с, рф( ) 1 для.1 с, 1-3, 11 13,21-23,31-33 3 10 для остальных,1 с; 1 для 1 с=1,2,11,2,21,22,3,32,О для остальных 1 с.Эталонные коэффициенты Я(.) об-ратно пропорциональны числу единичных дискретных сигналов для -го уровня квантования, т.е. С(1)- -Ц(2) -.- .; Я(3) -1 1 1 20612 (1(4)8Сигналы для каждого-го уровня квантования, пропорциональные взвешенным моментам первого порядка дискретного видеосигнала на-и уров238269 нс квантования, для эталонного сигнала равны: 1 с Р. (1 с) Ч(з,)1 с Г, (1 с) с 1(1). 8 К:1 1 ооЫ,- , 1 Р,(1) 0(3)щ 7; К:1 1 ооЪф,1 с Р (1 с) Я(4) 16,5. К=1 з. М М,Кф 1 1 оо яф=К=) 1 оо1 с Р (1 с) Ч(2)щ 17,751 4Далее согласно предлагаемому способу вычитают иэ полученных сигналовэУ. сигналы Ъ т,е.щ. -ЦДля 0,(1) (Фиг. 4) получают: Ч 73-18 55; Ч 72,5-17,75 55Ч 72-17 щ 55; с 71,5-16,5 щ 5.Сигнал отличия исходного и эталонного изображения 8 формируют путем попарного вычитания один из другого по принципу "каждый с каждым" полученных модулей разностей Ч", определения модулей результатов и их суммирования, т,е.Таким образом, формируют эталонные коэффициенты и сигналы для уровней квантования, пропорциональ ные взвешенным моментам первого по, рядка дискретного видеосигнала эта-. лонного сигнала.Для предъявляемого к распознаванию иэображения аналогичным об разом выполняют операции преобразования в электрический сигнал П(1 с), выделения экстремальных уровней видеосигнала П и 1 ., дискретизации поля изображения на Ящ 100 дис кретов, квантования видеосигнала. на пщ 4 уровня с шагом ьП, формирования для каждого 1 го уровня квантования сигнала У пропорционального взвешенному моменту первого порядка дис кретного видеосигнала на данном уровне квантованияДискретный кваитованный видеосигнал исходного изображения, распределение видеосигнала которого приведено на фиг, 4, . 4 О представляющего собой смещение эталонное, описывается функцией: Р 1 с 1 для 1 сщ 56-60,66-70,76-80,86-90, О для .остальных 1 с;451 для 1 сщ 56-58, 60, 66-68, 70, 2 76-78, 80, 86-88,90) 0 для остальных 1 с;1 для 1 с 56-58,66-68,76-78, 86-88) 500 для остальных 1 с; р (1)для 1 сщ 56 ф 57 эббю 7 бь 76 ф 86 ю 87,10 для остальных 1 с; Сигналы Ы,щ 1 с Р (1 с) Я(д)щ 55 1 с Е (1 с) Ц(д определяют аналогичФ но сигналам У., а именно: 1, 73;фщ 72 ф 75 8ЭЧ. -Ч, 1 Ч -Ч,+ Ч,-Ч + + 1 Ч,-Ч,1 "+ Ч+Ч, + 1 Ч,-Ч,1 + Ч,-Ч,+ +Ч,-Ч, +Ч,-Ч, + 1 Ч,-Ч, +Ч,-Ч,+Ч, Ч, Ч, Ч .ЧЧ, Ч, Ч,1+ + ЧЧ+Ч Подстановка в это выражение полученных Ч. дает в .результате ЗщОСравнение полученного. сигнала с пороговым сигналом показывает превышение порогового сигнала над сформированным сигналом отличия.Повторение операций способа в Р периодах (кадрах) видеосигнала исходного изображения дает в сумме Р превьаений порогового сигнала над мерой отличия 8. Сравнение числа Р с пороговым числом СР приводит к принятию решения о соответствии исходного и эталонного изображений (фиг. 5). Выполнение операций способа дает следуюшие результаты:У, 73; И,щ 72,5; М, 72,667; У 72;Ч 55 с щ 54,75 с щ 55,667с 1щ 5,5;Ящб,502.В случае правильного выбора порогового сигнала его сравнение с величиной. сигнала отличия дает нулевой результат. Повторение операций в Р периодах видеосигнала изображения приводит к принятию решения об отличии исходного изображения от эталонного.