Устройство для формирования информативных признаков при распознавании изображений

 

Изобретение относится к технической кибернетике и вычислительной технике. Устройство является частью распознающего устройства и мджет применяться в распознающих системах роботов . Целью изобретения является увеличение вероятности правильного распознавания изображений, основными фрагментами которых являются кривые полосы переменной ширины. Устройство содержит генератор случайных чисел, регистры, счетчики, депшфраторы, накапливающие сумматоры, преобразователи унитарного кода в двоичный, блок умножения, блок сравнения на неравенство , логические элементы. При этом выходы генератора случайных чисел через мультиплексор соединены с входами регистров начальных ординат, знаков приращений и приращений ординат, выходы этих регистров соединены с реверсивными счет.чиками, где формируются ординаты граничных кривых, выходы счетчиков связаны с входами дешифраторов , выходы дешифраторов, регистра фиксации изображений подключены через логические элементы и схемы ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ к преобразователям унитарноа го кода в двоичный, выходы которых связаны с входами накапливающих сумматоров , где формируются значения зачерненности полосы и изображения в целом, выходы накапливающих сумматоров связаны с входами блока сравнения 5 на неравенство, состояние которого определяет значение полосового информативного признака. 2 ил. (О со 05 01 со

СОЮЭ СОВЕТСКИХ

СОЯИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU„„1361591

А1 (51) 4 С 06 K 9 36

Ж г.

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

flO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4053432/24-24 (22) 10,04.86 (46) 23.12.87. Бюл. К 47 (71) Таганрогский радиотехнический институт им. В.Д.Калмыкова (72) Ю.Н.Ефимов (53) 681.327(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Р Я24726, кл. G 06 К 9/62, 1980,(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ФОРМИРОВАНИЯ

ИНФОРМАТИВНЫХ ПРИЗНАКОВ ПРИ РАСПОЗНАВАНИИ ИЗОБРАЖЕНИЙ (57 ) Изобретение относится к технической кибернетике и вычислительной технике. Устройство является частью распознающего устройства и может при меняться в распознающих системах роботов. Целью изобретения является увеличение вероятности правильного распознавания изображений, основными фрагментами которых являются кривые полосы переменной ширины. Устройство содержит генератор случайных чисел, регистры, счетчики, дешифраторы, накапливающие сумматоры, преобразова тели унитарного кода в двоичный, блок умножения, блок сравнения на неравенство, логические элементы. При этом выходы генератора случайных чисел через мультиплексор соединены с входами регистров начальных ординат, знаков

; приращений и приращений ординат, выходы этих регистров соединены с реверсивными счетчиками, где формируются ординаты граничных кривых, выходы счетчиков связаны с входами дешифраторов, выходы дешнфраторов, регистра фиксации иэображений подключены через логические элементы и схемы ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ к преобразователям унитарно- а

ro кода в двоичный, выходы которых связаны с входами накапливающих сумматоров, где формируются значения saчерненности полосы и изображения в С целом, выходы накапливающих сумматоров связаны с входами блока сравнения 2 на неравенство, состояние которого определяет значение полосового инфор- мативного признака. 2 ил.

1 4

1361591

Изобретение относится к технической кибернетике и вычислительной технике, является составной частью распознающих устройств и может применяться в распознающих и классифицирующих системах роботов.

Устройство для формирования информативных признаков во многом определяет важнейшие параметры и характери-. стики распознающих устройств.

Целью изобретения является увеличение вероятности правильного распоз навания.

На фиг. 1 представлена функцйональная схема устройства; на фиг.2 - пример реализации преобразователей унитарного кода в двоичный.

Для изображений, фрагменты которых представляют собой полосы переменной ширины, а именно такие изображения чаще всего встречаются в практике распознавания, следует использовать полосовые информативные признаки, т.е. признаки, значения которых зависят от совокупности компонентов, лежащих внутри некоторой полосы переменной ширины, Под зачерненностью полосы понимается отношение числа Rä единичных компонентов изображения, расположенных внутри некоторой полосы, к общему числу Rð ячеек растра, лежащих внутри этой полосы. При этом полосы полагаются вытянутыми в общем горизонтальном направлении. Под эачернейностью изображения понимается отношение числа R „ единичных компонентов всего изображения к общему числу ячеек растра, равному m, т, где m — размер растра по горизонтали, тп. — размер растра по вертикали.

Полосовой информативный признак (r„X) определяется следующим образом: lf (L,Х) = +1, если выполняется условие

-- 7 ----

Кп Нп (1)

mmmm г где ч „(1„X) = — 1, если условие (1) не выполняется.

