Устройство для селекции изображений объектов

 

Изобретение относится к области автоматики и вычислительной техники и может быть использовано в системах распознавания образцов. Цель изобретения - расширение области применения устройства за счет возможности вычисления площади и периметра объектов на изображении, что достигается введением блока измерения длин контуров, блока селекции контуров, элемента задержки, блока управления, двух дешифраторов, блока суммирования, регистра, блока сравнения, элемента НЕ, коммутатора, блока анализа связности, элемента И и блока задания кода, что позволяет указывать для каждого объекта на изображении число отверстий, площадь, периметр объектов и отверстий. 7 ил., 1 табл.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (Ю 4 G 06 К 9 00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЭОБРЕТЕНИЯМ И 07НРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

1 (21) 4318367/24-24 (22) 20.10.87 (46) 30.11.89. Бюл. М 44 (71) Пензенский политехнический институт (72) А.Л. Држевецкий, P.À. Абульханов, А.Б. Левин и В.В. Иолдованов (53) 681.327.12(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Р 911569, кл. G 06 К 9/00, 1980.

Авторское свидетельство СССР

У 1383413, кл. С 06 К 9/00, 1986. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ СЕЛЕКЦИИ ИЗОБРАЖЕНИЙ ОБЪЕКТОВ (57) Изобретение относится к области автоматики и вычислительной техники

Изобретение относится к автоматике и вычислительнсй технике и может быть использовано в системах для распознавания образов.

Цель изобретения — расширение области применения устройства за счет обеспечения возможности вычисления площади и периметра объектов на изображении.

Сущность изобретения состоит в том, что при построчном считывании иэображений формируется бинарное изображение. Структурная матрица, представляющая бинарное изображение, такова, что темным элементам изображения объектов соответствуют отсчеты а;, равные "1", а светлым — равные 0, где i — текущий номер элемента в строке; i = О,n, n — число элементов

„.ЯО„„яяящ А1

2 и может быть использовано в системах распознавания образцов. Цель изобретения — расширение области применения устройства за счет возможности вычисления площади и периметра объектов на иэображении. Это достигается введением блока измерения длин контуров, блока селекции контуров, элемента задержки, блока управления, двух дешифраторов, блока суммирования, регистра, блока сравнения, элемента НЕ, коммутатора, блока анализа связности, элемента И и блока задания кода, что позволяет указывать для каждого объекта на изображении число отверстий, площадь, периметр объектов и отверстий.

7 ил., 1 табл. в строке, включая обратный ход; j — текущий номер строки.

Изображения, подлежащие анализу, относятся к классу односвяэных, такие как круги, прямоугольники, элементы таких изображений также односвязные.

Граничные элементы иэображения образуют контур где частные граничные элементы изображения определяются как

b .,= а0" h a (3)

;) — 1) i-1,) °

1525718

Присвоение очередного номера изображения объекта происходит для элеме нто в изо б ражения

5 если

jN(,-,) !o A В<(! !1 О (8)

6 a н<:зависимо от 1., где L — текущий ,номер изображения объекта ° t0

Присвоение очередного номера контурным элементам каждого из иэображений объектов осуществляется следую,щим образом: к

Н;!1,к Н! «< !о а, (9) 15

< ! если

< (o«,»„«л о„ ... „«) о. < о)

Связным элементам изображения и связным контурным элементам присваи- 20 вается одинаковый номер, соответствующий условному номеру изображения объекта или контуру объекта, в результате решения следующего рекуррентного ,соотношения:

Б;,;,к - ГК6,!Э,ЧН;<3,1да 1Ч (! !) /А1;.,«р(! <)<, о6 !, <13 э

А;,- NijL 3;;

Ю;„ы С, 11а6.,!1,„1! (13)

< о ",à, ha; < — разность индексов в значениях сС,! на (j+I)-м и j-м отсчетах.

