Устройство для выделения прямолинейных элементов контура изображения

СО 1 ОЗ СОНЕТСКЮСОЦИАЛИСТИЧЕСКИРЕСОУБЛ 1 1 Н ЯО 28 йе 5115 С О 0 ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ астся к автоматике относит й техни для расп польэон кого ац Изобретение 1 числительн ности обрае, н ча ознава к устрои стваможет и ться в ализа изображепрямолинейныхклого изображе матиче мах а распознавания в контура вып ия для лемецт изобретенитройства. повышение точ ности усНа фи нальная схема бл координа числения ма блока на фуцкциона фиг. 3 -опорных а блока выставл г.1 и 2 пре схема устро ока формиро т; на фиг.4 расстояний вычи сл ец 1 я тва ния схе г 5 - схециентсв,ца коэйОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЦТИПРИ ГКНТ СССР А ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(56) Авторское свидетельство СССР 9 926691, кл. С 06 К 9/00, 1982.Авторск",е свидетельство СССР 9 873252, кл. С 06 К 9/00, 1981.(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВЫДЕЛЕНИЯ ПРЯМОПИНЕИНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ КОНТУРА ВЫПУКЛОГО ИЗОБРАЖЕНИЯ(57) Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике, в ч ности к устройствам для распознавани обазов, и может исгсльзоваться в систелах автоматического анализа изображений для распознавания прямолинейных элементов контура выпуклого цэсб- ажсния, Цель изобретения - повышение 1 сч:сети устройства эа счет устранения погр.шцости, обусловленной дискрет - костью набора углов нклона. Устройство содержит телевизионный датчик, элемент задержки. блок ны штацц, два порсговых элемента, два трнгера, дна элем нта И, пять элементсв И%1, генератор импульсоь, три делителя частоты, три счетчика, дна блока элементов И, блок памяти, два р гцстра, блок формирования спсрцых координат, блок ньцис- д леция коэффициентов и группу блоков ны. числения расстояний, 3 з.п, ф-лы,Устрой,.тво (фиг 1) содержит теле- Я визионный датчик 1, элемент 2 задерж- (,"Е ки, первый блок 3 вычитания, первы 1пороговый элемент 4, второй пороговый ф 1 элемент 5, первый триггер 6 первый 7 (ф и нторои 8 элементы И, первый элемент ИЛИ 9, генератор 1 О импульсов,первый 11, второй 12 и третий 13 делители частоты, счетчик 1 тактовых ф импульсон, счетчик 15 строчных импчльсов, второй элемент ИЛИ 16, счетчик17 числа точек, первый 18 и второй19 блоки элементов И, блок 20 памяти, третий элемент ИЛИ 21, регистр 22 координаты Х, регистр 23 косрдинаты У, второй триггер 24, четвертый элемент3 ле О расмой,АО (ХО,УОя уравнеои геометрии следую 55 Л 2-т 1)-(т 1 Х 2-2 Х 1) 6щим образомУО(Х 2-Х 1)- Ь ИЛИ 25, блок 26 формировапя опорныхкоординат, блок 27 вычисления коэффициентов, группу блоков 28 вычислениярасстояний, пятый элемент ИЛИ 29.Блок формирования опорных координат (фиг,З) содержит первую 30 и вторую 31 группы элементов И, первую 32и вторую 33 группы элементов ИЛИ, регистр 34 координаты Х, регистр 35 ко-ординаты У,Каждый из группы блок вычислениярасстояний (фиг.4) содержит первый36 и второй 37 регистры, первьл 38и второй 39 цифроаналоговые преобразо.вателц 39, первый 40 и второй 41 умножителц, первый 42 и второй 43 вычитателц, норогоный элемент 44,Блок вычисления коэффициентов(фиг.5) содержит первый 45, второй 246, третий 47 и четвертый 48 цифроаналоговые преобразователи, первый ум 1ножцтель 49, первый вычитатель 50,второй умцожитель 51, третий вычитатель 52, второй вычцтатель 53, первый 254 ц второй 55 квадраторы, сумматор56, Функциональный преобразователь57, первый 58, второй 59 и третий 60елители, триггер 61, элемент И 62,одновибратор 63. 3Работа устройства основана ца следующих математических зависимостяХ.