Условие (1) или эквивалентное ему условие, Ш2 Кп7КО R определяет контраст между полосой и остальным изображением. Можно усис лить требование контрастности, взяв в левой части неравенства вместо множителя m„ m другой множитель m am, х х m . При этом для упрощения реализации умножения можно потребовать, чтобы этот множитель был целой,степенью двойки, т.е. чтобы m = 2., где

i определяется неравенствами 2 < m, х х ш с 2 ", откуда i =.lloyd>m т (, где символ 7 ...(означает ближайшее большее целое. ° Тогда получается следующее выражение

10 (2) R л оНп лельно-последовательный кольцевой регистр 11 знаков приращений второй ординаты, параллельно-последовательный кольцевой регистр 12 приращений, второй ординаты, второй реверсивный счетчик 13, второй дешифратор 14, второй блок 15 элементов ИЛИ, блок 16 элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, блок 17 элементов И, первый преобразователь

18 унитарного кода в двоичный, первый накапливающий сумматор 19, второй преобразователь 20 унитарного кода в

45 двоичный, второй накапливающий сумматор 21, третий преобразователь 22 унитарного кода в двоичный, третий накапливающий сумматор 23, элемент

24 задержки, блок 25 умножения и блок

26 сравнения на неравенство.

Устройство работает в одном из двух режимов — обучение или распознавание.

В режиме обучения вначале на вход генератора 2 случайных чисел подается импульс Ф, по которому в генераторе

Параметр L применительно к полосовым информативным признакам определяет положения граничных кривых полосы.

Полосовые информативные признаки обеспечивают распознающему устройству увеличение вероятности правильного распознавания при распознавании изображений, основными фрагментами которых являются полосы переменной ширины. К таким иэображениям относятся, например, цифро-буквенные символы.

Устройство содержит регистр 1 фик25 сации изображения, генератор 2 случайных чисел, мультиплексор 3, регистр 4 первой начальной ординаты, параллельно-последовательный кольцевой регистр 5 знаков приращений пер вой ординаты, параллельно-последова30 тельный кольцевой регистр 6 приращений первой ординаты, первый реверсивный счетчик 7, первый дешифратор 8, первый блок 9 элементов ИЛИ, регистр

10 второй начальной ординаты, паралз 1361

2 формируется случайное число или параметр L.

Далее подаются импульс "Обуч.", по которому параметр проходит через мультиплексор 3 и поступает на входы регистров 4 и 10 начальных ординат, регистров 5 и 11 знаков приращений ординат и регистров 6 и 12 приращений ординат, и импульс "ПР.Pr. Разрешающий прием информации в регистры

4-6 и 10-12. При этом отдельные части параметра L, переэаписанные из генератора 2 случайных чисел в регистры

4-6 и 10-12, интерпретируются как элементы, определяющие положения двух случайных кривых — границ полосы. В частности, части параметра L, записанные в регистры 4 и 10, представляют коды начальных ординат граничных кривых. Число разрядов в регистрах 4 и 10 определяется вертикальным размером тп растра и равно ) logjam<(, где символ )... (означает ближайшее большее целое. Например, если 25 размер растра по вертикали тп = 31, то число разрядов в регистрах 4 и 10 равно пяти. Части параметра L записанные в регистры 6 и 12, рассматриваются как модули приращений ординат 30 граничных кривых. Иодули приращений ординат могут быть нулевыми или единичными. Число разрядов в регистрах

6 и 12 равно горизонтальному размеру

m растРа. Знаки приРащений ординат граничных кривых записываются в регистры 5 и 11. При этом полагается, что каждая граничная кривая разбита на К

1m< ( участков одинаковой длины 1 — 1, пос- 40

my ледний участок, если — не целое, мо- жет быть меньше остальны с. На каждом участке знаки приращений ординат гра- 45 ничных кривых одинаковые. Очевидно, .число разрядов регистров 5 и 11 равно К.

Таким образом, параметр L вырабатываемый генератором 2 случайных чисел, состоит из 2 )1о8 ш (+ m,+ K) разрядов. В частности, при m, = m — 31 и К = 4 число разрядов параметра L равно 80.

После подачи импульсов "Обуч." и

"ПР.Рг." выполняется ряд одинаковых циклов определения информативных признаков q(L,Õ) для одного и того же параметра L и различных изображений

591

Х обучающей выборки. Число циклов равно числу изображений обучающей выборки, Каждый цикл выполняется следующим образом. Вначале на входы накапливающих сумматоров 19, 21 и 23 подается

Уст.О, по которому устанавливаются в исходное нулевое состояние, Одновременно а импульсом

"Уст.О" на вход регистра 1 фиксации иэображения подается импульс "ПР.Pr.

