Способ распознавания геометрических фигур

 

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может найти применение при распознавании плоских геометрических фигур в робототехнике, установках неразрушающего контроля, анализе микробиологических препаратов. Целью изобретения является повьшение быстродействия способа. Это достигается способом распознавания геометрических фигур, основанным на сканировании и преобразовании изображения фигуры в последовательности широтноимпульсных сигналов, сканировании изображения фигуры при непрерывном изменении угла сканирования, преобразовании для каждого угла сканирования последовательности широтноимпульсных сигналов в интегральные сигналы и выделении в интегральных сигналах последовательности зкстремальных уровней так, что для каждого зкстремального уровня интегральных сигналов формируют сигнал временного отсчета, формируют результирующие сигналы, пропорциональные сигналам временного отсчета и обратно пропорциональные соответствующим экстремальным уровням интегральных сигналов , и по полученной последовательности результирующих сигналов судят о распознаваемой геометрической фигуре . 2 ил. с S (Л с

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) (51) 4 С 06 К 9/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) 1020840 (21) 4120702/24-24 (22) 06.06.86 (46) 23.02.88.Бюл. У 7 (71) Физико-механический институт им.Г.В.Карпенко (72) В.И.Гордиенко и Б.П.Русын (53) 681.391.19 (088.8)) (56) Авторское свидетельство СССР

У 1020840, кл. С 06 К 9/00, 1982, (54) СПОСОБ РАСПОЗНАВАНИЯ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ ФИГУР (57) Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может найти применение при распознавании плоских геометрических фигур в робототехнике, установках неразрушающего контроля, анализе микробиологических препаратов, Целью изобретения является повышение быстродействия способа. Это достигается способом распознавания геометрических фигур, основанным на сканировании и преобразовании изображения фигуры в последовательности широтно импульсных сигналов, сканировании изображения фигуры при непрерывном изменении угла сканирования, преобразовании для каждого угла сканирования последовательности широтноимпульсных сигналов в интегральные сигналы и выделении в интегральных сигналах последовательности экстремальных уровней так, что для каждого экстремального уровня интегральных сигналов формируют сигнал временного отсчета, формируют результирующие сигналы, пропорциональные сигналам временного отсчета и обратно пропорциональные соответствующим экстремальным уровням интегральных сигналов, и по полученной последовательности результирующих сигналов судят. о распознаваемой геометрической фигуре. 2 ил.

1376109

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано при распознавании плоских геометрических фигур в робототехнике, установках неразрушающе5 го контроля, анализе микробиологических препаратов и является усовершенствованием способа по авт.св. 9 1020840.

Цель изобретения — повышение быстродействия за счет введения операции нормализации последовательности экстремальных уровней.

На фиг.1 приведены иэображения исследуемых геометрических фигур (а), интегральные сигналы этих фигур (б), эталонные последовательности сигналов, соответствующие распознаваемым образцам(в); на фиг.2 †20 блок-схема устройства, реализующего предлагаемый способ распознавания.

Сущность изобретения заключается в следующем. На первом этапе процесса распознавания каждая выпуклая гео- 25 метрическая фигура, которая отражается рецепторным полем, состоящим из

Я Б элементов, описывается интегральным сигналом И фг.), Учитывая, что рецепторный элемент принимает 30 значение "единица", если он лежит внутри или пересекает контур фигуры, и "нуль", если лежит извне, U <(t) представляет собой распределение во времени суммы единиц в каждой строке рецепторного поля, т.е. в процессе сканирования изображения происходит преобразование последовательности широтно-импульсных сигналов в интегральный сигнал (фиг.l б 1. 40

С целью сокращения количества информации, достаточного для однознач" ного описания фигуры, что приводит к дополнительному уменьшению времени на распознавание, для каждого интег- 45 рального сигнала определяют моменты времени с; (фиг.1 б ), в которые меняется скорость изменения сигнала, и соответствующие им амплитудные значения уровней U; и сигналов временного отсчета П »;. Такая обработка сигна. ла U (t) дает возможность поста» вить ему в соответствие последовательность экстремальных уровней 1,,=

55 где k — число экстремальных уровней, зависящих от формы фигуры.

