Устройство для распознавания образов

 

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано при автоматизации механосборочных работ. Устройство позволяет повысить быстродействие сравнения потока входных изображений с эталлонными изображениями за счет направленного перебора эталонных изображений. Это, достигается тем, что в устройство вводится блок логики, мультиплексор, постоянное запоминающее устройство, счетчик , электрический привод, цифроаналоговый преобразователь и элемент И. Взаимодействие данных элементов позволяет перебирать эталонные изображения таким образом, что каждое эталонное изображение выбирается с частотой, пропорциональной вероят- ,ности его появления. 13.п.ф-лы, 2 ил. S (Л to ел 00 N5

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU,, 1251132 ц11 4 С 06 К 9/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ! !

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ РАСПОЗНАВАНИЯ

ОБРАЗОВ. (57) Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и (2)) 38609?9/24-24 (22) 27.12.84 (46) 15.08.86. Бюл, № 30 (71) Научно-исследовательский институт автоматики и электромеханики при Томском институте автоматизированных систем управления и радиоэлектроники (72) О.М. Раводин и В.А. Мельников (53) 681.326.74(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 974341, кл. С 05 В 19/18, 1982.

Авторское свидетельство СССР

¹ 822224 кл ° G 06 К 9/00 1979е может быть использовано при автоматизации механосборочных работ ° Устройство позволяет повысить быстродействие сравнения потока входных изображений с эталлонными изображениями за счет направленного перебора эталонных изображений, Это достигается тем, что в устройство вводится блок логики, мультиплексор, постоянное запоминающее устройство„ счетчик, электрический привод, цифроаналоговый преобразователь и элемент И.

Взаимодействие данных элементов позволяет перебирать эталонные изображения таким образом, что каждое эталонное изображение выбирается с частотой, пропорциональной вероят.ности его появления.. 13.п.ф-лы, 2 ил.

1251132

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике, в частности устройствам распознавания образов„и может 6biti> .:Ioïoëi>ëoвано при автоматизации механосборочных работ с помощью роботов.

Пелью изобретения яьляется повышение быстродействия устройства путем направленного перебора эталлонных изображений °

На фиг,l представлена структурная схема устройства„ на фиг.2 — структурная схема блока логики для четырех эталонных изображений (четырех образов).

Устройство {фиг.l) содержит последовательно соединенные блок 1 предъявления изображений, первый блок 2 сравнения, входы которого подключены к выходу блока 2 памяти эталонных изображений и выходу блока управления, фотоэлектрический преобразователь 5„ подключенный к выходам генераторов> 6 и 7 напряжения. блок 8 оценки ширины экстремума сигнала, второй бпок 9 сравнения и ключ 10„ выходы которого образуют выходы устройства, информационные входы подключены к выходам генераторов 6 и 7 напряжения развертки„ компаратор 11, выход которого объедине-I с входом блока 4 управления и вторым управляющим входом ключа 10,. а вход — с выходом фотоэлектрического преобразователя 5, Между выходом компаратора ll и входом блока 3 памяти последовательно соединены элемент 12 И, второй вход которого соединен с выходом компаратора. 11, счетчик 13, мупьтиплексор 14, вторая группа входот> которого соединена с выходами логического блока 15 электрический привод 16, вторая группа выходов которого соединена с первой группой входов блока 15.„ второй. вход которого соединен с выходом И 1?. К выходам мультиплексора

14 подключены последовательно вклю епные постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) 17 и цифроаналоговык преобразователь (ЦАЛ) 18, Выход IIoc"" леднего подклочен к второму входу второго блока 9 сравнения, I

Логический блок 15 (фиг. 2) содер; жит блоки сравнения 19-22, первые и вторые входы которых образуют первые и вторые входы блока 15; счетчики. 2326„ счетный вход К-ro счетчика

i,K = 1 4) подключен к выходу К-го блока сравнения; первую группу регистров 27-30, входы каждого К-го регистра (К = 1,4) которой соединены с выходами К-го счетчика; первую группу цифровых ключей 3!-34, информационные входы каждого К-го цифрового ключа (К = 1,4) которой соединены с выходами К-ro регистра первой группы, выходы цифровых ключей 31 и