И", по которому очередное изображение принимается и фиксируется в регистре

1 фиксации изображений. Также одновременно с импульсом "Уст.О" на входы реверсивных счетчиков 7 и 13 подается импульс "ПР.Сч.", по которому начальные ординаты граничных кривых перезаписываются из регистра 4 в счетчик 7 и из регистра 10 в счетчик 13.

Далее подается серия из m, импульсов сдвига "Сдв.", где m, — размер растра по горизонтали. Импульсы

"Сдв." поступают на сдвиговые входы регистра 1 фиксации изображений. Так как регистр 1 представляет собой совокупность строчных кольцевых сдвиговых регистров, то при каждом импульсе

"Сдв." изображение в регистре 1 сдвигается на один шаг влево. При этом столбец изображения, выталкиваемый слева, появляется в правом столбце регистра 1. После окончания серии m, импульсов "Сдв." изображение занимает исходное положение.

Каждый импульс "Сдв." поступает также на сдвиговые входы регистра 6 приращений первой ординаты и регистра

12 приращений второй ординаты. Информация в регистрах 6 и 12 сдвигается влево и выталкиваемые разряды из регистра 6 поступают на счетный вход первого реверсивного счетчика 7, а разряды, выталкиваемые из регистра

12, поступают на счетный вход второго реверсивного счетчика 13. Так как регистры 6 и 12 кольцевые, то после m, импульсов сдвига информация в них занимает исходное положение.

Одновременно с первым импульсом н и 1m„

Сдв." каждой подсерии из -- им к пульсов "Сдв." в регистр 5 знаков приращений первой ординаты и в регистр 11 знаков приращений второй ординаты подается импульс сдвыга Сдв.", по которому информация в этих регист1361591 рах сдвигается на разряд влево. После т„ импульсов "Сдв.", т.е. после К сдвигов в регистрах 5 и 11, информация в них занимает исходное положение. Таким образом, при подаче каждой подсерии из — импульсов Сдв. в

1mt (11 t I

)к реверсивных счетчиках 7 и 13 реализуется либо режим "Сложение", либо режим "Вычитание", определяемый состоянием крайнего левого разряда регистров 5 и 11 соответственно, поскольку выходы регистров 5 и 11 подключены к входам управления режимами счетчиков

7и13, Таким образом, на каждом участке граничных кривых линий длиной

m,( к приращения ординат поступающие

I в счетчики 7 и 13, прибавляются к содержимым этих счетчиков или вычитаются из содержимых. Следовательно, на каждом шаге в счетчике 7 формируется код текущей ординаты первой граничной кривой, а в счетчике 13 — код текущей .ординаты второй граничной кривой. В то же время на каждом шаге в левом столбце регистра 1 оказывается размещенным текущий столбец изображения.

Следовательно, по мере подачи импульсов "Сдв." и "Сдв"." в устройстве отрабатываются две кривые линии: текущие абсциссы этих кривых,соответствуют. номеру столбца изображдния, переместившемуся в крайний левый стол-. бец регистра 1, код ординаты первой кривой содержится в первом реверсивном счетчике 7, код ординаты второй кривой содержится во втором реверсивном счетчике 13. Эти кривые являются граничными. кривыми некоторой полосы.

Дешифраторы 8 и 14 расшифровывают содержимое счетчиков 7 и 13, при этом возбуждаются те шины дешифраторов, номера которых соответствуют текущим ординатам. При возбуждении определеннбй выходной шины дешифратора 8 возбужденными оказываются выход соответствующего элемента ИЛИ блока 9 и вы- . ходы всех последующих элементов ИЛИ блока 9. Дешифратор 14 с блоком 15 элементов ИЛИ функционирует аналогично.

Единичные сигналы формируются на выходах тех элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ

ИЛИ блока 16, которые соответствуют ординатам, расположенным внутри полосы, так как на одном из входов этих элементов имеется "0", а на другом 1". На входах остальных элементов

ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ блока 16 имеются либо два нуля, либо две единицы и, значит, на выходах их формирутся нули.

