Устройство для распознавания изображений

 

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и предназначено для систем распознавания и идентификации простых образцов, сигналов. Целью изобретения является повышение быстродействия устройства за счет аппаратурной реализации операций предварительной обработки изображения. Устройство содержит блок формирования и цифрового преобразования видеосигнала, блок формирования электронного окна, блок вычисления порога, блок памяти, две группы пороговых элементов и блок распознавания. За счет одновременного отделения элементов изображения от элементов фона быстродействие увеличивается более, чем в 10 раз. 4 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАДИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

А1

Д11 4 G 06 К 9/00

ГОсудАРстВенный комитет

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ Гкнт СССР

21) 4395397/24-24

22) 22.03.88 (46) 15.11.89. Бюл. 11 42 (72) В.И.Колосков (53) 772 ° 99(088.8) (56) Патент США 11 4369430, кл. G 06 K 9/00, опублик. 1983.

Авторское свидетельство СССР

9 1196917, кл. G Об К 9/46. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ РАСПОЗНАВАНИЯ

ИЗОБРАЖЕНИЙ (57) Изобретение относится к авто- матике и вычислительной технике и предназначено для систем распознаваИзобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано при построении систем распознавания и идентификации простых образов, изображений, пространственных сигналов.

Цель изобретения — повышение быстродействия устройства за счет аппаратурной реализации операций предварительнои обработки изображения.

На фиг. 1 изображена структурная схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 — конкретные примеры двух распознаваемых изображений при разной ориентации; на фиг. 3 — положения этих изображений в матрице "окна", при которых обеспечивается их распознавание; на фиг. 4 - функциональная схема блока распознавания, построенного применительно к данным изображениям.

„„Я0„„1522254

2 ния и идентификации простых образов сигналов. Цель изобретения — повьппение быстродействия устройства sa счет аппаратурной .реализации операций предварительной обработки изображения. Устройство содержит блок формирования цифрового преобразования видеосигнала, блок формирования электронного окна, блок вычисления порога, блок памяти, две группы пороговых элементов и блок распознавания.

За счет одновременного отделения элементов изображения от элементов фона быстродействие увеличивается более чем в 10 раз. 4 ил.

Устройство содержит (фиг. 1) блок 1 формирования и цифрового преобразования видеосигнала; блок 2 паВ 4 мяти, состоящий иэ последовательно соединенных сдвигающих регистров 3, которые являются элементами памяти одной строки. Элементы 3 памяти строки соединены между собой последовательно и работают по принципу сдвигающих регистров . -разрядных слов.

Выходы блока 1 формирования и цифрового преобразования видеосигнала и элементов 3 памяти строки, т,е. сдвигающих регистров, соединены с входами, блока 4 формирования элекIl It тронного окна, который состоит из сдвигающих регистров 5, обеспечивающих сдвиг п-разрядного слова sa один такт, Число регистров равно числу элементов столбца матрицы (К) изображения, а разрядность сдвига

1522254

20

55 равна числу элементов строки матрицы (m) изображения, Элементы матрицы, кроме элементов крайних строк и крайних столбцов, образуют так называемую сигнальную зону. Выходы элементов этой зоны матрицы соединены с входами групп б пороговых элементов 7, на вторые входы которых поступает сигнал центрального элемента регистров 5 (на фиг. 1 заштрихован).

Число пороговых элементов этой группы на 1 меньше числа элементов сигнальной зоны матрицы. Выходы регистра центрального элемента матрицы соединены также с входом блока 8 вычисления порога по заданной функции f. Выход блока 8 вычисления порога соединен с пороговыми элементами 7 группы 9 пороговых элементов, на вторые входы которых поступают сигналы всех элементов матрицы, кроме центрального. Число пороговых элементов в группе 9 на 1 меньше общего числа элементов матрицы. Выходы всех пороговых элементов 7 обеих групп соединены с блоком 10 распознавания, представляющим собой набор логических элементов И, ИПИ.

Рассмотрим на конкретном примере принцип работы устройства.

