Устройство для распознавания изображений объектов

 

Изобретение относится к автоматике, в частности к устройству для распознавания изображений объектов. Цель изобретения состоит в повышении быстродействия устройства. Поставленная цель достигается путем формирования признаков, инвариантных к углу поворота объекта в плоскости изображения, что обеспечивается введением блока функционального преобразования и блока вычисления инвариантов. 8 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЩМЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (191 (11) А1 (51) 5 С 06 К 9/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЦТИЯМ

ПРИ ГННТ СССР (21) 4462280/24-24 (22) 18.07.88 (46) 23.05 ° 90. Бюл. № 19 (72) 11,А.Попов, А.Г.Иихно и В.А.Бортник (53) 681.327. 12 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 760134, кл. G 06 К 9/00, 1976.

Патент С111А - 3803553, кл. G 06 К 9/00, опублик. 1974.

Изобретение относится к автоматике, в частности к устройству для.распознавания изображений объектов.

Цель изобретения — повышение быстродействия °

На фиг, 1 представлена блок-схема устройства; на фиг. 2 — пример конструктивного выполнения фотоэлектрического преобразователя; на фиг, 3 пример конструктивного выполнения блока функционального преобразования; на фиг, 4 и 5 — примеры конструктивного выполнения блока вычисления инвариантов; на фиг, 6 — пример конструктивного выполнения блока памяти; на фиг. 7 — пример конструктивного выполнения блока классификации; на фиг. 8 — временная диаграмма, поясняющая работу устройства.

Устройство содержит генератор 1 импульсов, счетчик 2, фокусирующий элемент (объектив) 3, фотоэлектрический преобразователь 4, блок 5 функционального преобразования, блок 6 вы(54) УСТРО11СТВО 11. Ь1 РАСПОБНАВАШ Я

113ОБРАЖ1 Н11Й ОБЫ.;к1:ОВ (57) 11забретение атнасптс я к лв тамлтике, в частности к устрой тву для распознавания изображений объектов.

Пель изобретеiп, я .астоит и павышени:i быстрадеиствия устройства. Поставленная цель дастиглется путем формирования признаков, инвлрилнтных к углу поворота объектл в плоскости изабрлжения чта сбеспечивается введением

Э блока функцианлльнага преабрлзава и алака вычисле: ия инвлрилнтав. 8 пл. числения инвлрилнтов, блок 7 памяти и блок 8 кллссификапии.

Фотоэлектрический пресбразсвлтель содержит (фиг. 2) линеику 9 фотоприемников, затвор 10, схему 11 считывания зарядового пакета, генератор

12 импульсов, регистр 13 сдвига, дифференцирующую ячейку 14.

Блок 5 функционального преобра-ования (фиг,, 3) выполняет модифицированное преобразование Уолшл-Адамара (ГП1УА) над последовательностью входных сигналов,, Он содержит однотипные операционные усилители.

Блок 6 вычисления инвариантов (фиг.4) содержит удвоители 15 частоты, квадрлтары 16, блоки 17 погрупгового вычисления инвариантных признаков, включающие (фиг.5) генератор

18 импульсов, умнажители 19, сумматор 20, регистр 21 сдвига, ключи 22 и 23, счетчик 24, инвертор 25, регистр 26 сдвига, элемент 27 задержки и ключ 28.

1566385

Блок 7 памяти (фиг.6) содержит генератор 29, регистры 30 сдвига и затворы 31.

Блок 8 классификации (фиг ° 7) содержит блоки 32 параметров, сумматоры 33, коммутатор 34, ячейки 35 памяти, детектор 36 максимума, элемент (ячейка) ИЛИ 37, узел 38 задания параметров классов, генератор 39 линейного напряжения.

Устройство работает следующим образом.

Объектив 3 формирует действительное изображение объекта, предъявляемого для распознавания. Преобразователь 4 отображает иэображение из декартовой системы координат в полярную систему координат и затем преобразует точки изображения в набор электрических сигналов (зарядовых пакетов).

На первом этапе синхроимпульс генератора 1 в начальный момент времени (фиг. 8 а) поступает на вход счетчика 2, при этом счетчик 2 переходит в заданное состояние и на его выходе формируется сигнал (фиг. 8 е), который открывает затвор 10 преобразователя 4 (фиг. 2), после чего счетчик

2 самообнуляе гся.

Этот момент времени является моментом начала работы генератора 12.

За время периода работы генератора

12 зарядовые пакеты из линеек 9 фотоприемников через открьггые затворы

10 перетекают в регистры 13 и перемещаются в направлении схем 1.1 считывания. ..В третий момент времени начала четвертого синхроимпульса зарядовые пакеты, сформированные в соответствующих ячейках каждой линейки 9, пере-текают в последнюю ячейку (ячейку считывания) регистра 13. Потенциалы зарядовых пакетов поступают на затворы транзисторов и на выходах схем

11 считывания формируются электричес кие .сигналы, пропорциональные соот= ветствующим сигналам иэображения.