Для устранения зависимости экстремальных уровней, выделенных в интегральных сигналах, от изменения масштаба фигур осуществляют операцию нормализации последовательности экстремальных уровней. Эта операция производится путем деления величин Uq. и U;, т.е формирования отношений (Б»,/U;.).

В связи с таким представлением образца для определения глобального экстремального уровня фигуры в процессе сканирования ее иэображения необходимо сформировать два интегральных сигнала, выделить в них последовательности экстремальных уровней 1 и 1», 1 2 нормализовать их, а затем сформировать из них глобальный экстремальный уровень 1 ° max (l » л 1», 1.Òàê как каждому классу геометрйческих фигур можно поставить в соответствие только ему характерное количество максимальных экстремальных уровней

4 " ea 1 1. ч1, где (p= 0,2ц 1

1,»1 (»1 — количество классов фигур то 1; однозначно задает первую эта лонную последовательность, применяемую для предварительного распознавания ° Предварительное распознавание производится на основании сравнения глобального экстремального уровня с первой эталонной последовательностью, T ° l ° шах (1 8 1, )- max (1, (1)

В случае, если в результате сравнения разность (1 ) равна нулю, принимается решение о классе, к которому относится исследуемая фигура.

Однако этого часто недостаточно, так как во многих практических случаях возникает необходимость в оценке не только класса, но и подкласса фигуры.

С этой целью в способ включен второй этап распознавания, заключающийся в том, что глобальный экстремальньп» уровень сравнивается с второй эталонной последовательностью, представляющей собой множество нормализованных экстремальных уровней (U< /U). определенных в каждом интегральном сигнале для всех направлений сканирования

Операция формирования D. произ) водится предварительно до начала расl 376109 познавания, например, путем практической органиэации процесса сканирования изображения геометрической фигуры во всех направлениях.

Важной отличительной чертой вто5 рой эталонной последовательности является отсутствие двух фигур, для которых D совпадают. Как следует из фиг.l в, на которых приведены вторые эталонные последовательности (результирующие сигналы ), по их виду можно одновременно определять как класс (число нулей ), так н подкласс фигуры. Поэтому решение об окончательном распознавании принимается в результате выполнения операции сравнения (((U,/U).,). )) - D;, (3)

20 (((V, l))),3.,, $ „,— D,, при которой разность (3 ) должна быть равной нулю. Благодаря свойству полной инвариантности относительно па- 25 раллельных переносов, пространственных поворотов„ а особенно изменений масштаба исследуемых фигур глобального экстремального уровня и второй эталонной последовательности, которое достигается путем введения операции нормализации экстремальных уровней интегральных сигналов согласно предлагаемому способу удается повысить быстродействие распознавания в 2n pas, поскольку отпадает необ35 ходимость в проведении операций вычитания и сравнения амплитудных уровней U с D а также умножений U.

) Э на r, 40

Устройство, реализующее предлагаемый способ распознавания (фиг.2), содержит исследуемую фигуру 1, оптическую систему 2 проецирования исследуемой фигуры 1 на рецепторное поле 45

3, блок 4 сканирования, блок 5 управления, первый 6 и второй 7 блоки суммирования, первый 8 и второй 9 блоки сравнения, первый 10 и второй )I блоки деления, третий блок 12 сравнения, первый 13 и второй 14 блоки обработки, первый 15 и второй 16 блоки памяти, блок 17 обучения, причем вход последовательно соединенных блока "6 суммирования, блока 8 сравнения и блока 10 деления соединен с первьви 55 выходом блока 3, вход последователь-но соединенных блока 7 суммирования, блока 9 сравнения и блока 11 деления соединен с вторым выходом блока 3, вход которого соединен с выходом блока 4, выход блока IO соединен соответственно с первыми входами блоков 12 и 14, выход блока 11 соединен соответственно с вторым входом блока 12 и третьим входом блока 14, выход блока 12 подключен к входу блока