Таким образом, в каждый момент времени на выходах блока 16 формируется унитарный код, у которого внутренние разряды, соответствующие отрабатываемой полосе, равны единицы, а остальные — нулю. Таким образом, число единиц этого кода равно ширине полосы. Этот унитарный код поступает

10 на входы первого преобразователя 18 унитарного кода в двоичный. Одновременно в каждый текущий момент времени на входах второго преобразователя 20 унитарного кода в двоичный имеется унитарный код, соответствующий текущему столбцу изображения. Наконец, 15

20 на выходах блока 17 совпадения и, значит, на входах третьего преобразователя 22 унитарного кода в двоичный образуется унитарный код, соответствующий части текущего столбца изображения, расположенной внутри полосы.

Импульс "Сдв.", задержанный элементом 24 задержки на время переключения узлов 1, 4-17, 18, 20 и 22, поступает на входы приема информации накапливающих сумматоров 19, 21, 23 и двоичные коды, образующиеся на вы25 ходах преобразователей 18, 20 и 22, Ro п и выдает "1", если условие (2) выпол35 поступают в соответствующие сумматоры. Таким образом, по окончании поступления импульсов "Сдв." в первом накапливающем сумматоре 19 формируется число R, равное числу ячеек о

40 растра, лежащих внутри полосы, во втором накапливающем сумматоре 21 формируется число R равное числу единичных компонентов всего изображения, в третьем накапливающем сум45 аторе 23 формируется число R„, равое числу единичных компонентов изображения внутри полосы.

В блоке 25 умножения, имеющем комбинационную структуру, формируется

50 произведение R . R „ подаваемое на входы блока 26 сравнения на неравенство. На вторые входы блока 26 сравнения поступает число R „ сдвинутое влево на i разрядов, т.е. число 2 х

55 х R„. Блок 26 проверяет условия (2):

1361591

15 кено, и "О" в противном случае. Единица на выходе блока 26 сравнения ,рассматривается как факт 1 (Ь,Х) — +1, а ноль — как ц (Ь1Х) = -1 °

После окончания серии из m импульсов 1Сдв.11 значение признака

P(L,Х) хранится на выходе блока 26 сравнения, а параметр L — на выходе регистров 4-6 и 10-12.

В режиме распознавания вначале подается импульс "Пр.Рг.И 1, по которому распознаваемое изображение Х поступает в регистр 1 фиксации изображений и фиксируется в нем.

Далее выполняется ряд одинаковых циклов формирования информативныХ признаков V(L,Х), для одного и того же изображения Х различных параметров L. Число циклов равно числу зафиксированных параметров Ь. Каждый цикл выполняется следующим образом, Вначале подаются импульсы "Расп." и

"Пр.Pr.", по которым параметр L проходит через мультиплексор 3 и фиксируется в регистрах 4-6 и 10-12. Далее подается импульс "Уст.О", по которому в накапливающих сумматорах 19, 21 и

23 устанавливаются исходные нулевые состояния, и импульс "Пр.Сч.", по которому начальные ординаты перезаписываются из регистра 4 в реверсивный счетчик 7 и иэ регистра 10 в реверсивный счетчик 13.,Äàëåå подается серия m„ импульсов "Сдв." и соответственно импульсы "Сдв+.", как и в режиме обучения. По окончании серии этих импульсов на выходе блока 26 сравнения на неравенство формируется

"1", кодирующая факт Ц(Ь,Х) = +1, или "О", кодирующий факт М(L.Х) = -1.

Преобразователь унитарного кода в двоичный, для частного случая, когда число входов M = 31, представляет пирамидальную многослойную сетку одноразрядных комбинационных двоичных сумматоров 27. Число сумматоров в первом слое S определяется числом

1 входов M и равно $ = 0,5.(М вЂ” 1).

Число сумматоров во втором слое Si =

0,5(51 — 1). Аналогично число сумматоров в каждом последующем слое S,. определяется числом сумматоров в предыдущем слое S ..,,и равно S,; =

= 0,5(S, — 1). В последнем слое имеется один сумматор. Если по расчету S: не целое, то рассчитанное I число S следует увеличить до ближай1 шего большего целого.

В каждом слое одноразрядные комбинационные двоичные сумматоры 27 соединены так, что выход Сумма предыдущего сумматора соединен с одним из входом последующего сумматора. Выходы

"Перенос" сумматоров предыдущего слоя соединены с входами сумматоров последующего слоя.