Способ позволяет дополнительно формировать сигнал Е, пропорциональный смещению опознанного изображения относительно эталонного, равныйщЕ. Чпь 1Для видеосигнала согласно фиг,4,й 55, что соответствует числу дис 3кретов (координатам), на котороесмещена каждая точка опознанногоизображения относительно эталонного,Устройство для распознаванияиэображения (фиг. 1) содержит блок1 координатного опроса, блок 2 привязки и усиления, дискретизатор 3,компараторы 4-1-4-п,блоки 5-1-5-исовпадения, первый счетчик 6, синхронизатор 7, блок 8 программныхустановок, измерительный блок 9,запоминающие блоки 1 О-10-и первого эталонного сигнала; умиожители11-1-11-п, накапливающие сумматоры12-1-12-п,вычитатели 13-1+ЗЭ-.п, запоминающие блоки 14-1-14-и второгоэталонного сигнала, первый и второйкоммутаторы 15 и 16, блок 17 вычитания, блок 18 определения модуля,выходной накапливающий сумматор 19,;первый пороговый блок 20, второйсчетчик 21, делитель 22 частоты ивторой пороговый блок 23.Блоки 5-1-5-и совпадения могутбыть вьптолнены, например, на элементах И, число которых в каждом блоке 5-1-5-п равно разрядности первого счетчика 6. Первые входыкаждогоэлемента И соединены с соответствующим выходом. одного из разрядов первого счетчика 6, а вторые входы элементов И объединены и,на них подается выходной сигнал соответствующего компаратора 4-1-4-п.Блок 18 определения модуля .представляет собой -схему преобразователя прямых н дополнительных двоичныхвходных кодов в прямой код и можетбыть выполнен на последовательномсоединении элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИи сумматора. Первый и второй коммутаторы 15 и 16 для каждого напримерпервого, разряда входной информации, представляют собой синхронныйкоммутатор ц1. Каждый из его И входов соединен с первым разрядом одного из п первых вычитателей 13-113-и. Коммутация входов на одинвыход осуществляется синхронно с импульсами синхронизации. Последовательность переключения входов жестко задана структурой коммутатора.По импульсу на входе сброса осуще-.ствляется начальная предустановка, 50 компараторов 4-1-4-п, уровни срабаты вания любых соседних из которых от 55 5 10 15 20 25 30 35 40 45 т,е, подключение к выходу строго определенного входа, На выходе синхронизации первого коммутатора 15 сигнал появляется после коммутации последиего входа. Далее процесс коммутации циклически повторяется,Устройство работает следующим образом,Перед началом координатно"временного опроса яркостного рельефа иэображения блоком 1 координатного опроса осуществляемого по синхрониэирующим импульсам (фиг. 6), первый счетчик 6 устанавливается всостояние "О". Синхронизатор 7 генерирует непрерывную последовательностьимпульсов (фиг. 68), синхронную с синхроимпульсами блока 1 координатного опроса (фиг, ба). Блок 8 программных установок формирует на втором выходе импульс установки "О" (фиг, 66), который обнуляет содержимое накапливающих сумматоров 12;1-.12-п, выходного накапливающего суь" матора 19 и устанавливает в начальное состояние первый и второй коммутаторы 15 и 16, так, что первый и второй входы блока 17 вычитания подключаются к выходам соответствующих вычитателей 13-1-13-п.Винтервале времени О-С (фиг,б) блок 1 координатного опроса производит координатно-временной опрос яркостного Рельефа иэображения. Сигналс его выхода усиливается и привязывается по уровню в блоке 2 привязкии усиления, причем коэффициент усиления задается с первого выхода блока 8 программных установок по измеренному измерительным блоком 9 размаху выходного сигнала блока 2 привязки и усиления. В дискретизаторе3 видеосигнал дискретиэируется спериодом, определяемым периодомимпульсов на тактовом. входе с выходасинхронизатора 7 (фиг. 6 Б), Дискретизированный видеосигнал с выхода дискретиэатора 3 поступает на входы личаются на шаг квантования ьц, Выходные сигналы компараторов 4-14-и поступают на первые входы соответствующих блоков 5-1-5-и совпадения,на вторые входы которых поступаеткод номера дискрета (или координата)с первого счетчика б. Каждый блокЗО 5-1-5-и совпадения осуществляет логическое. умножение,коца координатыЕ на единичный дискретный видеосиг-нал соответствующего уровня 1 Ф)квантования с выхода компаратора . 