13, выход которого соединен с вторым входом блока 14, четвертый вход которого соединен с выходом блока 16, на входы которого подаются сигналы с блока 5 и блока )7, выход которого подключен к первому входу блока 15, вход блока 17 соединен с выходом блока 5, выход которого подключен к входам блоков 4 и 15, а вход блока 13 соединен с входом блока )5.

Предлагаемый способ реализуется в устройстве следующим образом.

Исследуемая геометрическая фигура 1 проецируется с помощью оптической системы 2 на рецепторное поле 3 устройства, представляющего собой матрицу на ПЗС-структуре. По команде иэ блока 5 управления управляющие импульсы поступают на входы блока 4 сканирования, первого )5 и второго

l6 блоков памяти и блока 17 обучения. Блок 4 сканирования позволяет организовать линейную развертку (считывание) изображения геометрической фигуры. В результате на входах первого 6 и второго 7 блоков суммирования единичные элементы рецепторного поля преобразуются в интегральные сигналы, соответствующие двум направлениям сканирования, например, вдоль строк „ и столбцов матрицы 3. Интегральные сигналы U q (t) и U (t) с выходов блоков 6 и 7 поступают для дальнейшей обработки на входы первого 8 и второго 9 блоков сравнения.

На выходах этих блоков формируются последовательности экстремальных уровней, которые нормализуются путем деления величин U н U; в блоках 10 и 1). Для определения глобального экстремального уровня распознаваемой фигуры предназначен третий блок

12 сравнения. Принятие устройством решения о классе исследуемой фигуры производится s первом блоке 13 обработки, ыа первый вход которого поступает глобальный экстремальный уровень l а на второй вход из первого блока 15 памяти — первая эталонная

137610 ра зцов. последовательность, характеризующая максимально возможное число экстремальных уровней для данного класса фигур. Если в результате обработки совпадают величины 1„и max j 1 1, т. е. 1„- max (1, = О, то на выходе блока 13 появляется сигнал, который поступает на второй вход блока 14, свидетельствующий о классе геометри- 10 ческой фигуры. Для принятия устройством решения о подклассе, к которому относится фигура, на первый и третий входы второго блока 14 обработки поступают соответственно из блоков

I0 и 11 деления нормализованные последовательности экстремальных уровней (результирующие сигналы), а на второй вход блока 14 — вторая эталонная последовательность, хранимая во 20 втором блоке 16 памяти. При выполнении условия (3 ) процесс распознавания фигуры оканчивается, Для предварительного формирования первой и второй эталонных последовательностей и записи их соответственно в первый 15 и второй 16 блоки памяти предназначен блок 17 обучения. Блок

17 работает в режиме, когда заранее

9 6 не известны классы исследуемых обТаким образом, предлагаемый способ распознавания по сравнению с известным позволяет повысить быстродействие распознавания в 2п раз, т.е, при числе гомотетий, например,n

100, повышение быстродействия составляет более чем на два порядка.

Формула и э о б р е т е н и я

Способ распознавания геометричес ких фигур по авт.св.11 1020840, о т л и ч а ю шийся тем, что, с целью повьппения быстродействия, в моменты появления экстремальных уровней интегральных сигналов формируют сигналы временного отсчета, формируют результирующие сигналы, пропорциоТгальные соответствующим сигналам speменного отсчета и обратно пропорциональные соответствующим экстремальным уровням интегральных сигналов, и по полученной последовательности результирующих сигналов судят о распознаваемой фигуре.

1376109

Фиг.2

Составитель Т. Ничипорович

Редактор Н.Тупица Техред М.Дидык

Корректор В. Гирняк

Заказ 790/49 Тираж 704

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Подписное

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