33 поразрядно объединены и подключены к информационным входам счетчиков

24 и ?6, выходы цифровых ключей 32 и

34 поразрядно объединены и подключены к информационным входам счетчиков

23 и 25; двоичные компараторы 35-37, первая группа входов каждого К-го (К=1,3) двоичного компаратора соединена с выходами К-го регистра первой группы, вторая группа входов с выходами (К+1) -го регистра первой группы; регистры 38-41, выходы каждого К-го регистра соединены с третьей группой ьходов К-ro блока сравнения; вторую группу регистров 42-45, входы каждого К вЂ” го регистра (К = 1,4) которой соединены с выходами К-го регистра; вторую группу цифровых ключей 46-49, входы каждого К-го (К = 1,4), цифрового ключа которой соединены с выхо„-ами К-го регистра второй группы, выходы цифровых ключей 46 .и 48 поразрядно объединены и подключены к входам регистров 39 и 41, выходы цифровых ключей 47 и 49 поразрядно объединены и подключены к входам регистров 38 и 40; элементы ИЛИ 50 и 51, первый вход каждого К-го элемента ИЛИ (К = 1,2) соединен с выходом К-го двоичного компаратора, второй вход — с выходом (К + 1)-ro двоичного компаратора, выход соединен с управляющими входами (К+1)-ro счетчика, (K+l)-х цифровых ключей . первой и второй групп и (К+1)-ro регистра, причем выход первого двоич. ного компаратора 35 соединен с управляющими входами первого счетчика

23, первых цифровых ключей 31 и 46 первой и второй групп и первого регистра 38„ выход третьего двоичного компаратора 37 соединен с управляющими входами четвертого, счетчика 26, четвертых ключей 34 и 49 первой и второй групп и четвертого регистра

41, причем выходы буферов 42-45 второй группы образуют выходы блока 15.

Г>локк 1-11 выполнены аналогично соответствующим блокам прототипа. з 125!

Привод 16 выполнен в виде цифровой позиционной системы. ПЗУ 17 представляет собой полупроводниковое программируемое запоминающее устройство и может быть выполнено на интегральных микросхемах сер.155, 541, 556, Блоки сравнения 1922 могут быть выполнены, например, в виде устройства для сравнения цвоичных чисел. В качестве счетчиков 10

23-26 могут быть использованы двоичные счетчики с возможностью записи информации, выполненные на интегральных микросхемах сер. 155, 133, 564.

Буферные регистры 27-30 первой груп- 15 пы и буферные регистры 42-45 второй группы представляют собой стандартные регистры и могут быть выполнены, например, на интегральных микросхемах сер. 133, 155, 564. Цифровые 2О ключи 31-34 первой группы и 46-49 второй группы представляют собой магистральные передатчики, которые могут быть выполнены на интегральных микросхемах сер.559. В качестве 25 двоичных компаратов 35-37 могут быть использованы, например, параллельные двоичные компараторы.

Устройство осуществляет распознавание и определение координат предь- ЗО являемого изображения по двум приз— накам — величине максимума взаимнокорреляционной функции и его ширине, Каждому эталонному изображению условно присвоен типовой и порядковый номера, Порядковый номер определяет очередность проецирования соответствующего эталонного иэображения блоком

3 памяти в первый блок 2 сравнения, причем множество порядковых номеров изоморфно множеству вероятностей появления соответствующих изображений, упорядоченному по убыванию.

Типовой номер определяет положение45 соответствующего эталонного изображения на фотопленке блока 3 памяти и равен адресу в ПЗУ 17, по которому записано в двоичной форме значение ширины максимума автокорреляционной функции на уровне 0,5 для этого же эталона.

132 эталонного изображения передается на „ входы привода 16 и ПЗУ 17. В исходном состоянии счетчик 13 установлен в начальное (единичное) .состояние.