54-1-4-и. На выходах блоков 5-1-5-исовпадения образуются. сигналЫ (коды),пропорциональные моментам первогопорядка единичного дискретного видеосигнала каждого иэуровней кванто 10вания, Эти сигналы в умножителях 111-11- и умножаются на соответствующиеэталонные коэффициенты с выходов соответствующих запоминающих блоков10-1-10-ь, обратно пропорциональные 15плотностям распределения видеосигнала эталонного изображения по уровням квантования Я(Ц, суммируютсяв соответствующих накапливающихсумматорах 12-1-12- синхронно с 20импульсами синхронизации (фиг. 66)на входах синхронизации, К концукоординатно-временного опроса (моментфиг. 6) в этих накапливающих сумматорах образуются сигналы,пропорциональные взвешенным моментам первого порядка дискретного видеосигнала на соответствующем уровнеквантования У111 - 1. Е (1 с)Як:В интервале времени С -й посинхронизирующим импульсам (фиг.бо)первый счетчик 6 устанавливается всостояние "0", на выходах запоминающих блоков 10-1-10-и появляютсянулевыекоды, а на выходах запоминающих блоков 14-1-14-п появляютсясигналы (коды), пропорцйональныевзвешенным моментам первого порядка щэталонногоизображения для соответствующего уровня квантования У .При этом .содержимое накапливающихсумматоров 12-1-12-и не увеличивается.(так. как на его входах нулевые 415сигналы), а на выходах вычислителей13-1-13-и"образуются разности сигэналов Ми ЯЧ фМ -М.,В50,Коммутаторы 15, 16 по импульсамсинхронизации с третьего выхода блока 8 программных установок (фиг.бг)подключают выходы вычитателей 13-113-к на первыйи второй входы блока 5517 вычитания, осуществляя переборвсех возможных сочетаний ь(3) сигналов уровней кванТования, Число формируемых разностей на выходе блока 17 вычитания равно числу синхронизирующих импульсов с третьего выхода блока 8 программных установоки равно числу перестановок изпо 2. Сигнал с выхода блока 17 вычитания через блок 8 определения модуляпоступает на вход выходного накапливающего сумматора 19, где образуется к иоменту с сигнал отличия ис 2ходного и эталонного иэображений 8о8"Е Е)Ч, -Ч,Если исходное изображение есть несмещенное эталонное, то Ч, 0 и 8 О. Если исходное иэображение есть смещенное эталонное, то все У отличаются отна одинаковую величину К, пропорциональную смещению Ч,Е, а 8 О. Если исходное иэображение отличается от эталонного, то Ч ФЧ и 81 О. В первом пороговом блоке 20 осуществляется сравнение сигнала 8 априорно определенным, фиксированным. для данного эталонного иэображения, сигналом порога С; Если сигнал порога С больше илк ра вен сигналу отличия 5 с выходного накапливающего сумматора 19, то на выходе первого порогового блока 20 появляется сигнал логической и второй счетчик 21 увеличивает содержимое на единицу. После окончаниясинхроиизирующего импульса (фкг.ба) на выходах запоминающих блоков 0-1 1 О о вновь появляются сигналы эталонных коэффициентов, на выходах запоминающих блоков 14-1-14-и появляются нулевые сигналы, коммутаторы 5,16 по импульсу с второго выхода блока 8 программных установок (фиг,бб)устанавливаются в начальное состояние, Содержимое накапливающих суима торов 12-1-12-и и выходного иакап"ливающего сумматора 19 сбрасывает ся в "О", и блок 1 координатного опроса начинает новый цикл координатно-временного опроса яркостного рельефа того же изображения. К концу второго синхроимпульса (фиг.