Устройство для выделения фигур на изображении

 

Изобретение относится к области автоматики и вычислительной техники , а именно к устройствам для анализа и распознавания изображений, и может бь1ть использовано, например, для предварительной обработки визуальной информации в органах зрения роботов. Цель изобретения - расширение области применения за счет увеличения диапазона выделяемых фигур. Устройство содержит М узлов выделения элементов изображений, каждый из которых состоит из последовательно включенных элементов ИЛИ. и И, М-разрядный регистр, фотоэлектрический преобразователь, блок управления, генератор импульсов, элементы И, п-раэрядный двоичный счетчик, преобразователь кодов, формирователь импульса сброса, блок памяти изображения маски , п-входовые элементы И-КЕ и ИЛИ, однов ибраторы, элемент НЕ, элемент задержки и RS-триггер. Преобразователь кодов содержит сумматор, регистр элементы НЕ и мультиплексор. Блок памяти изображения маски содержит мультиплексор и узел памяти. Фотоэлектрический преобразователь реализован на основе фоторезисторной матрицы, 1 з.п, ф-лы, 8 ил. (Л

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК !

Ца 1Ш

А1 (5g 4 G 06 К 9/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21 ) 3796977/24-24 (22) 02,10.84 (46) 30.01.87. Бюл. 11 4 (72) Р.А.Ванециан, А.А.Александров, С.Г,Глотов и M.В,Шахматов (53) 681.391.19(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 1010630, кл. G 06 К 9/00, 1983.

Авторское свидетельство СССР

У 811297, кл. G 06 К 9/00, 1981. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ И1ДЕЛЕНИЯ ФИГУР

НА ИЗОБРАЖЕНИИ (57) Изобретение относится к области автоматики и вычислительной техники, а именно к устройствам для анализа и распознавания иэображений, и может бь1ть использовано, например, для предварительной обработки визуальной информации в органах зрения роботов, Цель изобретения — расширение области применения за счет увеличения диапазона выделяемых фигур.

Устройство содержит М узлов выделения элементов изображений, каждый из которых состоит из последовательно включенных элементов ИЛИ.и И, Н-разрядный регистр, фотоэлектрический преобразователь, блок- управления, генератор импульсов, элементы И, и-разрядный двоичный счетчик, преобразователь кодов, формирователь импульса сброса, блок памяти изображения маски, и-входовые элементы И- НЕ и ИЛИ, одновибраторы, элемент НЕ, элемент задержки и RS-триггер. Преобразователь кодов содержит сумматор, регистр элементы НЕ и мультиплексор, Блок 9 памяти изображения маски содержит мультиплексор и узел памяти. Фотоэлектрический преобразователь реализован на основе фоторезисторной матрицы. 1 з.п. ф-лы, 8 ил.

1287203 2

Изображение относится к автоматике и вычислительной технике, в частности к устройствам для анализа и распознавания изображений, воспринимаемых с помощью двоичных фотоматриц (многоэлементных приемников с бинарным квантованием сигналов), и может быть использовано, например, для предварительной обработки визуальной информации в органах зрения роботов, Цель изобретения — расширение области применения за счет увеличения диапазона размеров выделяемых фигур.

На фиг. 1 представлена функциональная схема устройства; на фиг,2 схема формирователя импульса сброса; на фиг. 3 — схема алгоритма;. на фиг. 4 — принцип определения смежности элементов иэображения, на фиг. 5 — пример изображения маски; на фиг. 6 — пример реализации пре- образователя кодов; на фиг. 7 — пример реализации блока памяти маски; на фиг, 8 — пример реализации фотоэлектрического преобразователя, Устройство (фиг. 1) содержит 1"г узлов 1 выделения элементов изображения, состоящие из элемента ИЛИ 2 и элемента И 3, первый вход которого подключен к выходу элемента ИЛИ 2 данного канала, а выход связан с соответствующим информационным вхо дом М-разрядного регистра 4 и является выходом 5 устройства. M выходов регистра 4 разведены на М узлов 1, в каждом из которых связаны с первым входом элемента ИЛИ 2, Фотоэлектрический преобразователь (ФЭП) 6 соединен своими адресными входами с соответствующими адресными вьгходами

7 устройства и выходами адреса блока 8 управления, а М выходов преобразователя 6 разведены соответственно на М узлов 1, в каЖдом из которых подключены ко второму входу элемента И 3. Синхронизация работы узлов

1 регистра 4 и ФЭЛ 6 обеспечивается сигналами блока 8 управления совмест но с сигналом окончания анализа, поступающим от внешнего устройства, анализирующего обработанные строчки изображения. Этот сигнал поступает через вход "Конец анализа строки" 9 устройства. В блоке 8 управления генератор 10 импульсов подключен к первому входу элемента И 11, выход которого подключен к счетному входу и-разрядного двоичного счетчика 12.

