Устройство для определения положения объекта на изображении

 

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU„„

А1 ео4 G 06 К 9/36

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

Н А BTOPCHOI4V СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4210544/24-24 (22) 16.03,87 (46) 30.09.88. Бюл, У 36 (71) Рязанскими радиотехнический инс- титут

{72) Б.А.Алпатов, А.А.Селяев и С.Ю.Хлудов (53) 681.327.12(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

0 853634, кл. G 06 К 9/36, 1981.

Авторское свидетельство СССР

У 1104692, кл. Н 04 N 7/18, 1983. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОЛОЖЕНИЯ ОБЪЕКТА НА ИЗОБРАЖЕНИИ (57) Изобретение относится к автоматике, в частности к устройствам для определения положения объекта на иэображении, и может быть использовано в системах распознавания образов и: совмещения изображений двикущихся объектов. Цель изобретения — повышение точности и упрощение устройства.

Поставленная цель достигается путем обновления эталонного изображения объекта, основанного на межкадровом сглаживании изображения объекта, что обеспечивается подключением выхода первого блока памяти к информационным входам коррелятора и блока временного сглаживания, а также соединением четвертого, пятого и шестого выходов блока управления с управляющими входами коррелятора. коммутато- а ра и блока определения координат. ф

11 ил.

1427396

Изобретение относится к области автоматики, в частности к устройству для определения положения объекта на изображении и может быть использовано 5 в системах распознавания и совмещения изображений движущихся объектов.

Цель изобретения состоит в повышении точности и упрощении устройства.

На фиг.1 представлена блок-схема устройства; на фиг.2 — пример конструктивного выполнения коррелятора; на фиг.3 — то же, блока определения координат; на фиг.4 — то же, блока временного сглаживания ; на фиг.5 — 15 то же, блока управления; на фиг.6-11— временные диаграммы управляющих сигналов, поясняющие работу сигнала.

Устройство (фиг.1) содержит первый блок 1 памяти, блок 2 временного сгла- 20 живания, коммутатор 3, блок 4 управ- . ления, второй блок 5 памяти; коррелятор 6, блок 7 определения координат.

Коррелятор 6 (фиг.2) содержит вы читатель 8, блок 9 постоянной памяти,25 сумматор 10 и регистр 11.

Блок 7 определения координат (фиг ° 3) содержит регистры 12-14, вычитатели 15, 16, вентиль 17 и блок 18 постоянной памяти. 30

Блок 2 временного сглаживания (фиг.4) содержит блоки 19,20 постоянной памяти, умножители 21, 22, сумматор 23, регистр 24, коммутатор 25 и блок 26 оперативной памяти.

Блок 4 управления (фиг.5) содержит схему ИЛИ 27, счетчик 28, триггер 29, блок 30 постоянной памяти, инвертор

31, вентили 32, 33, коммутаторы 34, 35, сумматоры 36, 37, коммутаторы

38-40.

На фиг.6-1 1 приведены временные диаграммы управляющих сигналов, поясняющие работу устройства.

При составлении временных диаграмм 45 считалось, что текущее иэображение имеет размерность 8 х 8 точек, а эталонное изображение — 4 х 4 точек °

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

На вход блока 1 памяти текущего

50 изображения поступает сигнал текущего, телевизионного изображения. Период обработки этого сигнала устройством можно разделить на несколько этапов (фиг.б).

1. Запись текущего телевизионного изображения в блок 1 памяти текущего изображения 1.

2. Определение координат объекта на текущем телевизионном изображении в корреляторе 6 и блоке 7 определения координат.

3. Межкадровое сглаживание изображения объекта в блоке 2 временного сглаживания.

4 ° Обновление эталонного иэображения в блоке 5 памяти эталонного изображения.

Рассмотрим работу устройства на каждом из этих этапов.

На вход блока 1 памяти поступает сигнал текущего телевизионного изоб- ражения. Одновременно на вход блока управления поступает внешний управляющий сигнал У6-5, необходимый для.. синхронизации процесса записи в блок 1 (фиг.5),Первые шесть разрядов этого сигнала являются сигналами адреса, а седьмой разряд — сигналом записи. Внешний управляющий сигнал У6-6, поступающий одновременно с сигналом У6-5, обеспечивает прохождение сигнала У6-5 через коммутаторы 38-40 блока 4 управления на управляющий вход блока 1 памяти. Работа . стройства на этом этапе поясняется диаграммой управляющих сигналов, приведенной на фиг.7.

На втором этапе на входы коррелятора 6 поступают значения текущего и эталонного изображения из блоков 1 и 5 соответственно. В блоке 6 реализуется разностный корреляционно-экстремальный алгоритм. На вход вычитателя 8 поступают значения элементов текущего и эталонного иэображений. Вычитатель 8 вычисляет разность, значение которой поступает на вход блока 9 памяти, с помощью которого вычисляется модуль этой разности.