При определении связных элементов, контура вместо L а следует в (9)к (12) подставить L, а,, а для связо

; ных элементов объекта — L, а;

Длина элемента контура зависит от 40 выполнения соотношений (1) -(4) и в случае равенства длины элемента раз.,ложения в строке и межстрочного расстояния условная длина элемента 1 =1, если выполняется только одно из усло- 45 вий (1)-(4), 1,„ = 2, если выполняются только два йз условий (1)-(4) одновременно и независимо от их комбинаций, 1; = 3, если выполняется только три из условий (1)-(4) одновремен50 но. При выполнении одновременно всех условий (1)-,(4) 1, 3.

Данные условия отражены в табли,е.

Длина границы определяется путем суммирования связных граничных эле55 ментов каждого объекта: л ill

Здесь L определяет номер границы изображения объекта Ь . Если L» 1, то 1, .означает длину внешнего пери- . метра. Если К = 2,3,4. .. то, означает длину соответствующего отверстия. При К 2 определяется периметр первого отверстия, а при К 3второго, и т,д.

Задавая величину К, можно определить как длину периметра каждого иэображения, так и длину периметра каждого отверстия.

Условную площадь изображения объекта определяют как сумму связных элементов, входящих в это изображение: л <и

Я,о, - Х;Е ц!,Оэ (15)

° <=< ) < где

U, „о 1, если N; Lo>0, Ц;; о - Оэ если N" 10= 0 (16)

;! !о условную площадь отверстия определяют как сумму элементов, принадлежащих отверстию данного объекта: л

81, к,, 7 Т; о к, (17)

< < < где!

Т,.;,о к П (! +1 «о < (-<+<«!(. а <<))у(18)

toÎ

Т<,,1 о << П; о1 Ц1,,! о Р 14! «,1L (19) где 1; !«1, если N; Lê )

20)

= О, если Я; !» «6 1 к

При Ь = 1 определяется длина внешнего периметра изображения объекта и к его площадь, при L = 2 — длина периметра и площадь отверстия для всех объектов, а при L = 3 — длина перик метра и площадь второго отверстия и т,д. (см. таблицу), з 4

Комбина- Ь Ь ° Ь" Ь

11

Код длины

1 ции

Вх,l Вх.2 Вх.3 Вх.3

Вых.! Вых.

0 О

1 0

1 0

О

1 0

0 1

0 1

1 0 0

2 0 0

3 0 0

4 0 0

5 0 1

6 0 1

7. 0 !

О 0

Ь

1 0

0 0

0 2

1 0

Ь;

Код длины

КомбинаI

5 15257

Продолжение таблицы

Вх.l Вх.2 Вх.3 Вх.3 Вых.l Вых.

I8 6 тый элемент ИЛИ 46, блок 47 кодирования, десятый и одиннадцатый элементы 48 и 49 задержки, шестой и седь-. мой элементы И 50 и 51 и второй блок 52 суммирования.

Блок селекции контуров (фнг. 5) выполнен в виде второго блока 53 формирования кода номера иэображения и

Ь

1

1

1

9

l0

1l

12

13

l4

О 1

1 О

1 О

О

1 О

1 1

1 1

1 1

1 1

1 1 1

О 0 1

О I О.

1. 0 О

1 1 1

0 О О

О 1 1

1 О 1

1 1

На фиг. !. представлена схема устройства; на фиг. 2 — схема блока сумиирования; на фиг. 3 — схема блока анализа связности; на фиг, 4 — схема блока измерения длины контура; на фиг. 5 — схема блока селекции конту- ров; на фиг. 6 — схема блока управления; .на фиг. 7 — схема блока формирования кода номера изображения.

Устройство (фиг. 1) содержит телевизионный датчик 1, блок 2 квантования, генератор 3 тактовых импульсов, блок 4 задания кода, блок 5 измерения длины контуров, первый элемент 6 задержки, блок 7 сравнения, блок 8 селекции контуров, блок 9 формирования кода номера изображения, первый 10 .и второй ll дешифраторы; блок 12 ана лиза связности, блок 13 управления, первый регистр 14, блок 15 суммирования, реверсивный счетчик 16, первый элемент НЕ 17, первый элемент И 18 и первый коммутатор 19.