Выходы счетчика 12 являются входами преобразователя кодов 13, и выходов которого связаны сп входами формирователя 14 импульса сброса с соот5 ветствующими 11 входами блока 15 паияти иэображения маски, а также яв ляются выходами адреса блока 8 управления, Формирователь 14 импульса сброса (фиг, 2) содержит и-входовой

10 элемент И-НЕ 16 и п-входовой элемент ИЛИ 17, входы которых соединены с соответствующими входами формирователя 14. Формирователь 14 импульса сброса содержит также эле15 мент И 18 и одновибратор 19, вьгход которого подключен ко входу сброса регистра 4 и является выходом фор мирователя 14 и вьгходом сигнала

"Блокировка" блока 8, Элемент И 18

20 связан первым входом с выходом эле— мента И-НЕ 16, вторым входом с выходом элемента ИЛИ 17, а выходом— с входом одновибратора 19, Выход элемента HE 20 является

25 выходом "Сброс" блока 8 управления и связан с третьими входами элементов И 3 во всех узлах 1. Вход элемента задержки 21 соединен с выходом элемента И 11, а выход подклю30 чен ко входу элемента НЕ 20. Вход установки RS-триггера 22 является входом "Конец анализа" блока 8, который связан со входом записи регистра 4 и входом "Конец анализа строки"

9 устройства. RS-триггер 22 связан выходом со вторым входом элемента

И 11, а входом сброса — с выходами

M одновибраторов 23, входы которых являются входами "Останова" блока 8

4р управления и вне блока 8 соединены с выходами элементов И 3 соответствуницих узлов 1, М выходов блока 15 памяти изображения маски являются выходами маски блока 8 и подключают45 ся соответственно ко вторым входам элементов ИЛИ 2 узлов 1 выделения элементов изображения, а оставшиеся входы элементов ИЛИ 2 соединены с выходами элементов И 3 смежньгх уз50 лов 1.

Преобразователь 13 кодов выполнен по схеме фиг. 6. Схема содержит сумматор 24, регистр 25, элементы НЕ

26, мультиплексор 27. Входами преобразователя являются входы первого слагаемого сумматора 24, а входы второго слагаемого подключены соответственно к выходам регистра 25. Входы элементов НЕ 26 подключены ко входам

87203 4

10

20

55

3 12 преобразователя 13,,а выходы подключены к первым входам мультиплексора

27,вторые входы которого подключены к выходам сумматора 24, а вход управления соединен с выходом переноса сумматора, В регистре 25 хранится в двоичном коде номер строки i„ íà÷àëà вьщеления. Пока число Х, поданное в двоичном коде на входы.преобразовав и теля, меньше чем 2 -i на выходе пе— реноса сумматора 24 будет лаг. "0" и на выходе преобразователя 13 будет результат суммы X+i . Если число на

П входе больше или равно 2 -i, то сумматор 24 выдает сигнал переноса

P который переключает мультиплексор

27. На выходе преобразователя 13 и при этом будет число 2 -Х-l, получен- ное путем поразрядной инверсии числа Х, Для изменения области начала выделения связных фигур внешнее устройство, например устройство анализа, должно загрузить в регистр. 25 преобразователя 13 кодов номер пер— вой обрабатываемой строки i а в блок 15 памяти изображения маски новую маску.

Блок )5 памяти реализован по схеме фиг ° 7, Схема содержит мультиплексор 28 и узел 29 памяти. Входами блока 15 памяти являются первые входы мультиплексора 28, выходы которого подключены к адресным входам узла 29 памяти. Выходы узла 29 памяти являются входами блока 15.

Фотоэлектрический преобразователь

6 (фиг. 8) реализован, например, на основе фоторезистарной матрицы.

Схема содержит деп,ифратор 30,входы которого являются адресными входами преобразователя 6, матрицу 31 типа фоторезистор-диод, содержащую

N строк и 1" столбцов, М резисторов нагрузки Р„, И компараторов 32,вы н1ъ ходы которых являются выходами преобразователя 6.

Устройство работает следующим образом.

Алгоритм работы устройства основан на построчном способе вывода и обработки сигнала бинарного изображения. В дальнейшем будем полагать, что в качестве датчика изображения преобразователя 6 используется фотоприемная матрица, чувствительные элементы которой расположены в узлах прямоугольной решетки, а вывод сигналов бинарного иэображения преобразаватель 6 выполняет построчна, в соответствии с номером строки (числа строкll), поданным в двоичном коде на его п адресных входов (нумерация строк и столбцов показана на фиг. 3, 2 > N).Èçoáðàæåíèå проецируется на фотаматрицу оптическим способом, Для алгоритма работы сушественна способность построчного вывода, а топология фатаматрипы влияет только на определение смежности элементов. В нашем случае под элементами, смежными к данному, будем понимать элементы соседние с ним, ани отмечены штриховкой на фиг. 4.