Согласно условиям принадлежностиэлемента контура изображения прямолинейному элементу задаются координаты элементов контура изображенийА 1 (Х 1,71), А 2 (Х 2,72) и АО (ХО,УО),при х 1(УО(У 2, причем считают, чтоэлемент АО принадлежит прямолинейному элементу, соединяющему эменты А 1 и А 2 в том случае, еслистояние от этого элемента до пряпроведенной через элементы А 1 и А 2,не превышает некоторого значенияЙВ 1 Ьх. УРаВНЕЦИС ПРЯМОЙ, ПРОХОДЯЩЕЙ 4через элементы А 1 (Х 1,71) и А 2 (Х 2,72)запишется следующим образом:х-х х-х 1хг-х 1 = хг-х 1или У(Х 2-Х 1) - Х(72-71) - (У Х 2-72 Х 1)=0,Расстояние д от точки )Запишем это выражение так1 о -гОр-Хоя-КюХ 2-Х 1гдеР 1 (2) х 2-х 1ци(х 2" х 1) + (Х 2-Хх 1 Х 2-х 2 Х 3) Если днадлежитдцняющему72). элемент АО(ХО,гО) приямолинейному элементу, со лементы А 1(Х 1,У) и А 2(Х 2 о работает следующим стро аз В цачальныи момент времени все счетчики обцудены, ца прямых выходах триггеров установлены нулевые сигналы. С началом анализа иэображения генератор 10 импульсов вырабатывает последовательность сицхроимпульсов дня работы телевизионного датчика 1, Поде анализируемого иэображения просматривается в соответствии с законом тедевизиоццой развертки: слева направо, сверху вниз, В нервом блоке 3 вычитания последовательно вычисляется разность амплитуд, задержанных элементом 2 задержки сигналов,и цезадержанцых сигналов с выхода телевизионного датчика 1. Эта разность затем подается в первый и второй пороговые элементы 4 н 5,.11 ервый пороговый элемент 4 срабатывает в случае превышения установленного порога при переходе от более яркого изображения к более темно" му, т.е. типа 0 в ", второй пороговый элемент 4 - при переходе от более темного изображения к более яркому, т.е. типа "1" -"0"Таким образом, на вы:одах пороговых элементов 4 ц 5 появятся сигналы в моменты пересечения электронным лучом контурного элемента иэображения. Сигналы с выхода генератора 10 импульсов, частота которых первым делителем 11 частоты преобразовывается в частоту тактовых импульсов, поступают на счетный вход счетчика 14 тактовых импульсов, который подсчитывает координату Х контурного элемента, Кроме того, импульсы с выхода первого делителя 11 частоты через второй делитель 12 частоты, имеющий коэгЪфициент деления, равный числу элементов строки кадра, через второй элемент ИЛИ 16 поступают ца вход счетчика 15 строчных импульсов,16280 1 О 35 который .эдсчитьвне г коэрд пэтконтурного элемен-а и н;, вход треть- го делителя 13 частэть имеющего коэффициент деления, равный количеству строк кадра.Выделение прямопинейих элементов контура выпуклого изображения осуществляется в два этапа,. На первом этапе выдепяются э 1 емеиты леной половины контура, т, , элементы, лвые соседние элемент: которых нулевые. В момент, когда электро:чый луч пересе1 кает пе р е пад я р кс т и ти и а 0 -1 на вых оде первого и ор о го во г с эл еь е ита 4 поя цл я е т с я и иапо р ма циоиный си гн ал . Си г н ап ура н и "" и а инверсном выходе и е р ц о г э тр и г г еа 6 ,да е т в о зможнэст пройти инэрьэцпониоу сигналу через и рный ээемеи 7 ид 20 выход первсэ зе сит",И Ч. 3зт сигнал дает разрез ни. и запись н регистр 22 к ярда 1 ы Х эиаченин счет:,ика 14 тактовьх импульсов и в регистр 23 координатыэпчпи счет чика 15 строчных импульсэн, унепичивается иа ециницу значение с:етчика 17 числа точек, устаиавнннает тс.не - зионньпй датчик 1 н пэложепи; нч;па следующей стрски га г ртки, обиупет 30 сче.чик 14 тактэньх импульсэн, увеличивает через второй опмент ИИ 16 иа единицу значатие счетчика 15 строчных импульсов,В момент, когда эпектрэнпый луч прн сканиронании впервые пересекает перепад яркости, нторой триггер 24 не изменяет сноегс сс сониия и через четвертый элеьент ИП 25 иа ныходах разрешения записи первого и нторого 40 регистров 36 и 37 блока 26 формирования опорных координат установится сигнал разрешения записи. Сигнал инверсного выхода второго триггера 22 дает возможность- пройти иформации с регистра 22 координаты Х через первую группу элементов33 блока 26 формирования опорных координат и первую группу элементон . 32 блока 26 в регистр 34 координат Х блока 26, а с регистра 13 координаты У через вторую группу эгементов И 3 блока 26 формирования опорных координат и вторую группу элементов ИЛИ 31 блока 26 в регистр 35 координат 1 блока 26 формирования 6 порных координат.