Унитарный код подается на входы сумматоров первого слоя. Разряды двоичного кода образуются на выходах

"Сумма" последних (на фиг.2 верхних) сумматоров каждого слоя: разряд с весом 2 в первом слое, разряд с весом

2 во втором слое и т.д. Старший разряд формируется на выходе "Перенос" единственного сумматора последнего слоя. формула изобретения

Устройство для формирования информативных признаков при распознавании изображений, содержащее регистр фиксации изображений, блок элементов И, первый дешифратор, группа выходов регистра фиксации изображений соединена с первой группой входов блока элементов И, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью увеличения вероятности правильного распознавания, в устройство введены генератор случайных чисел, мультиплексор, регистры первой и второй начальных ординат, четыре параллельно-последовательных кольцевых. регистра, два реверсивных счетчика, второй дешифратор, два бло. ка элементов ИЛИ, блок элементов

ИСКЛЮЧИОЩЕЕ ИЛИ, три преобразователя унитарного кода в двоичный, три накапливающих сумматора, элемент задержки, блок умножения, блок сравнения, при этом группа выходов генератора случайных чисел соединена с первой группой входов мультиплексора, первая группа выходов которого подключена к группе входов регистра первой начальной ординаты, вторая группа выходов — к группе входов первого параллельно-последовательного кольцевого регистра, третья группа выходов — к группе входов второго параллельно-последовательного кольцевого регистра, четвертая группа выходов к группе входов регистра второй начальной ординаты, пятая группа выходов — к группе входов третьего параллельно-последовательного кольцево9 1361 го регистра, шестая группа выходов— к группе входов четвертого параллельно-последовательного кольцевого регистра, группа выходов регистра первой начальной ординаты соединена с группой входов первого реверсивного счетчика, группа выходов регистра второй начальной ординаты подключена к группе входов второго реверсивного счетчика, выход первого параллельно- 1О последовательного кольцевого регистра соединен с входом направления счета первого реверсивного счетчика, выход третьего параллельно-последовательного кольцевого регистра подклю- 5 чен к входу направления счета второго реверсивного счетчика, выход второго параллельно-последовательного кольцевого. счетчика соединен со счетным входом первого реверсивного счетчика, 2g выход четвертого параллельно-последовательного кольцевого счетчика подключен к счетному входу второго реверсивного счетчика, группа выходов первого реверсивного счетчика соеди- 25 иена с группой входов первого дешифратора, группа выходов второго реверсивного счетчика подключена к группе входов второго дешифратора, группа входов первого блока элементов ИЛИ gg соединена с группой выходов первого дешифратора, группа входов второго блока элементов ИЛИ подключена к группе выходов второго дешифратора, выходы блоков элементов ИЛИ соединены соответственно с первой и второй группами входов блока элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, выходы которого соединены с группой входов первого преобразователя унитарного кода в двоичный о и со второй группой входов блока элементов И, группа выходов регистра фиксации изображений подключена к группе входов второго преобразователя унитарного кода в двоичный, группа выходов блока элементов И соединена с группой входов третьего преобразователя унитарного кода в двоичный, группы выходов первого, второго и третьего преобразователей унитарного кода в двоичный подключены соответ591 о ственно к группам входов первого, второго и третьего накапливающих сумматоров, группы выходов первого и второго накапливающих сумматоров соединены соответственно с первой и с второй группами входов блока умножения, группа выходов которого подключена к первой группе входов блока сравнения, группа выходов третьего накапливающего сумматора соединена с второй группой входов блока сравнения, выход элемента задержки подключен к входам разрешения всех накапливающих сумматоров, выход блока сравнения является выходом устройства, вторая группа входов мультиплексора является первой группой информационных входов устройства, группа входов регистра фиксации изображения является второй группой информационных входов устройства, вход генератора случайных чисел -является первым управляющим входом устройства, первый и второй управляющие входы мультиплексора являются соответственно первым и вторым входами выбора режима работы устройства, вход записи регистра,первой начальной ординаты соединен с входом записи регистра второй начальной ординаты, с входами записи всех параллельно-последовательных кольцевых регистров и является вторым управляющим входом устройства, вход установки всех накапливающих сумматоров

1является входом установки устройства, вход записи регистра фиксации изображений является входом записи устройства, вход записи реверсивных счетчиков является третьим управляющим входом устройства, вход сдвига регистра фиксации изображений подключен к входу элемента задержки, к входам сдвига второго и четвертого параллельно-последовательных кольцевых регистров и является четв ертым управляющим входом устройства, вход сдвига первого и третьего параллельно-последова— тельных коль цевых регистров является пятым управляющим входом устройства.

136159 1 иг. диг. 7

Составитель В.Макаренков

Техред А.Кравчук

Корректор О. Кравцова

Редактор И.Николайчук

Заказ 6293/50

Подписное

Тираж 671

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

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