На сумматоре 10 и регистре 11 организован накапливающий сумматор, который перед началом вычисления обнуляется сигналом У4-1 (фиг.9). Сигнал

У4-2 является сигналом записи в регистр 11. Вычисленное значение поступает в блок 7 определения координат, где определяется минимальная величина среди всех значений. Текущее значение поступает на вход вычитателя 15.

На его второй вход поступает текущее значение минимума, хранящееся в регистре 12. Если содержимое регистра

12 оказывается больше нового значения, то знак их разности, вычисленной на вычитателе 15, будет равен

3 1427

" 1", которая поступает на вентиль 17 и разрешает прохождение сигнала У5-2 на входы записи регистров 12 и 13.

В результате в регистр 12 запишется новое значение текущего минимума, а в регистре 13 — значения, соответствующие этому минимуму и поступающие в блок 7 из блока 4 управления (сигнал У5-3). По окончании вычислений в регистре 13 хранятся значения, соответствующие положению объекта на изображении. Эти значения поступают в блок 4 управления, где использу- ются при выборе участка текущего . 15 изображения объекта, поступающего на сглаживание в блок 2. Для выдачи на выход устройства вычисленные значения координат объекта преобразуются в другую систему координат, в которой20 координаты j. объекта равны О, если объект находится в центре текущего кадра. Для этого значения поступают на вычитатель 16, на второй вход которого поступают координаты центра 25 текущего изображения, записанные в блоке 18 постоянной памяти. Вычисленные значения записываются в регистр 14 сигналом У5-4 и поступают на выход устройства. 30

На третьем этапе в блоке 2 произ-. водится сглаживание изображения объекта. Сглаженное изображение объекта представляет собой сумму большого числа изображений объекта, взятых с монотонно убывающим весом. Так как каждое изображение объекта взято из соответствующего кадра относительно найденных в нем координат объекта, то суммирование изображений . 40 объекта приведет к уменьшению дисперсии аддитивной некоррелированной помехи. Другим положительным следствием данного межкадрового сглаживания является сглаживание ошибок дискретизации и квантования, также искажающих изображение объекта.

На вход блока 2 поступают значения элементов участка текущего кадра, взятого относительно найденных координат объекта. Выбор соответствующего участка текущего кадра обеспечивается с помощью блока 4 управления.

Значения координат объекта в текущем кадре (сигнал У8) поступают из блока 7 определения координат в блок 4

55 управления. Значения сигнала У8 проходят через коммутаторы 34, 35, на сумматоры 36, 37, на вторые входы ко396 торых поступает сигнал ДЗ иэ блока 30. постоянной памяти. На выходах сумматоров образуются сигналы адреса блока памяти текущего изображения, которые через коммутаторы 38-40 поступают в блок 1 (фиг.10). На умножителе 22 производится умножение значения элемента текущего изображения на соответствующий коэффициент, поступающий из блока 20 постоянной памяти. На сумматоре 23 вычисляется итоговое значение, которое записывается в регистр 24 сигналом У2-1 (фиг.10).

Вычисленное значение через коммутатор 25 поступает на вход блока 26 оперативной памяти и записывается там. При этом первые 4 разряда сигнала У2-3 являются сигналами адреса,, а пятый разряд — сигналом записисчитывания.

В предлагаемом устройстве производится смена эталонного изображения в каждом телевизионном кадре, и в

I качестве нового эталона выбирается текущее значение сглаженного изображения. Для этого производится последовательное считывание элементов сглаженного изображения из блока 2 временного сглаживания и запись и:: в блок памяти эталонного изображения (фиг.11). Первые четыре разряда сигналов У2-3 и УЗ являются сигналами адреса, а пятые разряды — сигналами записи-считывания. Характерной особенностью алгоритма межкадрового сглаживания является то, что изображения объекта, взятые из различных кадров, входят в сглаженный сигнал с разными весами, причем с наибольшими весами в сглаженный сигнал входят изображения последних кадров.

Работа устройства на всех этапах вычислений синхронизируется блоком 4 управления, а также внешними синхронизирующими сигналами. На счетчик 28 блока 4 управления поступает тактовая последовательность прямоугольных импульсов У6-3. Сигнал У6-4 является внешним сигналом запуска устройства.

Если сигнал У6-4 равен "1", та счетчик 28 удерживается в нулевом состоянии и устройство не работает, Если сигнал У6-4 равен "0", то устройство начинает свою работу. Счетчик 28 под воздействием тактовых импульсов У6-3 вырабатывает адрес блока 30 постоянной памяти, в котором записаны все управляющие сигналы. Число разрядов

1427396 в блоке 30 постоянной памяти равно числу управляющих сигналов устройст- ва, а число ячеек памяти в каждом разряде определяется периодом работы всего устройства, поделенным на длительность одного такта вычислений.