При втором пересечении электронным лучом перепада яркости на выходе числа "2" счетчика 17 числа точек, соед 69 6и е ином с нх эдом у . тано в ки 1 второготриггера 2 4, появляется и г иал , в р еэ ул ь т ат е чего на инверсном выходе в т орого триггера 2 4 сигнала не будет иинформация с регистра 2 2 координаты Хи регистра 2 3 координаты Т н е перепише т ся соответственно в регистр 3 4 к оор дин а ты Х в регистр 3 5 координаты Ублс к а 2 6 формирования опорных коорди н а тПри третьем пересечении эл ектронымлучом перепада яркости сче тчч к 1 7числа точек устанавливает единичныйуровень н а выходе числа3" , включ а е т этим сигналом триггер 6 1 блок а 2 7 вычисления коэффициентов , наобоих в ходах элемента И 6 2 блока 2 7ныч сл е ния коэффици енто в ус та навли аю. с я единичные си г нанысигнал нае т о . шкоде н ключ а ет од но вибр а тор 6 3блока 2 7 нычи с:л ени я коэффициентов,который , создавая кр а тк овр еме нный ими ул ь с , позволяет переписать к оординаты предыдущего элемента и з регистра 2 2корднаты Х и регистра 23 координаты 7 соотнетстнеино н первый 36и тторой 37 регистры первого блока 28нычисления расстояний, В регистр 22кооодинаты Х и регистр 23 координаты7 -,апишутся координаты третьего элемента. Все регистры выполнены по схеме с бу 1 ерным регистром, вследствиечего устраняется воэможность ротериинформации,Сигналы с выхода регистра 34 координаты Х,регистра 35 координаты Ублока 26 орчиронапя опорных координат, регистра 22 координаты Х и регистра 23 координаты У поступают навходы соотнетгтненно первого 45, второго 46, третьего 47 и четвертого 48цифроаналоговых преобразователейблока 27 вычисления коэффициентов,которые преобразуют сигналы в анало-.говую форму. В блоке 27 вычисления координат в первом вычитателе 50 вычисляется разность координат Х, во втором вычитателе 53 - разность коордичат У, Полученные значения возводятся в квадрат соответственно первым 54 и вторым 55 квадраторами, суммируются сумматором 56 и поступают на вход функ" ционального преобразователя 57, который вычисляет среднеквадратическое значение, поступающее затем на входы первого 58, второго 59 и третьего 60делителей, На вход делимого первого делителя 58 поступает разность координат Х с первого вычитателя 50. В результате на выходе первого дели 5 теля 58 определяется сигнал значения р (2), Разность координат У с выхода второго вычитателя 53 поступает на вход делимого второго делителя 59, на выходе которого устанавливается сигнал значения и (3). Первый 49 и второй 51 умножители вычисляют соответственно произведения 71Х 2 и У 2 Х 1, разность между которыми вычисляется в третьем вычитателе 52 и поступает на вход 4 делимого третьего делителя 53. На выходе последнего устанавливается сигнал значения 1 с (4).В первом блоке 28 вычисления расстояний координаты проверяемой точки, записанные в первом 36 и втором 37 регистрах, преобразовываются соответственно первым 38 и вторым 39 цифроаналоговыми преобразователями в аналоговую форму. В первом 40 и втором 41 умножителях происходит умножение соответственно координаты Х на коэффициент и, а координаты У на коэффициент р. Разность между ними определяется первым вычитателем 42. Второй 30 вычитатель 43 вычитает из полученной разности коэффициент 1 с, В результате на входе порогового элемента 44 устанавливается сигнал, эквивалентный значению Й (1), Если этот сигнал превышает величину сигнала, эквивалентного Й, в устройство вводится следующий элемент контура и повторяются описанные процессы. При этом произойдет последовательный сдвиг ин формации во второй блок 28 вычисления расстояний перепишутся координаты второго элемента, а в первый блок вычисления расстояний 28 перепишутся координаты третьего элемента, Если и теперь сигналы, эквивалентные расстояниям д для второго и третьего элементов, будут меньше пороговых, в устройство введется следующий сигнал, и повторятся описанные процессы с дальнейшим последовательным сдвигом информации из регистров предыдущего блока 28 вычисления расстояний в соответствующие регистры последующего блока 28 вычисления расстояний.