ба) в выходном накапливающем сумматоре 19 вновь формируется сигнал отличия 8, который сравнивается в первом поро говом блоке.20 .с сигналои С, и в случае превышения С 3 8 второй счетчик21 вновь увеличивает содержимое каединицу. Далее процесс повторяется .Р циклов. К моменту С (фиг. 6) вовтором пороговом блоке 23 выполняется сравнение содержимого второго счетчика 21 с пороговым числом М, которое меньше или равно Р и определяется априорно и постоянно для данного эталонного изображения. Если М больше числа единиц, подсчитанных вторым счетчиком 21, то на выходе второго порогового блока 23 появля ется сигнал логической "1", характеризующий соответствие исходного изображения эталонному. Делитель 22 формирует импульс сброса второго счет 1- чика 21 (фиг, бд), и устройство го тово для распознавания следующего изображения.Величина сигнала первого порога С определяет допустимую степень отличия исходных изображений от эталон ного, а порог М определяет допустимую степень отличия в вероятностном плане. Иороги взаимозависимы, существует их оптимальное соответствие для требуемых вероятностей пра- . 25 вильного опознавания и ложного отождествления.Устройство может формировать сигнал, пропорциональный координатам опрзнанного иэображения, Для этого 30 в него необходимо ввести сумматор выходных сигналов вычитателей 12-1- 12-н и делитель образованной суммы на фиксированное число и.35 Фо рмула изобретения 1. Способ распознавания иэображе ний, включающий периодическое последовательное преобразование исходного 40 оптического изображения в видеосигнал, дискретизацию видеосигнала во времени, квантование видеосигнала на и уровней, разделение видеосигнала насоставляющих по уровням кван тования, преобразование видеосигнала в пороговое сравнение преобразованноговидеосигнала, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью повышения достоверности распознавания, 50 преобразование видеосигнала осуще- ствляют . Р раз, после порогово го сравнения преобразованного видеосигнала осуществляют накопление с последующим дополнительным порого вым сравнением, при этом преобразова-. ние видеосигнала выполняют путем последовательных амплитудной модуляции составляющих видеосигнала дискретно нарастающим сигналом, амплитудной модуляции каждой изи составляющих видеосигнала, соответствующей составляющей первого эталонного сигнала, накощГендя каждой составляющей амплитудно.-модулированного видеосигнала, уменьшения каждой .йз н составляющих накопленного видео- .сигнала на величину соответствующейсоставляющей второго эталонного сигнала, формирования разностного сигнала ошибки, детектирования сформированного сигнала ошибки и его накопления,2. Способ по п. 1, о т л и ч аю щ ий с я тем, что дискретно наФрастеканий сигнал формируют еинфаэнос видеосигналом, а его амплитудапропорциональна временному положению .текущего днскрета видеосигнала.3. Способ по и, 1, о т л ич а ю щ и й с я тем, что каждаясоставляющая первого эталонного сиг"нала обратно пропорциональна плотности распределения видеосигнала эталонного изображения на соответствующем уровне квантования4. Способ по п. 1, о т л н ч аю щ и й с я тем, что каждая составляющая второго эталонного сигнала пропорциональна взвешенному моменту первого порядка дискретноговидеосигнала эталонного изображениядля соответствующего уровня кванто.