Блок суммирования (фиг. 2) образуют сумматор 20, второй регистр 21, второй коммутатор 22, первый блок 23 памяти, второй элемент ИЛИ 24, второй элемент 25 задержки, второй элемент

НЕ 26 и второй элемент И 27.

Блок анализа связности (фиг. 3) включает третий элемент НЕ 28, третий элемент И 29, третий и четвертый элементы 30 и 31 задержки, третий дешифратор 32, триггер 33, четвертый элемент И 34 н третий элемент ИЛИ 35.

Блок измерения длины контуров (фиг. 4) содержит пятый-восьмой элементы 36-39 задержки, четвертый-седьмой дешифраторы 40-43, девятый элемент 44 задержки, пятый элемент И 45, четвейтретьего блока 54 суммирования.

Блок управления (фиг. 6) включает восьмой дешифратор 55, второй триггер 56, четвертый элемент НЕ 57, восьмой и девятый элементы И 58 и 59, третий триггер 60, двенадцатый элемент 61 задержки и десятый элемент.

И 62.

Блок 47 кодирования выполнен на базе постоянного запоминающего уст20 ройства., осуществляющего логические функции в соответствии с таблицей истинности.

Блок формирования кода номера иэображения (фиг. 7) содержит счет25 чик 63, второй и третий регистры 64 и 65, второй и третий коммутаторы. бб и 67, второй блок 68 памяти, блок 69 уцравления, тринадцатый элемент 70 задержки, четвертый коммутатор 71, 30 четырнадцатый и пятнадцатый элементы 72 и 73 задержки, девятый дешифратор 74, одиннадцатый элемент И 75 и десятый дешифратор 76.

Устройство работает следующим образом.

В режиме считывания иэображения телевизионным датчиком 1, на первый управляющий вход коммутатора !9 подается "!", обеспечивая подключение выхода регистра 14 через коимутатдр !9 к входам. блока 15 суммирования, блока 5 измерения длины контуров и блока 8 селекции контуров. Предварительно в блок 23 памяти блоков 15, 52.и

54 суммирования заносятся по всем адресам нулевые коды. Элемент 6 задержки обеспечивает задержку .на и тактов.

В блоке 5 осуществляется последовательная задержка входного сигнала на и-1 тактов на элементе 36 задержки, на один такт на элементе 37 задержки, еще на один такт на элементе 38 saдержки и íà и-1 тактов на элементе 39 задержки. С выхода блока 5 сигнал поступает на второй вход дешифратора 40 и первый вход элемента И 45. С выходов элементов 36, 38 и 39 сигнал поступает соответственно на вторые входы дешифраторов 41-43, на первые вхо"

7 15257 ,ды которых поступает сигнал с выхода флемента 37 задержки. На выходах де"

1 ифраторов 40-43 присутствует

» сли на первых входах "1", а на втои и 5

Рых 0 . При этом на выходах дешиффаторов 41-43, 40 выделяются частные

»"раничные элементы изображения, удолетворяющие соотношениям (2)-(5). выхода,дешифратора 41 сигнал соотЭ. 10 етствующий частному граничному услоию (3), с задержкой на один такт потупает на вход элемента И 45, на выоде которого появляется "1" при выолнении (6). С выхода элемента ИЛИ 46

