Устройство для выделения изображений подвижных объектов

 

Изобретение относится к автома-, тике, в частности к устройствам для выделения изображений подвижных объектов. Цель изобретения состоит в повьш1ении надежности выделения изображений подвижных объектов. Пот ставленная цель достигается путем смещения исходного изображения на заданное число элементов влево и вправо вдоль строки и на заданное число строк вверх и вниз по кадру, что обеспечивается введением сумматоров , вычитателей, формирователя кодов смещения, коммутатора, второго блока памяти, элементов И и ИЛИ. 5 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (511 4 0 06 К 9/36

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4291977/24-24 (22) 30.07 ° 87 (46) 28.02.89. Бюл. М 8 (71) Ленинградский институт авиационного приборостроения (72) В.В.Гладков и Б.А.Павлов (53) 681.327.12(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Ф 1262539, кл. Г 06 К 9/36, 1986. .Заявка ЕПВ - 01430109 кл. Н 04 И 7/13, опублик. 1985, (54) УСТРОЙСТВО ДПЯ ВЫДЕЛЕНИЯ ИЗОБ-,.

РАЖЕНИЙ ПОДВИЖНЫХ ОБЪЕКТОВ (57) Изобретение относится к автома-, !

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике, в частности к устройствам для выделения изображений подвижных объектов.

Цель изобретения — повьппение надежности выделения изображений под.".. вижных объектов.

На фиг,1 изображена структурная схема устройства; на фиг.2 — структурная схема датчика видеосигнала; на фиг.3 — структурная схема формирователя управляющих сигналов; на фиг.4 — структурная схема вычислительного устройства блока фильтрации; на фиг.5 — структурная схема формирователя порога.

Устройство (фиг.1) содержит датчик 1 видеосигнала, формирователь 2 управляющих сигналов, счетчик 3, первый сумматор 4, первый вычитатель 5, второй сумматор 6, второй вычитатель

7, формирователь 8 кодов (задатчик

„„SU„„1462373 А1 тике, в частности к устройствам для выделения изображений подвижных объектов. Цель изобретения состоит в повьш ении надежности выделения изображений подвижных объектов. По-. ставленная цель достигается путем смещения исходного изображения на заданное число элементов влево и вправо вдоль строки и на заданное число строк вверх и вниз по кадру, что обеспечивается введением сумматоров, вычитателей, формирователя кодов смещения, коммутатора, второго блока памяти, элементов И и ИЛИ, 5 ил.

2 сигналов смещения), блок 9 фильтрации, формирователь 10 порога, первый блок 11 памяти, коммутатор 12, блок

13 вычитания, второй блок 14 памяти, элемент И 15, блок 16 сравнения и элемент ИЛИ 17. На фиг,1 также показан блок 18 регистрации.

Датчик 1 видеосигнала (фиг.2) образуют камера 19, аналого-цифровой преобразователь 20 и генератор 21, Первый выход камеры )9 подключен к входу генератора 21 и является строчным синхронизирующим выходом датчика

1. Второй выход камеры 19 подключен к первому входу преобразователя 20, а третий выход является кадровым синхронизирующим выходом датчика 1. Выход генератора 21 подключен к второму входу преобразователя 20 и является тактовым выходом датчика 1, выходом видеосигнала которого является выход преобразователя 20.

3 146237

Формирователь 2 управляющих сигналов (фиг.3) включает элемент 22 задержки, элемент Hl; 23, элемент И-НЕ

24, элемент 25 задержки, счетчик 26 строк, триггер 27, элемент НЕ 28, 5 счетчик 29 элементов строки, элемент

И-НЕ 30, элемент HJIH 31, элементы

И 32 и 33, элемент НВ 34, элемент

И 35, элементы НЕ 36 и 37, элементы

И 38-41, триггеры 42 и 43, элемент

И 44, элементы ИЛИ 45 и 46.

Формирователь 8 кодов, предназначенный для задания сигналов смещения, реализован с помощью двух групп переключателей, число которых в каждой группе, например, четыре при максимальном смещении исходного изображения на 15 элементов по строке и по кадру. На первые объединенные входы . переключателей подается сигнал ло: гической единицы, на вторые объеди- ": ненные входы — сигнал логического нуля.