Одновременно эти потенциалы прикладываются к обкладке конденсаторов, где запоминаются.

В момент обнуления сигнала ф генератора 12 зарядовые пакеты в ячей кахсчитывания регистров 13 рассасываются, однако потенциалы, соответствующие величинам этих зарядовых пакетов, сохраняются на конденсаторах и, таким образом, сигналы на выходах

1О

55 схем 11 до поступления очередного импульса ф, остаются неизменными.

Содержимое ячеек линеек 9 считывается одновременно, поэтому в течение периода работы генератора 12 распределение сигналов на выходах схем

11 пропорционально соответствующему столбцу сигналов изображения.

Сигналы с выходов схем 11, являющихся выходами преобразователя 4, оказываются приложенными через блок

5 к входам блока 6, В блоке 6 в третий момент времени поступления на его вход четвертого синхроимпульса начинается вычисление инвариантов для соответствующего столбца исходного изображения. Вычисление инвариантов происходит по группам в блоках 17. Синхроимпульсы, управляющие работой блоков 17, поступают на их управляющие входы через последовательно соединенные удвоители

15 частоты, поэтому частота следования импульсов на входе каждого последующего блока 17 в два раза вьппе частоты следования импульсов на входе предыдущего блока.

Рассмотрим, для примера, как вычисляются инварианты четвертой группы в блоке 17 . Синхроимпульсы, управляющие работой блока, поступают на его управляющий вход с заданной частотой (фиг. 8 ж).

Управляющий вход блока 17 является входом генератора 18 импульсов (фиг. 5), поэтому частота следования импульсов <Я1, ф и ф с выхода генератора 18 в четыре раза вьппе частоты следования импульсов с выхода генератора 12 следовательно, в течение времени одного периода работы генератора 12 генератор 18 сформирует четыре последовательности, каждая из трех взаимно перекрывающихся тактовых импульсов (фиг. 8 э, и, к).

Импульсы ф генератора 18 поступают на вход счетчика 21, который считает -до четырех. При поступлении четвертого импульса ф с момента начала работы устройства на вход счетчика 24 последний вырабатывает импульс, который через элемент 27 задержки открывает ключ 28 (фиг. 8 л, м) . Момент открытия ключа 28 совпадает с началом четвертого синхроимпульса.

В третий момент времени на сдвиго" вые регистры и ключ 23 подается сигнал ф с первого выхода генератора

5 !:661

18 и в ячейки сднигового регистра 26 через ключ 28 поступает набор сигналов, соответствующих четвертой группе спектра столбца исходного изображения, и запоминается в них. Так как

5 ключ 23 открыт, то эти сигналы, перемножаясь в блоках 19 и проходя через сумматор 2О, записываются в первую ячейку сдвигового регистра 21, Р момент окончания импульса с выхода элемента 27 задержки ключи 23 и 28 закрываются, а зарядовые пакеты, находящиеся в ячейках регистров, начинают перетекать н соседние с ними ячей— ки, так как начинает действовать импульс ф . С началом следующего периода работы генератора 18 в регистре

26 произойдет циклический сдвиг зарядовых пакетон таким образом, что пер- 20 вый зарядовый пакет перейдет на место второго, второй — на место третьего и т.д. Последний (восьмой) зарядовый пакет через инвертор 25 запишется н первую ячейку регистра 26 с противо- 25 положным знаком. Содержимое первой ячейки регистра 21 перейдет во вторую ячейку. Одновременно открывается ключ 23 и в первую ячейку этого ре.гистра запишется сумма поэлементных произведений входного набора сигналов на циклически сдвинутую на один элемент последовательность и т.д.

За время одного периода работы генератора 12 (четырех периодов работы генератора 18) в регистр 21 будут последовательно записаны четыре сигнала, соответствующие инвариантам четвертой группы столбца исходного иэображения. При поступлении восьмого

40 импульса (P на вход счетчика 24 пос6 ледний вырабатывает импульс, который открывает ключ 22, и сигналы, записанные в ячейках регистра 21, появляются на выходах блока 17З и, следовательно, на соответствующих выходах блока 6.

Аналогично осуществляется вычисление инвариантных признаков в любой другой группе.

Таким образом, за время второго периода работы .".енератора 12 производится вычисление инвариантов столбца исходного изображения..

В начале следующего периода работы генератора 12 импульс P сдвигает зарядовые пакеты, сформированные в ячейках линеек фотоприемников 9 в ячейки считывания сдвиговых регист8 5 6 ро.. 13, и своим передним фронтом ,через дифференцирующую я тейку 14 (фиг. 8 д) открывает транзисторы, гри этом конденсаторы разряжаются.