Пусть на каком-то шаге работы устройства сигнал, эквивалентный расстоя" нию от элемента контура до прямолинейного элемента, превысит пороговое значение. При этом на выходе порогового элемента 44 соответствующего блока 28 вычисления расстояний появится сигнал, который пройдет на вход пятого элемента ИЛИ 29. Этот сигнал через третий элемент ИЛИ 21 дает разрешение на запись в блок 20 памяти координат опорной точки из регистра 34 координаты Х и регистра 35 координаты У блока 26 формирования опорных координат, а также дает разрешение на .запись координат предпоследнего элемента контура из первого 36 и второго регистров 37 первого блока 28 вычисления расстояний соответственно через первый 18 и второй 19 блоки элементов И блока 26 формирования опорных косрдинат, где соответственно через первую 32 и вторую 33 группы элементов НИ координаты запишутся в регистр 34 координаты Х и регистр 35 координаты У, установит сигналы на выходе числа "2" счетчика 17 числа точек, установит в нулевое состояние триггер 61 блока 27 вычисления коэффициентов, обнулит первые 36 и вторые 37 регистры всех блоков 28 вычисления расстояний. После этого в устройство вводится новый элемент контура и повторяются описанные процессы. Когда телевизионный датчикпросканирует все поле изображения, на выходе третьего делителя 13 частоты появится сигнал, который через третий элемент ИЛИ 2 дает разрешение на запись в блок 20 памяти координат последней опорной точки из регистра 34 координаты Х блока 26 формирования опорных координат и регистра 35 координаты У этого же блока. Этим оканчивается процесс выделения прямолинейных элементов левой части контураиэображения, Этот же сигнал перекидывает первый триггер 6, обнуляет счетчик 17 числа точек и устанавливает в исходное состояние второй триггер 24. Затем начинается выделение прямолинейных элементов первой части изображения, т.е. контурных элементов типа "1"э "0". При этом сигналы на выход первого элемента ИЛИ 9 поступают с второго порогового элемента 5 через второй элемент И 8. После описанных процессов после появления сигнала Иа выходе третьего делителя 13 частоты в блоке 20 памяти оказываются записанными координаты всех искомых элемен 16280 Ь 9тов контура, т.е. вершин прямолинейных элементов.На этом процесс выделения прямолинейных элементов заканчивается.Таким образом введение новых элементов и связей позволяет устранит последовательную проверку принадлежности элемента контура прямолинейному элементу при всех возможных значениях его угла пакле е за счет параллельной проверки принадлежности прямолинейному элементу всех рассматриваемых элементов контура, устранение последовательной проверки условия принадлежности при всех возможных углах наклона позволяет также устранить погрешность, обусловленную дискретностью набора углов наклона, то цок,1- шает точность у тройства.20формула изобретения1. Устройство для выделения црччолц - нейных элементов контур;. вь.пухлого и о бражения, содержалее телевизионный датчик, элемент задержки, пе вый б ок кычц - тания, первый и второй лоро овь 1 е элемгцты, счетчик тактовых импульсов, счетчик строчных импульсов, блок памяти, первый и второй блоки элементов 1, Регистр координаты Х, регистр коордиц- ты У первый элемент И, выход телевизионного датчика соединен е первым входом первого блока вычитания35и входом элемента задержки, выход которого соединен с вторым входом первого бл, ка вычитания, выход которого соединен с входом первого и второго пороговых элементов, выход пер О ного пороговОго элемента соединен с вторым входом первого элемента И, о тл и ч а ю Ш е е с я тем, что, с целью повышения точности устройства, оно содержит первый и втоРой тРиггеРы,45 счетчик числа точек, второй элемент И, первый - пятый элементы ИЛИ, гецератор импульсов, первый, второй и третий делители частоть блок формирования опорных координат, блок вычисления коэффициентов группу блоков вычисления расстояний, выход генератора импульсов соединен с входом сицхроимпульсов телевизионного датчика и входом первого делителя частоты, выход которого соединен со счетным входом счетчика тактовых импульсов и входом второго делителя частоты, выход которого соединен с первым входом второго элемента 1 ГП 1 и входом ретьег делителя частоты, ьыход ко.