В первом цикле вычислений выполняются только 1, 3 и 4 этапы. Во время первого кадра производится началь-10 ная запись эталонного изображения в блок 5 и начальная установка сгла женного изображения в блоке 2. Для обеспечения этого режима работы устройства на его вход поступает сигнал У6-1 (фиг.б), устанавливающий триггер 29 в единичное состояние. Перед началом работы триггер 29 должен быть обнулен путем подачи сигнала

У6-?. После прихода сигнала У6-1 триг-20 гер 29 находится в единичном состоянии до тех пор, пока и конце первого кадра из блока 30 постоянной памяти не поступит сигнал Д1, переводящий триггер ?9 в нулевое состояние. 25

В этом состоянии триггер 29 находится во время всех последующих вычислений, Наличие триггера 29 позволяет сформировать управляющие сигналы У2-2, У7, необходимые только в первом кадре а также блокировать прохождение сигналов У4, У5 на блоки 6, 7 устройства, которые во время первого кадра не работают. Сигнал Д4 с выхода триггера 29 в качестве адресного сигнала поступает также в блок 30 постоянной памяти, обеспечивая формирование в первом кадре соответствующих управляющих сигналов У5-3 и ДЗ, используемых на этапах 3 и 4. В последующих кадрах сигнал Д4 равен "0", и .сигналы У5-3 и ДЗ примут другие значения, чем в первом кадре, так как считываются из другой области блока 30 постоянной памяти.

В качестве исходного эталонного изображения может быть выбрано как специально сформированное изображение объекта, так и текущее телевизионное изображение объекта, Оно поступает на вход устройства и записывается в блоке 1 памяти текущего изображения.

Так как эталонное изображение имеет меньшие размеры; чем текущее телевизионное изображение, то при начальной записи эталона искомое изображение объекта записывается в центральную часть матрицы блока 1 памяти текущего изображения. В дальнейшем из блока 1 считывается центральная часть записанного там изображения, содержащая искомый объект. На 3 этапе оно запоминается в блоке 26 оперативной памяти блока 2 временного сглаживания в качестве исходного сглаженного изображения. Это обеспечивается подачей сигнала У2-2 на коммутатор 25 и сигнала У2-3 на блок 26 оперативной памяти (фиг.8). На этапе 4 производится запись исходного эталонного изображения. Для этого считывается центральная часть изображения из блока 1, которая запоминается в блоке 5 памяти эталонного иэображения (фиг.8). Начиная с второго кадра устройство функционирует в обычном режиме, выполняя все этапы вычислений (фиг.6).

Предлагаемое устройство позволяет повысить точность определения координат объекта, так как в качестве эталонного изображения при его смене используется не текущее изображение объекта„ а сглаженное изображение, на котором сигнал от объекта отфильтрован от искажающих его аддитивных шумов.

Форт ула изобретения

Устройство для определения положения объекта на изображении, содержа-! щее первый блок памяти, информацион-: ный вход которого является информационным входом устройства, управляющий вход блока памяти подключен к первому выходу блока управления, а выход соединен с.одним информационным входом коммутатора, другой информационный вход которого подключен к выходу блока временного сглаживания, управляющий вход которого соединен с вторым выходом блока управления, второй блок памяти, информационный вход которого подключен к выходу коммутатора, управляющий вход соединен с третьим выходом блока управления, а выход подключен к первому информационному входу коррелятора, выход которого соединен с информационным входом блока определения координат, один выход которого подключен к информационному входу блока управления, о т л и ч аю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности и упрощения устройства, выход первого блока памяти соединен с другим информационным входом коррелятора, управляющий вход которо1427396 го подключен к четвертому выходу блока управления и к информационному входу блока временного сглаживания, пятый выход блока управления соединен с управляющим входом коммутатора, а шестой выход блока управления подключен к управляющему входу блока определения координат, выход которого является информационным выходом устройства, при этом вход эапуска блока управления является синхрониэирующим входом устройства.

1427396

1427396

56 J N-4

И

4Ье.Х

Bmnaai

5ыЦисмнцй

84, Р7, У2-Г

1427396

1р ф

Зр фр ф

fp

7р

5-б

ß2,У

И

УЯ

И 1р, gJ

ИХр, Q

N4р,И юфys

ИффЯ

У4У4-Я

YXN-2

1р

2р

_#_-5 р фр

N-4

И юг. У

) 427396

УЯ

Редактор О.Спесивых

Зазказ 4854/46 Тираж 704 . Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

l13035, Москва, R-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектна оектная 4

1р

2р

Dp фр

5р

У7

fp ф ф

$p

1р гр

Jp

4р ф

fp

И

fp гр

Jp

Фр р

7р

Jp

Ор

Jp

fp

7р

lp

7р

Jp

4р

Ер

Составитель А.Романов

Техред М.Ходанич Корректор М.Демчик