Блок 9 фильтрации состоит иэ 25 двух вычислительных устройств, вторые и кадровые синхронизирующие входы которых объединены .и являются одноименными входами блока 9, первый и третий входы которого являются первы- ЗО ми входами соответственно первого и BTopoI Î вычислительных устроиств.

Первое и второе вычислительные устройства реализованы аналогично. Каждое вычислительное устройство (фиг.4)

35 содержит программируемое запоминающее устройство 47, формирователь 48 кадров, инвертор 49, элементы 50-53 задержки, пороговый элемент 54, регистры 55 и 56, коммутатор 57, сумматор 58, регистры 59-63, вычитатель

64 и элемент 65 задержки.

Формирователь 10 порога включает формирователь 66 кода, регистр 67, программируемое запоминающее устройство 68, вычитатель 69, коммутатор

70, вычитатель 71, коммутатор 72 регистр 73, программируемое запоминающее устройство 74, вычитатель 75, коммутатор 76, регистр 77 и формировач ель 78 кода.

Устройство работает следующим образом.

В процессе сканирования изображе-. ния с соответствующих выходов датчика

1 с прямолинейной прогрессивной разверткой поступают параллельный дво. — . ичный код видеосигнала (HC) кадровые и строчные синхроимпульсы (КСИ и

3 4

ССИ) и тактовые импульсы (ТИ). Формирователь 10 вырабатывает переменный пороговый сигнал, меняющейся в ходе развертки в зависимости от изменения модуля градиента яркости в окрестности каждого анализируемого элемента изображения. При этом формирователь l0 вычисляет значения изменений яркости при переходе от элемента к элементу. Полученные значения модуля градиента усредняются внутри окрестности либо находится их максимум. Вычисленный таким образом пороговый уровень на простых равномерных фонах понижается, а на сложных по структуре фонах {контуры, текстуры) повьппается. Для выделения изображения объекта по отношению к фону и исключения влияния выбросов яркости значения порогового сигнала ограничены по минимуму и по максимуму. Ограничивающие сигналы являются внутренними сигналами формирователя и задаются исходя из априорных сведений об изображении и фоне. Формирователь 2 в течение каждого телевизионного кадра производит стробирование последовательности ТИ с целью ограничения зоны выделения элементов изображения подвижного объекта. Кроме того., в нем из стробированной последовательности ТИ формируются вспомогательные сигналы, обеспечивающие режим записи и считывания блоков ll и 14, сигнал разрешения и противофазные сигналы записи-считывания для первой и второй групп запоминающих устройств (.ЗУ) блоков 11 и 14. Использование противофазнйх сигналов записи-считывания и разделение ЗУ на две группы и, соответственно, увеличение в два раза объема памяти необходимо для обеспечения одновременной записи и считывание ВС в темпе поступления изображения. В каждом предыдущем кадре запись изображения производится в ЗУ первой группы, а считывание— из ЗУ второй группы, в последующем кадре функция ЗУ меняется. Формирователь 2 формирует также сигнал управления коммутатором 12, благодаря которому в каждом кадре запись

ВС в блок 14 происходит в одну группу ЗУ по смещенным адресам, а считывание из другой группы ЗУ вЂ” по адресам, поступающим без смещения непосредственно с выхода двоичного счетчика 3. Такая адресацкя групп ЗУ гого из указанного сигнала вычитает

ВС. Полученные модули разности сигналов яркости элементов текущего и предыдущего кадров сравниваются с пороговым эталонным сигналом, сформированным формирователем 10, В случае превышения разностным сигналом порогового сигнала на соответствующем выходе блока 16 появляется сигнал логической единицы. Таким образом, на выходах блока 16 появляются сигналы, характеризующие изменения яркости элементов изображения и вызванные как движением объекта наблюдения, так и дополнительными смещениями изображения. С первого выхода блока 16 сигнал сравнения ВС и несмещенного изображения поступает непосредственно на первый вход блока 9 фильтрации, на третий вход которого поступает сигнал с выхода элемента

ИЛИ 17, осуществляющего логическое сложение сигналов ВС с четырьмя сигналами смещенных изображений.