-срого соединен с В-входом первого тригге;а, вхедами установки нуля счетчика числя точек, К-входом в.орого триггера ц первым входом четвертог элемента 11 Л 11, выход которого соединен с входом разрешения записи блока памяти кыход первого блока вычитания соединен с входом второго порогового элемента, выход которого саелццец с вторым вяодом второго элемента И, первый вход которогэ соединен с прямым выходопервого триггера инверсный выход которого соедицец с первым входом первого элемента 11, выход которого соег дицец с первым входом первого элемента ИЛ 1 второй вход кот рого соедццес вь ходом в;орэго элемен 1 а И, выход первого элемента Ш 1 И соединен с входом установки нуля счетчика тактовых импульсов, счетным входом счетчикесиц (Ровходомо э датчика, входамц разрешения записи регистра координаты Х и Регистра координаты 1 с пятым входом блока вью;исления коэффициентов и вт 1 рым входом второго элемента 11 Л 11 выход которого соединен со счетным входом счетчика строчных импульсов, выход третьего элемента ИЛИ соединен с устаневочцым входом счетчика числа точек, третьими входами каждого из 1 Руппы блоков вычисления расстояний, первыми входами первого и второго блоков элементов И, вторым входом четвертого элемента ИЛИ, седьмым входом блока вычисления коэффициентов и первымвходом пятого элемента ИЛИ, выходы счетчика тактовых импульсови счетчика строчных импульсов соедииены соответственно с инфорМационными входами Регистра координат Х и регистра координат У первый выход счетчика числа точек соединен с Б-входом второго триггера, инверсный выход которого соединен с первым входом блока Формирования опорных координат и вторым входом пятого элемента ИЛИ, второй выход с етчика числа точек сое" динен с шестым входом блока вычисления коэффициентов, выход птого элемента ИЛИ соединен с пят и входом блока формирования опоэных координат, вторые входы первого и второго блоков элементов И соединены соответственно с первым и вторым выходами гервого иэ группы блоков вычисления расстояний, 1628069 12выходы регистра координаты Х и регистра координаты 7 соединены соответственно с первым и вторым входами первого из группы блоков вычисления рас 5 стояний, с первым и вторым входами блока вычисления коэффициентов, с вторым и третьим входами блока формирования опорных координат, выходы первого и второго блоков элементов И соединены соответственно с четвертым и шестым входами блока формирования опорных координат, первый и гторой выходы которого соединены соответственно с входами записи блока па мяти, третьим и четвертым входами блока вычисления коэффициентов, первый, второй, третий и четвертый выходы блока вычисления коэффициентов соединены соответственно с четвертым, 20 шестым, пятым и седьмым входами каждого из группы блоков вычисления расстояний, первые и вторые выходы каждого из которых, кроме последнего блока группы, соединены соответст венцо с первым и вторым входами последующих блоков вычислений расстояний, третьи выходы всех блоков вычислений расстояний соединены с соответствующныи входами третьего элемента И.1111. 