Идею алгоритма можно понять из фиг. 3, Фотоэлектрический преобразователь 6 из массива N М бинарных элементов изображения вьщает по сигналам блока 8 управления очередную

i-ю строчку И;, причем область объектов характеризуется единичными элементами, а нулевые элементы относятся к области фона бинарного иэображения. Единички строки И1 сохранятся в — и обработанной строке

О,;, если поступит разрешение от соответствующего элемента предыдущей i 1-й обработанной строки 01,, которая хранится в регистре 4. Такое разрешение формируется, когда элемент 0;, строки находится в единичном состоянии. Стрелки между соседними элементами 0 строки на фиг. 3 означают распространение разрешения от элементов, установившихся в единичное состояние, к соседним с ними элементами.

Таким образом, разрешения от единичных элементов строки 0;, инициируют распространение разрешающих сигналов через единичные элементы строки 0; . В результате за один этап обработки происходит вьщеление единичных элементов очередной строки (через цепочки смежных единичных элементов) с выделенными ранее единичными элементами предыдущей обработанной строки. В конце этапа обработки строки 0 записывается в pel гистр 4 и используется при обработке следующей И . строки.

141

Для формирования разрешений, а также для определения размеров, формы и положения области начала вьщеления в поле зрения служит блок 15 памяти изображения маски, который вьщает сигналы в там же формате,что и преобразователь 6. Задание облас1287203

1О !

50 ти начала вьделения позволяет выбрать фигуры, с вязанные с соответствующей областью (маской) изображения. Сигналы, вьдаваемые маской, можно рассматривать как изображение И к M элементов, в котором единичными элементами представлена область маски, При работе устройства маска выступает в качестве затравки,сохраняя в своей области элементы изображения без изменения. Единичные элементы в других частях изображения будут выделены, если они окажутся связанными с единичными элементами изображения в области маски.

Пример маски показан на фиг, 5 °

На практике размер и форма маски должны выбираться в зависимости от характера обрабатываемого изображения. Для промышленного робота, например, маску нужно выбирать в соответствии с размером и формой рабочей зоны инструмента, в которой должно

Ф анализироваться изображение детали.

В исходном состоянии регистр 4 очищен, Счетчик 12 находится в нулевом состоянии ВЯ-триггер 22 .находится в нулевом состоянии и импульсы генератора 10 не проходят через элемент И 11 на счетный вход счетчика 12, Преобразователь 13 кодов ставит в соответствие начальному, нулевому состоянию счетчика 12, номер строки изображения, с которой начинается процесс выделения, и формирует— ся этот номер в двоичном коде на своих выходах.

Блок 15 памяти ..изображения маски в соответствии с кодом строки от преобразователя 13 вьдает лог. "1" на тех из своих M выходов, которые соответствуют элементам маски (фиг.5) в данной строчке изображения. По тому же коду строки на выходах преобразователя 6 отображается состояние требуемой строчки изображения. Лог.

"1" появляются на выходах тех узлов

1, на вторые входы элементов И 3 которых поступили лог. "1" с соответствующих выходов преобразователя 6, а на первые входы поданы лог. "1" с выходов элементов ИЛИ 2 соответствующих узлов 1, поскольку на третьи входы всех элементов И 3 подана лог. "1" с выхода элемента НЕ 20.

На выходе элемента ИЛИ 2 единица

1 появляется если на второй вход поФ ступает единица от блока 15 или уже появилась единица на выходе смежного узла 1, с которым связан один из входов данного элемента ИЛИ

2, В результате в исходном состоянии единицы будут присутствовать на выходах тех узлов 1 выделения элементов изображения, на соответствующие входы которых подаются единицы от преобразователя 6 и одновременно от блока 15 или с выходов смежных узлов 1. Выделенная таким образом область, связанная в пределах первой обрабатываемой строки, сохраняется на выходах 5 устройства.

После считывания обработанной строки, номер которой в двоичном коде присутствует на адресных выходах

7 устройства, внешнее устройство анализа подает на вход иКонец анализа строки" 9 устройства сигнал "Конец анализа".

ITо переднему положительному фронту этого сигнала производится запись результата выделения с выходов

К узлов 1 в M-разрядный регистр 4. этот же сигнал устанавливает BSтриггер 22 в единичное состояние, что разрешает прохождение импульсов от генератора 10 через элемент И 11 на счетный вход счетчика 12 и вход элемента 21 задержки. Импульс от генератора 10 увеличивает содержимое сче тчика. 2 на. единицу, что приводит к изменению числа на выходах преобразователя 13 кодов.