вания,5. Способ по п. 1, о т л и ч аю щ н й с я тем, что формированиеразностного сигнала ошибки осуществляют в соответствии с формулойЯ=У Е:1(1.-с 1,1 з 134где 8 - раэностной сигнал ошибки;ях(З) - уменьшенная -я (1-я) составляющая:накопленногв,видеосигнала;1(1) - порядковый номер составляющей видеосигнала;и - число составляющих видеосигнала.6. Устройство для распознаванияиэображений, содержащее последовательно соединенные блок координатного опРоса, блок привязки и усиления,измерительный блок н блок программных установок, первый выход которого соединен с управляющим входом бло12 ка привязки и усиления, дискретиэатор, информационный,вход которого соединен с выходом блока привязки н усиления, тактовый вход - с выходом синхронизатора, а выход - с входами л компараторов, выход каждого из которых подключен к первому входу соответствующего блока совпадения, накапливающих сумматоров, запоми-нающих. блоков первого эталонного сигнала, последовательно соединенные выходной накапливающий сумматор и перный пороговый блок, о т л и ч а" ю щ е е с я тем, что, с целью повыщения достоверности распознавания, введены и умножителей, ь вычитате.лей,запоминающих блоков второго эталонного сигнала, первый и второй коммутаторы, первый и второй счетчики, блок вычитания, блок определения модуля, второй пороговый блок и делитель частоты, при этом первый вход каждого умыожителя подключен к выходу соотнетстнукщего блока совпадения, второй вход - к выходу соответствующего запоминаю" щего блока первого эталонного сигнала, а выход - к информационному входу соответствующего накапливающего сумматора, первый вход каждого нычи- . тателя подкМочен к выходу соответствующего накапливающего сумматора, второй вход - к выходу соответствующего запоминающего блока второго эталонного сигнала, а выход - к соответствующему входу первого и второго коммутаторов, выходы которых соединены соответственно с перным и вторым входами блока вычитания,38269 12ныход которого череэ блок определения,модуля подключен к информационному входу выходного накапливающегосумматора, вторые входы блокон сов 5 падения объединены и подключены к. выходу первого счетчика, тактовыйнход которого объединен с входамисинхронизации накапливающих сумматоров, первым входом синхронизации1блока программных установок и подключен к выходу синхронизатора,, входы сброса накапливающих сумматоров, первого и второго коммутаторов и выходного накапливающего сумматора объединены и подключены квторому выходу блока программныхустановок, третий выход которогоподключен к входу синхронизациивыходного накаплинающего сумматораЫ и входу синхронизации первого ком -мутатора, выход синхронизации которого соединен с нходои синхронизации второго .коммутатора, причемтактовый вход второго счетчика сое 25 динен с выходом первого пороговогоблока, вход сброса - с выходом де;лителя частоты, выход - с входомвторого порогового блока, выходкоторого является выходом устройЭО стна, а вход делителя частоты объединен с входами запоминающих блоков .первого эталонного сигнала, запоминающих блоков второго эталонногосигнала, с нходои сброса первого5 счетчика, с вторым входом синхронизации блока программных установок,входом синхронизатора и подключенк выходу блока . координатногоопроса,41238269 Фьс. юСоставитель Т.АфанасьевТехред И.Ходанич Келемеш Редак орректор Л;Па акаэ 3306/59 В 33 олиграфическое предприятие, г. Ужгород ул. Проектная,иэводственн Тираж 624ИИПИ Государственног по делам иэобретений , Москва, Ж, Рауш комитет и открыт кая наб. ПодписноеСССРд. 4/5