Каждый из этих двух сигналов обрабатывается в блоке 9 своим вычислительным устройством, которые аналогичны. Каждое вычислительное устройство блока 9 подсчитывает в окрестности текущего элемента разложения число выделенных сверхпороговых элементов изображения. Если это нисло больше заданного эталонного порогового числа, то принимается решение о обнаружении очередного элемента изображения. При этом в первом вычислительном устройстве блока 9 в формирователе кода устанавливается такое пониженное эталонное пороговое число, которое позволяет выделить практически все элементы вдоль края изображе"..

5 14623 позволяет блоку 14 одновременно записывать и считывать сигналы смещенных изображений.

Счетчик 3 подсчитывает число ТИ

5 внутри зоны стробирования. в каждом телевизионном кадре и сбрасывается: с приходом очередного КСИ. Сигнал на выходе счетчика 3 определяет положение элемента разложения внутри строба по строке и по кадру, поэтому, изменив этот сигнал, можно записать изображение объекта наблюдения со смещением, т.е. выше, ниже, левее . или правее, Для записи в блок 14 смещенных изображений сигнал с выхода счетчика 3 суммируется с сигналами, вырабатываемыми задатчиком 8 сигналов смещения, с помощью сумматоров 4 и 6 и вычитателей 5 и 7.

Код, поступающий с первого выхода задатчика 8 на вторые входы сумматора

4 и вычитателя 5, приводит к смещениям изображения на одинаковое число растровых элементов влево и вправо. . 25

Код, поступающий со второго выхода эадатчика 8 на входы вторых сумматора 6 и вычитателя 7, приводит к смещениям изображения на одинаковое число строк вверх и вниз, Значения сигналов З11 смещения определяются информацией о предлагаемых перемещениях изображения объекта вдоль и поперек строк.

Смещенные значения адресов через коммутатор 12 поступают на первую или вторую (в следующем кадре) группу

ЗУ блока 14. Такой режим работы коммутатора 12 обеспечивается тем, что селекторы 12 также разбиты на две группы,- причем в первой группе селекторов 4О адресный выход счетчика 3 подключен к первым информационным входам селекторов ° а во второй группе — к вторым информационным входам селекторов, на другие входы селекторов подаются смещенные адресные сигналы. Сигналы записи-считывания, поступающие на управляющий вход блока 14 должны быть фаэированы с сигналом управления коммутатором 12 так, чтобы считывание с соответствующей группы ЗУ происходило по адресам, поступающим без смещения с выхода счетчика 3 ° Задержка видео-. сигнала на входах блоков 11 и 14 обеспечивает установку информации на адресных входах ЗУ до прихода ВС и соответствуюших сигналов считываниязаписи. Сигналы изображения, записанные в блоках ll и 14 в предыдущем

73 ° 6 кадре, ачитываются в последующем и с выходов указанных блоков 11 и 14 .. поступают на соответствующие входы блока 13 вычитания. Для обеспечения синхронного вычитания значений яркости в каждом из элементов изображения

ВС задерживается на время формирования адреса считывания и считывания информации из ЗУ блоков 11 и 14. Для вычисления модуля разности текущего

ВС с исходным несмещенным и каждым из сигналов смещенных изображений в блоке 13 используется пять вычислительных элементов, каждый из котоалых с помощью одного вычитателя вычитает из ВС сигнал, считываемый иэ соответствующего ЗУ, а с помощью дру7 4623 иия подвижного объекта. Однако при

1 этом при низких отношениях сигнал/шум происходит вьщелейие большоr о числа ложных элементов. С другой стороны, выделение дополнительных

5 элементов, накопление их вдоль края изображения объекта позволяют установить в формирователе кода второго

Вычислительного устройства повышенный порог, что также позволяет выделить практически все элементы вдоль рая изображения подвижного объекта.

/ днако элементы, выделенные вторым вычислительным устройством, в резуль- 15 тате искусственных смещений исходного изображения могут относиться и неподвижным иэображениям.. Для исключения как ложных, так и неподвиж х элементов сигналы с выходов бло.а 9 подаются на вход элемента И 15, Ца выходe которого появляется сигнал логической едиьп цы только в том слу ае, когда первое вычислительное ! устройство выделило подвижный элемент 25 зображения объекта, а второе вычислительное устройство вьщелило элемент

4зображения, существенно превышающий уровень шумового фона.

Работа датчика 1 видеосигнала (фиг.2) происходит следующим образом.

Телевизионная камера 19 работает в режиме прогрессивной развертки с частотой кадров 25 Гц. Число строк 625.