Поэтому на входы привода 16 и ПЗУ 17 приходит типовой номер с первого канала мультиплексора 14, т.е. типовой номер, равный единице, Привод 16 вращает катушку с фотопленкой блока 3 памяти до тех пор, пока на выходе блока 3 памяти не установится изображенне, соответствующее типовому номеру на входе приво да 16. При этом на второй группе выходов привода 16 устанавливается типовой номер изображения, проецируемого блоком 3 памяти в первый блок

2 сравнения. В исходном состоянии

Для распознавания одного предъявленного изображения блок 1 предъявления изображений и блок 15 выполняются один внешний цикл работы, в то же время как остальные блоки устройства- несколь" ко одинаковых внутренних циклов, причем количество внутренних циклов зависит от вероятности появления предьявляемого изображения, Блок предъявления изображений предъявляет проецирование обстановки (например, деталей на конвейере) в первый блок 2 сравнения, Блок 15 осуществляет сопоставление каждого типового номера эталонного изображения с порядковым номером в соответствии с типовым номером, снимаемым с второй группы выходов привода 16, последнего опознанного иэображения, а также физическое упорядочение типовых номеров в соответствии с присвоенными порядковыми номерами.

Типовые номера изображений парал-, лельно передают с выходов блока 15 на информационные входы мультиплексора 14 таким образом, что типовой номер изображения, порядковый номер которого равен единице, подается на вход первого канала мультиплексора

l4. типовой номер изображения, порядковый номер которого равен двум,— на вход втОраго канала мультиплексора 14 и т.д. В исходном состоянии блок 15 передает на последовательность входных информационных каналов мультиплексора !4 типовые номера изображений в порядке их возрастания, Номер внутреннего цикла работы блоков устройства определяется счет чиком 13: двоичный код на выходе счетчика 13 есть номер цикла. Двоичный код с выхода счетчика 13 подается на адресный вход мультиплексора

14, чем определяет номер входного информационного канала мультиплексора 14, с которого типовой номер

1251132 в первый блок 2 сравнения проецируется изображение с типовым номером, равным единице.

Типовой номер на входе ПЗУ 17 инициирует появление на выходе ПЗУ

17.двоичного кода и на выходе ЦАП 18 напряжения, пропорционального ширине максимума автокорреляционной функции на уровне 0,5 изображения, соответствующего типовому номеру. В исходном состоянии с выхода ЦАП 18 на второй блок 9 подается напряжение, пропорциональное ширине максимума автокорреляционной функции на уровне 0 5 изображения с первым типовым номером, Первый бгок 2 сравнения вычисляет взаимнокорреляционную функцию

Ф(х, у, 8) предъявляемого изображения и эталонного сразу для всех значений аргументов х, у и угла поворота 0

Световая картина на экране фото, электрического преобразователя 5, пропорциональная взаимно корреляционной функции Ф, преобразуется в последовательность электрических сиг налов. Напряжение развертки при считывании световой картины при этом обеспечивается генераторами 6 и 7 напряжения развертки. Выходной сигнал фотоэлектрического преобразователя 5 поступает в компаратор 11, воздействуя через блок 4 управления на первый блок 2 сравнения, поворачивает последний вокруг оптической оси. В момент достижения сигналом с фотоэлектрического преобразователя

5 максимального значения компаратор !

1 устанавливает íà своем выходе положительный уровень напряжения, Выходной сигнал фотоэлектрического преобразователя 5 поступает также в блок 8, на выходе которого формирует. ся напряжение, пропорциональное ширине максимума сигнала фотоэлектрического преобразоватепя 5 на уровне

0,5. Второй блок 9 сравнения вырабатывает положительный уровень напряжения в случае совпадения напряжения, поступающего на блок 8 оценки ширины экстремума сигнала, с напряжением с

11АП 18.

Если выполняется только первый признак, а именно величина максимума взаимно корреляционной функции, по которому осуществляется распознавание, то положительный уровень с ком5 !

G !

30 паратора )), воздействуя на второй вход счетчика 13, переключает его в следующее счетное состояние (т.е, второе, если перед этим было первое, третье, если перед этим было второе и т,д.) .

Далее внутренний цикл работы блоков устройства (кроме блока 1 предьявления изображений и блока 15) повторяется.

При наличии положительных уровней на обоих управляющих входах ключ 10 (при выполнении обоих признаков распознавания) открывается и пропускает поступающие на его функциональные входы напряжения разверток с выходов генераторов б и 7, пропорциональные координатам опознанного образа, Наличие положительных уровней напряжения на входах 2-входового элемента И 12 инициирует появление на его выходе "1" которая, поступая на вход счетчика 13, сбрасывает его в единичное состояние (при этом положительный уровень напряжения с выхода компаратора 1) сигналов рассогласования игнорируется), и тем самым, подготавливает устройство к распознаванию следуюшего предъявляемого изображения.