15 нимается сигнал, соответствующий грараничным элементам изображения, удолетворяющим (1), который через перый выход блока 5 поступает на вхоц лока 8. Сигналы, соответствующие изо20 ражению объекта, с выхода элемена 6 задержки через второй информаионный вход блока 9 и сигналы, соотетствующие граничным элементам изоражения, поступающие через второй 25 нформационный вход блока 53, прохоят на вход блока 69 управления и с адержкой на n+l тактов на элемене 70 задержки на второй вход элемена И 75, второй вход дешифратора 74 четвертый управляющий вход коммуатора 71. В том случае, если элеент объекта или граничный элемент оявляется впервые, на выходе деифратора 76 присутствует "1" в соотетствии с (8) для блока 9 и в соотетствии с (10) для блока 53. На выМоде элемента И 75 появляется импульс ительностью в один такт для блоа 9 в соответствии с (7) и для блоМа 53 в соответствии с (9). При этом

ci выхода блока 9 поступает импульс

»1а суммирующий вход реверсивного счетЧика 16, увеличивая его код на единицу, и этот код по входу блока 9 поступает через коммутатор 71 на первый

45 выход блока 9. Код номера объекта с первого выхода блока 9 поступает на вход регистра 14 и вход дешифратора 11, на выходе которого присутствует "1", если код на его входе больше

Нуля. При этом условии код номера объекта заносится в регистр 14 и определяет код адресного входа блока 23 памяти.

Импульс в соответствии с (9) поступает с выхода блока 53 на первый

Цход блока 15 суммирования, где на сумматоре 20 происходит сложение кода, хранимого в блоке 23 памяти по адресу, определяемому кодом оОъекта, занесение результата сложения в регистр 21 и запись вновь полученного результата в блок 23 памяти через

/ коммутатор 22 при наличии на входе записи блока 23 памяти разрешающего сигнала с выхода элемента И 27. задержанным, тактовым импульсом на время, большее длительности импульса, элементом 25 задержки и сигналом с выхода элемента ИЛИ 24, на входах которого действуют те же управляющие сигналы, что и на входе блока.

Вновь образованный код, отличающийся на единицу от предь»дущего, поступает через вход блока 53 и появляется на выходе коммутатора 71 и, со- ответственно, на первом выходе блока 8 селекции контуров.

Присвоение кода связным элементам изображения или контура осуществляется следующим образом. Код элемента изображения или контура с присвоеннья номером L с выхода коммутатора 71 поступает на вход блока 72 задержки, в котором код задерживается на один. такт.

С выхода блока 72 задержки снимается код номера изображения предшествующего элемента строки, который поступает на первый .вход дешифратора 76, четвертый информационный вход коммутатора 71„ информационный вход коммутатора 66, а также на вход блока 73 задержки, где код задерживается на (n-1) тактов.

С выхода блока 73 задержки снимается код номера, соответствующий соседнему элементу предшествующей строки, который поступает на второй вход дешифратора 76 и третий информационный вход коммутатора 71. Если код на входе дешифратора 76 отличен от нуля, то на его выходе появляется "0", который запрещает занесение кода с группового входа блока, т.е. кода выхода реверсивного счетчика 16, либо с выхода блока 54 суммирования.

Присвоение сложным связным элементам изображения одинаковых номеуЬв и равных начальным (7) или (9) осуществляется в соответствии с решением рекуррентного соотношения (11). Для этого используется информация о номере изображения элементов последующей

CTDOKH °

1525718

Управление первым информационным входом коммутатора 71, регистрами 9 и 10, коммутаторами 11, 12 и режимом работы блока 68 памяти осуществляется блоком 69 управления, в котором вьделяется импульс, соответствующий первому иэ связанных элементов строки, по которому заносится текущий код счетчика 63 и в регистр 64, а через и тактов осуществляется запись кода счетчика 63 в регистр 65, коммутация

его выхода через коммутатор 67 на адресный вход блока 68 питания и перепись кода с выхода. блока 68 на выход коммутатора 71.