ССИ с выхода камеры 19 запускают генератор 21 ТИ. ТИ необходимы для ра-. боты аналого-цифрового преобразовате20, с выхода которого в устрой rHo

Поступает параллельный шестиразрядИый код яркости каждого элемента

40 разложения.

Формирователь 2 управляющих сигналов (фиг.3) работает следующим .образом. Счетчик 29 элементов строки устанавливается в "О" с приходом очередного ССИ. В исходном состоянии на его выходе присутствует сигнал логического нуля, который инвертируется элементом HE 34 и поступает на один вход. элемента И 33, на другой. вход которого поступают ТИ, Первый из ТИ строки проходит в этом случае через элемент И 33 и устанавливает триггер 42 в исходное состояние.

Сброс триггера 42 осуществляется при появлении сигнала логической единицы на выходе счетчика 29. Сигнал логической единицы присутствует на выходе счетчика 29 с момента его

73 8 появления до окончания строки. При этом на выходе элемента НЕ 34 устанавливается логический ноль и с приходом ТИ триггер 42 не перебрасывается. Формирование строба по кадру происходит аналогичным образом с использованием счетчика 26 строк, сброс которого происходит очередным КСИ, эле-. мента И 35, элемента НЕ 36 и триггера 43. Через элемент И 44 во время действия стробов проходит последовательность ТИ, используемая далее в предлагаемом устройстве и внутри формирователя 2 для формирования сигналов для запоминающих устройств блоков

11 и 14. Для формирования сигналов управления коммутатором 12 КСИ поступают на счетный вход D-триггера 27, выход которого соединен с входом D что обеспечивает счетный режим работы триггера 27.. Сигналы триггера 27 и аналогичные инвертированные с выхода элемента НЕ 37 используются также при формировании служебных сигналов. Первый из этих сигналов поступает на входы элементов И 38 и 40, а второй (ичвертированный) — íà входы элементов И 39 и 40, В результате логического умножения и сложения указанных управляющих сигналов с послед довательностью ТИ и аналогичной ин=.. вертированной элементом НЕ 28 последовательностью на выходе элемента

NJIM 45 в течение одного кадра формируются сигналы записи, а в течение последующего — сигналы считывания.

Аналогично элементы И 40 и 41 и элемент ИЛИ 46 осуществляют формирование сигналов, но в обратной последовательности от кадра к кадру. Эле.".: мент 22 задержки обеспечивает задержку последовательности ТИ на вреmr около 20 нс, что позваляет логическому устройству на элементах

НЕ 28 и 23, элементах И-НЕ 24 и ЗО и элементе И 32 .сформировать после" довательность импульсов с частотой

25 МГц. В результате логического умножения, выполненного элементом И 32, последовательности ТИ и полученной г высокочастотной последовательности формируется сигнал, задержка отрицательного переднего фронта которого осуществляется элементом 25 задержки на величину около 4-10 нс.

Вычислительное устройство блока

9 фильтрации (фиг.4) работает следующим образом. Элементы 50-53

9 14623 задержки осуществляют задержку бинарного сигнала превьппения порога каждый соответственно на строку телевизионного разложения. Незадержанный бинарный сигнал на первом входе

5 блока и сигналы, задержанные на одну-четыре строки, образуют столбец из пяти элементов анализирующей апертуры. В зависимости от этих сигналов столбца на выходе программируемого запоминающего устройства 47 формируется двоичный 3-разрядный сигнал числа единичных элементов в столбце.

Числа, определяющие число элементов в столбцах апертуры, записываются в регистр 55 и проталкиваются через последовательность регистров 60-63, причем перезапись осуществляется по фронту ТИ. Таким образом, в регистра=.2О вой памяти хранится информацие о числе выделенных сверхпороговых элементов в пяти столбцах, составляющих анализирующую апертуру. Вычитатель

64 сравнивает число элементов в каж- 25 дом входящем столбце с числом элементов в выталкиваемом столбце и записывает полученную разность и ее знак в регистр 56. При положительной разности ее значение проходит через ком- 0 мутатор 57 и суммируется в сумматоре

58 с числом, хранящимся в регистре

59, выполняющем функцию аккумулятора, При отрицательной разности инвертор

49 формирует обратный код ее значения, Он проходит коммутатор 57, пре35 образуется в дополнительный код, и значение разности вычитается из со.. держимого регистра 59. Таким образом, регистр 59 подсчитывает число выде- 40 ленных сверхпороговых элементов изображения внутри апертуры 5х4 элементов разложения, движущегося по полю изображения синхронно с разверткой.