Прежде всего необходимо выбрать размеры матрицы "окна", Эти размеры определяются конфигурацией, ориентацией и размерами распознаваемых изображений. Предположим, что распознаваемые изображения и все их возможные положения на плоскости растра соответствуют фиг. 2. Все возможные ,положения их в матрице, при которых обеспечивается распознавание, приведены на фиг. 3. Зону матрицы, в ко-.орой возможно нахождение элементов распознаваемого изображения с одновременным расположением какоголибо элемента изображения на месте центрального элемента матрицы, назовем сигнальной зоной матрицы. Размер сигнальной зоны в общем случае равен удвоенному максимальному размеру изображения минус 1. Для приведенного примера размер сигнальной зоны равен 3 3. В общем случае размер сигнальной зоны вдоль координат

Х и Y может быть неодинаковым и зависит от конфигурации образа и возможных ограничений его ориентации на плоскости растра. Полный размер матрицы "îкна" на 2 больше размера сигнальной зоны вдоль каждой координаты. Для приведенного примера размер матрицы равен 5х5. Размер матрицы m x К вдоль координат Х и Y соответственно всегда является числом нечетным. Обозначим элемент матрицы как а;, где а — значение сигнала элемента матрицы с координатой по оси Х и координатой ) по оси Y.

Тогда для рассматриваемого примера и принятых в соответствии с фиг. 3 обозначений центральным элементом матрицы является элемент а а сигьу нальная эона состоит из элементов l2> l 3> 24 5 М 3gs З М 9 43 44

Направление координат матрицы должно совпадать с направлением развертки изображения по строкам кадра (Y) и вдоль строки (Х).

Устройство работает следующим образом.

Блок 1 формирования и цифрового преобразования видеосигнала обеспечивает формирование растра, состоящего из строк и элементов в строке.

Значение сигнала элемента преобразуется блоком 1 в и-разрядный двоичный код. Обозначим период смены информации по элементам строки через а число элементов разложения вдоль строки — через Yi. Тогда длительность строки растра без учета пауз между строками будет 1 = М .

Будем считать, что развертка изображения вдоль строки соответствует координате Х, а развертка кадра по строкам — координате Y. Поток информации в реальном времени поступает на группу сдвиговых регистров 3 (память строк). Каждый регистр 3 группы содержит ровно М ячеек памяти. Тогда в цикле работы на выходах регистров 3 всегда имеется информация одноименных элементов разных строк растра. С появлением информации каждого нового элемента обеспечивается запись информации в регистры 5 блока 4, а после этого происходит запись новой информации в группу сдвигающих регистров 3 и перезапись старой информации со сдвигом на 1 такт (изменением кода адреса на 1).

В регистрах 5 также обеспечивается сдвиг информации на 1 разряд с каждым новым тактом смены входной информации. Таким образом, через время

К-1 МT =им(— — - + 1) +г(- — -- + 1) 2 2

152225

П = f(a з ) = I aug aэ аале asz a э а . a<< a э аэк а гз age а э)

Алгоритм распознавания для данного случая можно представить. в виде выражения .

С, = (П> А,)Л(П ñ <ааэ)/\(< аи)Л(аээ a„)R(a „> a„) ° (1

С, = (П v А,)Л(П < a )h(II a<>)h(a g ) a 4)R(a q

rpe A = (а,, а, аэ а4я аоэ а4 эа м a 5 t5 и .

Для случая на фиг. 3.3: СЗ = П ) Аз)Л(П е а э ) Л(П 4 а„ )Л(а qq > а э )Л(а ъ a аут э абаз э а э, а э, ад+, аз, ая а э ° а ) 5 от начала развертки иэображения (без учета пауз между .строками) первый элемент разложения растра оказывается на месте центрального элемента матрицы. Это соответствует началу анализа, который длится в течение всего кадра развертки изображения и закончится с задержкой относительно конца кадра на указанное выше время Т (вопрос о краевом эффекте рассмотрен ниже). Информация в виде и-разрядных слов со всех mxK ячеек памяти (регистров) одновременно поступает на элементы 7 сравнения, а. информация центрального элемента матрицы,.кроме того, поступает на блок 8 вычисления порога, который осуществляет вычисление порога по заданной функции: 20

Здесь выражения, заключенные в крУглые скобки, принимают значение 35 логической единицы при выполнении заданных условий и значения логичесВ формулах 1 — 3 вариации выраже- ний в четвертых н пятых скобках (или ) ) обеспечивают однократную выдачу сигнала распознавания при равенстве сигналов элементов распознаваемого изображения. Анало1 гично составляют алгоритм распознавания для других ориентаций изобФункция вычисления порога может быть постоянной или выбираться в процессе работы.

Например, П а з — р, где р какое-либо целое положительное число, или П = а э(1 — q) где коэффициент q (1. Вычисление порога дол-, жно обеспечиваться за время, меньшее Г. На выходах пороговых схем группы 6 появляются сигналы вида аээ) af3 ивидаазз )аЧэ а на выходах пороговых схем групйы 9— сигналы вида П ) а . Обозначим

1 множество элементов, окружающих распознаваемый образ, для случая, приведенного на фиг. 3.1 через А,: кого нуля " при невыполнении заданных условий. Для случая расположения распознаваемого образа, как на фиг. 3.2, имеем: ражения 1 (фиг. 3.4,...,3.12) и для изображения 2 (фиг. 3.13,...