Работа блока )5 построена таким ,образом, чтобы обеспечить следующие требования: содержимое счетчиков 2326 при последовательном переходе от первого счетчика 23 ко второму счетчику 24, от второго счетчика 24 к третьему счетчику 25 и от третьего счетчика 25 к четвертому счетчику 26 должно возрастать или не изменяться; в первом регистре 42 второй группы долженнаходиться. типовой номер иэображения с первым порядковым номером, во втором регистре 43 второй группы— с вторым порядковым номером, в третьем регистре 44 второй группы — с третьим порядковым номером и в четвертом регистре 45 второй группы— с четвертым порядковым номером.

В начальный момент рабаты устройства счетчики 23-26 установлены в нулевое состояние, их содержимое параллельно переписывается в регистры 27-30 первой группы, В регистры

38-4) записываются типовые номера изображений от 1 до 4 в порядке их возрастания. Информация с выходов регистров 38-41 параллельно перепи!

25!!32 рех. сываются в регистры 42-45 второй группы.

Уровень "!" с выхода 2-входового элемента И 12 разрешает сравнение

5 типового номера изображения с второй группы выходов привода 16 с типовыми номерами с выходов регистров

38-41 в схемах сравнения 19-22. Схема сравнения, на входах которой ти- !0 повые номера совпадают, pûðàáàòbâàåò сигнал на счетный вход соединенного с ней счетчика, счетчиков 23-26, тем самым переключая последний в следующее счетное состояние. Содержимое !5 счетчиков 23-26 параллельно переписывается в регистры 27-30 первой группы. Двоичные компараторы 35-37, удерживая на своих выходах уровень "0", переключаются на уровень "1" только 20 в том случае, если двоичный код на второй группе входов превышает дво— ичный код на первой группе входов.

Так, если уровень "1" устанавливается на выходе первого двоичного компаратора 35, то открываются первые цифровые ключи 31 и 46 первой и второй группы, передавая на информационные входы счетчиков 23 и 26 содержимое первого буфера 27 первой 30 группы и на входы регистров 39 и 41 содержимое первого буфера 42 второй группы; переключается первый элемент

ИЛИ 50 в состояние "1", открываются вторые цифровые ключи 32 и 47 первой и второй групп, передавая на информационные входы счетчиков 23 и

25 содержимое второго регистра 28 первой группы и на входы регистров

38 и 40 содержимое второго регистра 40

43 второй группы; под действием уров. ня "1" на управляющие входы информация с информационных входов счетчиков 23 и 24 переписывается соответственно на их выходы, а с входов ре- 45 гистров 38 и 39 — соответственно на их выходы; содержимое счетчиков 2326 параллельно переписывается в регистры 27-30 первой группы и содержимое регистров 38-41 параллельно переписывается в регистры 42-45 второй группы.

Аналогичный обмен информацией происходит при установке уровня "1" на выходах второго и третьего двоичных компараторов 36 и 37, однако при установлении уровня ") " на выходе второго двоичного компаратора 36 про! исходит обмен информацией между вторым и третьяки регистрами 43 и 44 второй группы, а при установлении уровня "1" на выходе третьего двоичного компаратора 37 происходит обмен информацией между третьим и четвертым регистрами 29 и 30 первой группы и третьим и четвертым регистрами 44 и

45 второй группы, Процесс упорядочения типовых номеров изображений в регистрах 42-45 второй группы продолжается до тех . пор, пока на выходе каждого двоичного компаратора 35-37 не установится уровень "0", Таким образом, блок 15 осуществляет упорядочение типовых номеров иэображений в зависимости от порядковых номеров в регистрах 42-45 второй группы так, что в первом регистре 42 второй группы хранится типовой номер изображения, порядковый номер которого равен единице, во втором регистре 32 второй группы — типовой номер изображения, порядковый номер которого равен двум и т.д. до четыСледовательно, быстродействие . предлагаемого устройства повышается в результате неслучайного порядка предоставления эталонных изображений блоком 3 памяти, Формула изображения