Элемент 65 задержки компенсирует за,",.„4 держку прохождения сигналов внутри .блока, начиная с вычитателя 64 и далее до растра 59. Он обеспечивает синхронную передачу сигналов и считывание результатов сравнения числа вы- 5 деленных элементов с эталонным чис-...., лом„ задаваемым формирователем 48 кадров. Сравнение осуществляется по роговым элементом 54, сигнал с выхода которого подается на выход блока совместно со стробированной последавательностью ТИ.

Формирователь 10 порога (фиг.5) работает следующим образом. Шестираз73 0 рядный код ВС подается на вход блока, записывается в регистр 66 и последовательно каждым ТИ переписывается в регистры 73.-77. Программируемые запоминающие устройства 68 и 74 преобра". зуют коды яркости соседних трех бегущих элементов строки в значения абсолютных величин разностей первоговторого и второго-третьего элементов.

С помощью вычитателя 69 по знаку разности определяют большее из двух значений абсолютных величин, которое по сигналу с выхода переноса вычитателя

69 передается на выход коммутатора

70. Аналогичным образом вычитатели

71 и 75 сравнивают разностный сигнал на выходе коммутатора 70 сначала с максимальным, а затем с минимальным пороговыми эталонными сигналами, вырабатываемыми соответственно на выходах формирователей 66 и 78

Формула изобретейия .Устройство для выделения изображений подвижных объектов, содержащее формирователь управляющих сигналов, синхронизирующие входы которого подключены к первому, второму и третьему выходам датчика видеосигнала, четвертый выход которого соединен с информационным входом формирователя порога, синхронизирующий вход которого подключен к первому выходу датчика видеосигнала, а выход соединен с одним информационным входом блока сравнения, счетчик, счетный вход ко торого подключен к первому выходу формирователя управляющих сигналов, а нулевой вход соединен с третьим выходом датчика видеосигнала, первый блок памяти, информационный вход которого подключен к четвертому выходу датчика видеосигнала, адресно вход соединен с выходом счетчика, управляющий вход подключен к второму выходу формирователя управляющих сигналов, а выход соединен с первым информационным входом блока вычитания, другой информационный вход которого подключен к выходу датчика видеосигнала, а выход соединен с другим информационным входом блока сравнения, первый выход которого подключен к первому синхранизирующему входу блока фильтрации, второй синхронизирующий вход которого соединен с первым выходом формирователя управляю! >62373

12 щих сигналов, третий синхронизнрующий вход подключен к третьему выходу датчика видеосигнала, о т л и ч а ю— щ е е с я тем, что, с целью повышения надежности выделения изображений подвижных объектов, в него введены сумматоры, один информационный вход каждого из которых соединен с выходом счетчика, вычитатели, один информационный вход каждого из которых подКлючен к выходу счетчика, формирователь кодов смещения изображения, выМоды которого соединены с другими ннформационнымн входами соответствующих сумматоров и вычитателей, коммутатор, информационные входы которого соецинены с выходами сумматорав и вычитателей, адресный вход подключен к выходу счетчика, а управляющий вход соединен с третьим выходом формирователя управляющих сигналов, 5 второй блок памяти, информационные входы которого подключены к выходам коммутатора и датчика видеосигнала, управляющий вход соединен с вторым выходом формирователя управляющих сигналов, а выходы подключены к информационным входам группы блока вычитания, элемент ИЛИ, входы которого соединены с вторым, третьим, четвертым и пятым выходами блока сравнения, выход которого подключен к управляю-., щему входу блока фильтрации, и элемент И, входы которого соединены с выходами блока фильтрации, а выход является выходом устройства.

20!

1462373

Фие. 2

1462373

Фиа 5

Составитель Т. Ничипорович

Техред Л.Сердюкова Корректор H.Êîðîëü

Редактор А.Огар

Заказ 716/50 Тираж 667 Подписное

ВЯИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат Патент, г. Ужгород, ул. Гагарина,!01