В соответствии с новым номером строки блок 15 и преобразователь 16 формируют на своих выходах следующую строку маски и обрабатываемого изображения.

При обращении к следующей строке в связи с переходными процессами на выходах некоторых узлов могут по-. явиться ложные комбинации единиц, которые устойчивы вследствие наличия положительной обратной связи между любыми двумя смежными узлами 1.

С целью, устранения ложных комбинаций единиц выходы узлов 1 обнуляются перед обработкой очередной строки, для чего на третьи входы элементов И 3 всех узлов 1 подается задержанный и инвертированный импульс генератора 10. Задержка элемента 2! выбирается такой, чтобы к моменту появления обнуляющего импульса потенциалы на первых и вторых входах элементов И 3 были бы уже установившимися, тогда по окончании этого импульса единицы будут появлятьгя толь03

7 12872 ко на выходах тех узлов 1, на соответствующие входы которых поступили единицы от преобразователя 6 и одновременно от блока 15 или регистра 4 ° У других узлов 1 лог. "1" на выходах появляются, если есть единицы от соответствующих выходов преобразователя 6 и они (лог. "1", на выхо-. дах узлов 1) связаны цепочкой с ранее выделенными элементами текущей стро- 1Q ки в

С появлением лог. "1" на выходе элемента И 3 любого узла 1 запускается соответствующий одновибратор

23, импульс которого сбрасывает RH- f5 триггер 22 в нулевое состояние, что запрещает прохождение следующего импульса генератора 10 через элемент

И 11 на счетчик 12 ° Таким образом, во время считывания внешним устрой- 20 ством анализа результата обработки очередной строки, хотя бы с одним выделенным единичным элементом, ни— каких переключений не происходит, После анализа результата на вход 25

"Конец анализа строки" 9 устройства вновь поступает соответствующий сигнал и цикл повторяется. Если при переходе к очередной строке на выходах узлов 1 не появилось ни одной едини- 30 цы, то сброса RS-триггера 22 не происходит и-по следующему импульсу ге— нератора 10 выполняется без остановки переход к следующей строке, Формирователь 14 импульса сброса (фиг ° 2) служит для очистки регистра 4 перед переходом к другой части обрабатываемого изображения (от верхней части к нижней и наоборот).

Для надежной работы устройства не- 40 обходимо соблюдение временных соотношений. Время задержки элемента 21 должно быть не меньше длительности процесса от момента появления импульса генератора 10 на счетном входе счетчика 12, переключения преобразователя 13 кодов, блока 15 и преобразователя 6 до установки потенциалов на первых и вторых входах элементов

И 3 всех узлов 1, Формула изобретения

1. Устройство для выделения фигур на изображении, содержащее фотоэлектрический преобразователь, узлы выделения элементов изображения, состоящие из последовательно включенных элементов ИЛИ и элементов И, выходы которых являются выходами устройства и подключены к одним из входов элементов ИЛИ смежных узлов вьделения элементов изображения и к входам одновибраторов, выходы которых соединены с входом сброса RSтриггера, вход установки которого является входом "Конец анализа строки устройства, последовательно включенные генератор импульсов, элемент

И и счетчик, выход НБ-триггера соединен с соответствующим входом элемента И, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения области применения за счет увеличения диапазона размеров вьделяемых фигур, оно содержит блок памяти изображения маски, регистр, преобразователь кодов, формирователь импульса сброса и последовательно включенные .элемент НЕ и элемент задержки, выход которого соединен с одними из входов элементов И узлов вьделения элементов изображения, другие входы которых подключены к выходам фотоэлектрического преобразователя, входы которого, соединенные с входами формирователя импульса сброса и блока памяти изображения маски, подключены к выходам преобразователя кодов, которые являются адресными выходами устройства, выход формирователя импульса сброса соединен со сбросовым входом регистра, входы которого подключены к выходам элементов И узлов вьделения элементов изображения, выходы — к соответствующим входам элементов ИЛИ узлов выделения элементов изображения, а вход записи — к входу "Конец анализа строки .

2. Устройство по и. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что формирователь импульса сброса содержит последовательно включенные элемент И и одновибратор, выход которого является выходом формирователя, и параллельно соединенные элемент И-HE u элемент ИЛИ, входы которых являются входами формирователя, а выходы подключены к входам элемента И.

1 287203

1287203

1 287 203

0m 8 ecurrcza yern+ 0U< >

Составитель Т,Ничипорович

Редактор А.Долинич Техред А.Кравчук Корректор 4I.Пожо

Заказ 7721/55 Тираж 670 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

11303, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4