1, Устройство для распознавания образов, содержащее последовательно соединенные блок предъявления иэображений, первый блок сравнения, входы которого подключены к выходу блока памяти эталонных изображений и выходу блока управления, фотоэлектрический преобразователь, оптически связанный с первым блоком сравнения и подключенный к выходам генераторов напряжения развертки, блок оценки ширины экстремума сигнала, вход кото-. рого связан с выходом фотоэлектричес-. кого преобразователя, ключ, выход которого является выходом устройства, а информационные входы подключены к выходам. генераторов напряжения развертки, второй блок сравнения, первыи вход которого связан с выхо-, дом блока оценки ширины экстремума сигнала, а выход соединен с первым управляющим входом ключа, компаратор, 1251132 выход которого связан с гхоцом блока управления и вторьм управляющим входом ключа, а вход связан с выходом фотоэлектрического преобразователя, о т л ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повыщения быстродействия, устройство содержит элемент И, входы которого соединены с выходами компаратора и второго блока сравнения, счетчик, входы которого соединены с выходами компаратора и элемента И, логический блок, первый вхбд которого соединен с выходом элемента И, мультиплексор, первый вход которого соединен с выходом логического блока, электрический привод, механически связанный с блоком памяти эталонных изображений, причем выход электрического привода соединен с вторым входом логического блока, а вход связан с выходом мультиплексора, второй вход которого соединен с выходом счетчика, постоянную память, вход которой подключен к выходу мультиплексора, цифроанало.говый преобразователь, вход которого подключен к выходу постоянной памяти, а выход связан с вторым входом второго блока сравнения, 2, Устройство по п. 1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что логический блок содержит К блоков сравнения, первые и вторые входы которых образуют первые и вторые входы логического блока., а число К равно числу распознавания образов, K счетчиков, счетные входы каждого К-го счетчика подключены к выходу К-го блока сравнения, первую группу из К буферных регистров, входы каждого К-ro буферного регистра которой соединены с выходами К-ro счетчика, первую груп у из К цифровых ключей, информациные входы каждого К-го цифрового ключа соединены с выходами К-го буферного регистра первой группы, вы5

10 ходы нечетных цифровых ключей поразрядно объединены и подключены к информационным входам четных счетчиков, выходы четных цифровых ключей поразрядно объединены и подключены к информационным входам нечетных счетчиков, К-1 двоичных компарато-: ров, первые входы каждого К-ro двоичного компаратора соединены с выходами К-го буферного регистра первой группы, вторые входы соединены с выходами (К+1)-ro буферного регистра первой группы, К регист15 ров, выходы каждого К-ro регистра соединены с третьими входами К-ro блока сравнения, вторую группу из

К буферных регистров, входы каждого

К-го буферного регистра которой соединены с выходами К-го регистра, втору о группу из К цифровых ключей, входы каждого К-го цифрового ключа которой соединены с выходами К-го буферного регистра второй группы, выходы нечетных цифровых ключей поразрядно объединены и подключены к входам четных регистров, выходы четных цифровых ключей поразрядно объединены и подключены к входам нечетных регистров, К--2 элементов ИЛИ, первый вход каждого K-го элемента ИЛИ соединен с выходом К-ro двоичного компаратора, вто рой вход соединен с выходом (К+!)-ro двоичного компаратора, выход соединен с управляющими входами (К+1)-ro счетчика, (К+1)-х цифровых ключей первой и второй групп и (К+1)-ro регистра, причем выход первого . двоичного компаратора соединен с управляющими входами первого счетчика, первых цифровых ключей первой и второй групп и первого регистра, выход (К-1)-ro двоичного компаратора соединен с управляющими входами К-го счетчика, К-х цифровых ключей первой и второй групп и К-го регистра, причем выходы буферных регистров второй группы образуют выходы логического блока.!

251)32

)23))3! пер5ай группа 5урериых

gm Я . Цдпгйто Впюрая группа элеиенра б 8 Ьирр01ых клюцей

Р Р,Р

ВНИИПИ Заказ 4414!48 Тираж б7) Подписное

Произв.-полигр. пр-тие, г. Ужгород, уп. Проектная, 4