2, Устройство по п. 1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что каждый из блоков вычисления содержит первый и второй регистры, первый и второй цифроаналоговые преобразователи, первый и второй умножцтели, первый и второй вычитатели и пороговый элемент, информационные входы регистров являются со 40 ответственно первым и вторым входами блока, входь разрешения записи регистров соединены и являются третьим входом блока, входы установки нуля ре-. гистров соединены и являются четвертым входом блока, выходы первого и второго регистров соединены соответственно с входами первого и второго цифроаналоговых преобразователей и являются первым и вторьм выходами 50 блока, выходы первого и второго цифроаналоговых преобразователей соединены с первыми входами соответственно первого и второго умножителей, вторые входы которых являются соответственно55 пятым и шестым входами блока, выходы первого и второго умножителей подключены соответственно к первому и второму входам первого вычитателя, выход которого соединен с первым входом второго вычитателя, второй вход которогоявляется седьмым входом блока, выходвторого вычитателя соединен с входомпорогового элемента, выход которогоявляется третьим выходом блока. 3, Устройство по и. 1, о т л и - ч а ю щ е е с я тем, что блок формирования опорных координат содержит первую и вторую группы элементов И, первую и вторую группы элементов ИЛИ, регистр опорной координаты Х, регистр опорной координаты У, первые входы первой и второй групп элементов И объединены и являются первым входом блока, второй вход первой группы элементов И является вторым входом блока, второй вход второй группы элементов И является третьим входом блока, второй вход второй группы элементов ИЛИ является четвертым входом блока, входы разрешения записи регистров опорных координат Х и 1 объединены и являются пятым входом блока, второй вход первой группы элементов ИЛИ является шестым входом блока, вь 1 ходы первой и второй групп элементов И подключены соответственно к первым входам первой и второй групп элементов ИЛИ, выходы колторых подключены соответственно к информационным входам регистра опорной координаты Х и регистра опорной коор" динаты У, выходы регистра опорной координаты Х и регистра опорной коор-, динаты 7 являются соответственно первым и вторым выходами, блока.4. Устройство по и. 1, о т л и - ч а ю щ е е с я тем, что блок вычис". ления коэффициентов содержит первый - четвертый цироаналоговые преобразователи, первый, второй и третий вычитатели, первый и второй умножители, первый и второй квадраторы, первый, второй и третин делители, сумматор, функциональный преобразователь, триггер, элемент И и одновибратор, информационные входы первого и второго третьего и четвертого цифроаналоговых преобразователей являются соответственно первым, вторым, третьим и четвертым входами блока, первые входы первого вычитателя и первого умно- жителя объединены и подключены к выходу первого цифроаналогового преобразователя, первые входы второго вычитателя и второго умцожитепя объединены и подключены к выходу второгоцифроаналогового преобраэо ателя, вторые входы первого зьчитателя и второго умножителя объедицеы и одключены к выходу третьего цифроаналогового преобразова 1 еля, вторье входы второго вЫчитателя и первого умнсжителя объединены и подключены к выходу четвертого ци 1 роаналогового пр обраэователя, выходы первого и горого 10 умножителей соедине:ю соо"ветствепио с первым и вторым входами третьего вычитателя, выход которого подключен к первому входу третьего делителя, входы первого и второго квадраторов 15 объединены соответственно с первыми входами второго и первого делителей и подключены к выходам соответственно первого и второго вычитегел ей, вн- е ходы первсго и второго цал-атос;подключены соо"в.".т т-ец" пер;смуи второму ;хода;су.атора, вь - од которого подклв и ко, у у,кционанногореэбра".ода с., п.,ход кс гово о подключе. к объе рце.:,ым вторым входам первого, второготре тьега делитщ:е 1 выходы отарьх являютс:. соответстецге вторым, третн и четвертым вь:ходами 5 скд, Я-вход триггера и Ч-вход триггера являются соответственно юесть . и седьмьм вх дам: Блока, выход триггера полил чен к первому входу эдеме- та И, вторс вход которого явля.тся гя:ым входом б: с.а, ;. выхо, подключе к входу сдновибр;тзра, выход которего явяется первым вьходом блока1628069 Составитель Т, Ничипоровичемеш Текред Л,Олийнык Корректор Т. Мале едакт и ГКНТ СССР ельсккй комбинат "Патент", г, Укгороц, ул. Гагарина, 101 оизводственно-и аз 342 Тираж 383 НИИПИ Государственного комитет 113035, Москва