Еще через такт блок 68 памяти обнуляется. Запись кода номера изображения в блок 68 осуществляется при выполнении (13), при этом с блока управления формируются управляющие сигналы, осуществляющие подключение выхода регистра 64 через коммутатор 19 к адресному входу блока 68 и выхода блока 72 задержки через коммутатор 66 к информационному входу блока 68. При этом в блоке 68 памяти записывается информация от номера изображения в соответствии с (!2) по адресу, который определяется регистром 64 и соответствует адресу качала отсчетов областей следующей строки

°вЂ” связных элементов изображения. Значение в соотношении 1,11! определяется разностью кодов регистров 64 и

65. В том случре, если условие (13g

35 не выполняется, то код из блока 68 памяти вьдается нулевым, но и в этом случае смежные связные элементы получают либо код предьдущего элемента в строке, либо код элементов предьдущей строки за счет того, что с выходов элементов 72 и 73 задержки коды поступают на третий и четвертый информационные входы коммутатора 71 при наличии "1" либо на третьем, либо на четвертом управляющих входах коммутаторов. На третьем входе коммутатора появляется "1"„ если на первом входе дешифратора 74 присутствует "0", а на втором — единичные отсчеты изображения.

Таким образом, на первом выходе блока 53 формирования кода номера изображения контурным связным элементам присваивается одинаковый код, причем код элементов, соответствующий внешнему периметру объектов, будет (00001), первому внутреннему отверстию — (00010), второму внутреннему отверстию — (0001!) и т.д. На первом выходе блока 9 связным элементам иэображения присваивается также одинаковый код по мере появления новых иэображений. Поэтому в конце кадра считывания иэображения на выходе реверсивного счетчика 16 присутствует код, соответствующий числу изображений объектов, а в блоке 23 памяти блока 54 суммирования по адресу, соответствующему номеру изображений объектов, saписывается код, определяющий число контуров каждого изображения. Подсчет длины контура изображения производится блоком 52 суммирования, осуществляющим сложение кода на его первом и втором входах с кодом, который накоп" лен в его блоке 23 памяти в соответствии с (14).

Код, соответствующий длине элемента контура, с выхода блока кодирования, осуществляющего. логические преобразования в соответствии с таблицей, подается на входы блока 52 суммирования только при наличии на первых входах элементов И 50 и 51 разрешающего уровня ".1", который появляется при совпадении на блоке 7 сравнения, Для s nucu информации о длине внешних периметров изображения объектов на выходе блока 4 устанавливается код 0001..При

его совпадении с кодом внешнего периI метра на выходе блока 7 формируется разрешающая занесение очередного кода в блок 52 суммирования.

В конце считывания кадра в блоке 23

1 памяти блока. 54 по адресу, определяющему номер объекта, записывается код, соответствующий длине внешнего периметра каждого иэображения.

Для записи в блок 15 суммирования кода, соответствующего площади изображения объектов в соответствии с (15), на выходе блока 4 устанавливается код- 0001. При этом на выходе дешифратора 10 присутствует "1", разрешающая занесение с выхода дешифратора 1! в соответствии с (16) через элемент ИЛИ 35 связных элементов соответствующего изображения объекта на первый вход блока 15 суммирования, в котором в конце кадра считывания по соответствующему адресу блока 23 памяти формируется код, соответствующий площади объекта изображения. С появлением на втором. выходе блока 13 управления "I" которая по15257!8

Цается на второй управляющий вход коммутатора 19, первый вход элемена И 18 и входы начальной установки локов 5 и 8 и блока 15 суммирова" ия, код с выхода реверсивного счет5 ика 16 подключается к выходу коммуатора 19 и определяет код адреса ока 23 памяти блока 15 суммироваФ ия и блоков 52 и 54.

С выхода коммутатора 19 снимается од, определяющий номер изображения бъекта, с выхода блока 15 суммироваия - код, определяющий площадь изоражения (или соответствующего отвер- 15 тия изображения), с второго выхода лока 8 — код, определяющий число отерстий для данного изображения обькта, с второго выхода блока 5 - код, пределяющий длину внешнего контура или внутренних отверстий).