Таким образом происходит смена сигналон на выходах фотопреобрй.зователя

4. Одновременно импульс ф с первого выхода генератора 29 (фиг.6) осуществляет запись н первые ячейки линеек блока 7 памяти набора спгнчлон, соответствующих иннариантам столбца исходного изображения.

3а время следующего периода работы генераторов 12 и 29 осуществляется вычисление и запись набора из сигналон, соответствующих инвариантчм столбца исходного изобр:жения н соответствую".щие ячейки линеек блока 7, при этом одновременно осуществляется сдвиг информации, записанный па предыдущем периоде работы генераrop;; 29, н следующие ячейки памяти блока 7 и т.д.

Первый этап заканчивается, когда на выходах блока 6 появится набор из сигналов, соответствующих инвариантам первого столбца -iñõîäi;îão изображения °

С началам второго этапа — этапа классификации, сигналы с выхода блока

6 записываются и соответствующие ячейки линеек сдв товых регистров блока 7 и на вход счетчика 2 постугает соотнетстнующий синхроимпульс. генерируемый блоком 1. Счетчик 2 г е.— реходит н заданное состояние и на выходе его формируется сигнал (фиг, 8 е), который поступает на вторые управляющие входы фотопреобразователя 4 и блока 7, открывая затворы

3 1 линеек блока 7 (фиг . 6), и на управляющий вход блока 8 клаcñèôèêàöèè.

При этом замыкается управляющий коммутатор 34 (фиг.7) и к электродам блока ячеек 35 памяти прикладывается напряжение разрешения "àïèñè Е, 7> ячейки 35 памя "iI блока через открытые затворы 3 1 блока 7 записывается заданное число иннариантных признаков исходного изображения. Одновременно сигнал с выхода счетчика 2 запускает генератор 39 блока 8. После этого счетчик 2 самообнуляется.

Линейно нарастающее напряжение с выхода генератора 39 прикладывается к вторым входам детектора 36 максимума. На первый вход каждого детек1566385 гора 36 поступает сигнал с выхода соответствующего сумматора ЗЗ.

При возрастании напряжения генератора 39 первым сработает детектор 36 того канала, на выходе которого эта сумма наибольшая, На выходе этого блока формируется стандартный импульс, причем номер канала определяет класс распознаваемого изображения объекта.

Далее импульс с выхода детектора

36 через ячейку 37 поступает на вход сброса генератора 39, срывает генерацию напряжения и размыкает управляющий коммутатор 34, обнуляя содержимое ячеек 35. Этим заканчивается этап классификации предъявляемого к распознаванию изображения объекта.

С началом второго этапа — этапа класбификации, сигнал с выхода счетчика 2 поступает на второй управляющий вход фотопреобразователя, при этом открывается затвор 10 фотопреобразователя 4. Тем самым устройство может одновременно с классификацией очередного изображения формировать признаки следующего изображения, предъявляемого к распознаванию на вход устройства. На этапе классификации очередного изображения используются его инварианты, записанные в блок ячеек 35 памяти блока 8. Эти инварианты могут находиться в ячейке

35 вплоть до начала второго этапа— этапа классификации следующего изображения, когда в ячейку 35 записываются инварианты нового изображения.

Этим интервалом и ограничено время классификации очередного изображения

40 в классификаторе. Совмещение во време.— ни этапа классификации очередного изображения с вычислением признаков последующего изображения позволяет существенно повысить быстродействие устройства распознавания. формулаизобретения

Устройство для распознавания изобр ажений об ъ ект о в, с од ержащее фо тоэлектрический преобразователь, информационный вход которого оптически связан с фокусирующим элементом, а синхронизирующий вход соединен с генератором импульсов, счетчик, счетный вход которого подключен к выходу генератора импульсов, блок памяти, выходы которого соединены с информационными входами блока классификации, управляющий вход которого подключен к выходу счетчика, о т л и ч а ю— щ е е с я тем, что, с целью повыше-, ния быстродействия, оно содержит блок функционального преобразования, информационные входы которого соединены с соответствующими выходами фотоэлектрического преобразователя, управляющий вход которого подключен к выходу счетчика, и блок вычисления инвариантов, информационные входы которого соединены с выходами блока функционального преобразования, синхронизирующий вход подключен к выходу генератора импульсов, а выходы соединены с информационными входами блока памяти, управляющий и синхронизирующий входы которого подключены к выходам счетчика и генератора импульсов соответственно.

) 56630 э

Om ЮЛ

1 з66 3ь з

Жг. 5 фааб

Составитель А.Романов

Редактор С.Пекарь Техред JI,Îãèéíûê Корректор М.Шароши. Заказ 1224 Тираж 560 Подписное

BHHHHH Государственного комитета по изобретениям и открытиям при Г7(НТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101