3.16).

Суммарные логические функции распознавания изображений 1 и 2 реализуются блоком 10 распознавания.

Функциональная схема блока 10 для. рассматриваемых примеров приведена

1522254

10 на фиг. 4. Для лучшего понимания принципа построения схема дана,без минимизации. На схеме реализация функций вида (П а; ) осуществлена в энвнналентной форме (П э H,.).

Для устранения неопределенйости, связанной с краевым эффектом„ которая может привести к пропуску объекта, регистры 3 содержат < m 1) е ячеек памяти. По окончании строки сканирования вписывается нулевая

m-1 информация в (- — ) тактах, По окон2 чании каждого кадра вписывается нуК-1 левая информация в (†-) строках, m-1, каждая из которых имеет (М + †-)

2 тактов. Такой режим работы устройства соответствует обрамлению реального растра полем с нулевой информацией, в результате чего обеспечивается идентификация объекта, примыкающего вплотную к любому краю растра.

Для обеспечения быстрого вычис" ления порога и миниатюризации уст) ройства целесообразно использовать в качестве блока 8 вычисления порога заранее запрограммированное ПЗУ.

При этом по и адресным разрядам ПЗУ

1 вводится текущая информация о значении сигнала центрального элемента матрицы, а остальные адресные разряды можно использовать для вь1бора различных заранее запрограммированных функций вычисления порога, например вариации различных значений р или с .

В предлагаемом устройстве обеспечивается упрощение алгоритма вычисления порога. За счет параллельного решения задачи отделения элементов изображения от элементов фона быстродействие увеличивается более чем в десять раз. В предлагаемом устрой20

45 стве обеспечивается уменьшение вероятности пропуска объекта из-за краевого эффекта.,формула изобретения

Устройство для распознавания изображений, содержащее блок формирования и цифрового преобразования видеосигнала, выход которого соединен с входом блока памяти и входом первого сдвигающего регистра блока формирования электронного окна, входы остальных сдвигающих регистров которого соединены с выходами блока памяти, и блок распознавания, о т л и ч а ю щ е е с я тем„ что, с целью повышения быстродействия, в него введены блок вычисления порога и две группы пороговых элементов, причем выход центральной ячейки центрального сдвигающего регистра блока формирования электронного окна соединен с входом блока вычисления порога, выход кото- . рого соединен с первыми входами всех пороговых элементов одной из групп пороговых элементов, вторые входы которых соединены с выходами зсех ячеек сдвигающих регистров блока формирования электронного окна за исключением центральной ячейки центрального сдвигающего регистра, первые входы пороговых элементов другой группы пороговых элементов соединены с входом блока вычисления порога, а вторые входы пороговых элементов этой группы соединены с выходами всех ячеек сдвигающих регистров блока формирования электронного окна за исключением центральной ячейки центрального сдвигающего регистра и крайних ячеек всех сдвигающих регистров блока формирования электронного окна, все выходы пороговых элементов двух групп пороговых элементов соединены с входом блока распознавания.

1522254

ИзоЯаееные t

Иьвбраяение Р

Яиг еит кдаимодания юсичиж 8а

Фаз. 8

1522254

/7> а11

> а,У1 3

/7>a 4f

/l>a/2 6

П>а 22

/7> а32 ff

/7 > а 42 У

/7>а 52 f0

f7>а 13

Л>а 23 12

//> а 43 13

/7> а 53 /4

/7> а/4 15

/7> aZ4 /Б

7> u34 17

/7>а rf/

/7>а54 /Я

П>а15 ZO

//> u 25 21 и а3Х 22

7> а 45 23

7) а55 24 и33>, ф//3 25 а33>, а34 26

Я 33 >, и 14 27

Составитель А. Краснов

Техред Л. Серд1окова Корректор Л. Бескид

Редактор М. Петрова

3,фказ 6966/48 Тираж 668 Подписное

BIIIHHIIH Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

f13035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательско комоинат "Патент" Г ° .ужгород» ул. I, ãQpHH 1

7 ф

5

fg

1//

1

23

22

2f

12

f3

17

ff ф2

8

13

23

22

21

16

2

7

5 .3

5

17

"6

12

f3

2

4

f3

1//

17

Ю

f2