С выхода элемента И 18 снимаются пульсы, наличие которых является риэнаком присутствия информации на

ыходе устройства. За,счет перебора 25 сех кодов реверсивного счетчика на ьиоде устройства получают информацию всех изображениях. При наличии "1" а входах начальной установки блоов 8 и 15 на каждом такте происходит 30 ереэапись информации иэ блока 23 паяти в регистр 21 и через интервал ремени, несколько больший, чем длиельность тактового импульса, опрецеяемый задержкой в элементе 25 задержи, осуществляется запись в блок 23 амяти нулевого кода по тому же адреjj °

Для получения информации о площади ф периметрах внутренних отверстий в

40 волоке 4 к началу кадра должен быть установлен код больший . чем 0001, который определяет номер отверстия, Если

Установлен код 0010 выбирается первое отверстие. Если установлен код 0011, выбирается второе отверстие и т.д. В фтом случае занесение кода в блок 52 суммирования, входящий в блок 5, происходит аналогично и накапливает я информация о длине периметра соответствующего отверстия.

Формула изобретения

Устройство для селекции изображейий объектов, содержащее телевизионНый датчик, выход которого соединен входом блока квантования, блок форйирования кода номера изображения, генератор тактовых импульсов, выход которого соединен с тактовым входом блока формирования кода номера изображения, первый выход которого соеди нен с суммирующим входом реверсивного счетчика, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения области применения устройства за счет обеспечения возможности вычисления площади и периметра объектов на изображении, в него введены блок измерения длин контуров, блок селекции контуров, элемент задержки, блок управления, два дешифратора, блок суммирования,; регистр, блок сравнения, элемент НЕ, коммутатор, блок анализа связности, элемент И, блок задания кода, выход которого соединен с первым входом блока сравнения и с входом первого дешифратора, выход которого соединен с первым управляющим входом блока анализа связности, выход которого соединен с первым информационным входом блока суммирования, второй выход блока формирования кода номера изображения соединен с информационным входом. регистра и с входом второго дешифратора, выход которого соединен с информационным входом блока анализа связности, и с управляющим входом регистра, вьиод которого соединен с первым информационным входом коммутатора, выход которого соединен с первыми управляющими входами блока измерения длин контуров, блока селекции контуров, с вторым информационным входом блока суммирования и является первым выходом устройства, выход реверсивного счетчика соединен с управляющим входом блока формирования кода номера изображения, с входом синхронизации блока управления и с вторым информационным входом коммутатора, первый вьиод блока управления соединен с управляющим входом реверсивного счетчика, а второй выход соединен с входом элемента НЕ, с вторыми управляющими входами блока измерения длин контуров, блока селекции контуров, с упI равляющим входом блока суммирования и с первым входом элемента И, выход которого является вторым выходом устройства, вьиод элемента НЕ соединен с первым управляющим входом коммутатора, второй управляющий вход которого соединен с вторым выходом блока управле ния, выход генератора тактовых импульсов соединен с тактирующими входа мн блока измерения длин контуров, бло!

525718

Bpu8 . ЯДР

mapmoE>ni нацадьной усмано8ки

Фаад ка селекции контуров, блока анализа

\ связности, блока суммирования, блока управления, элемента задержки н с вторым входом элемента И, вход элемента задержки соединен с выходом блока квантования, а выход — с вторым информационным входом блока формирования кода номера иэображения, информационный вход блока измерения длин кон- р туров соединен с выходом блока квантования, выход блока сравнения соединек с третьим управляющим входом блока измерения длин контуров и с вторым управляющим входом блока анализа связности, первый выход блока селекции контуров соединен с вторым входом блока сравнения, а второй выход является третьим выходом устройства, первый выход блока измерения длин контуров соединен с информационным входом блока селекции контуров, а второй выход— является четвертым выходом устройства.

1525718

6хе1 яакяобик

Фиаз

МанеоВЬ!й ИаЧаяЬКОи ф@g у дс1Р36НОФюя- .!

5257!8

Iжниай и еруляобой

tPyz 7

Составитель А. Глотов

Техред Л.Сердюкова Корректор О. Ципле

Редактор А. Orap

Заказ 7229/46 Тираж 668 Подписное

ВНИИПИ 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, 101