Устройство для центрирования изображений

 

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано для обработки изображений в системау управления и системах технического зрения промышленных роботов. Цель изобретения - повышение точности устройства . Цель достигается тем, что в каждый из блоков формирования сигналов статических моментов частей изображения введены первый и второй аналоговые сумматоры, светоделительный блок выполнен в виде двух групп последовательно расположенных, оптически связанных призм с полупрозрачными гранями,входящие в каждый из блоков формирования сигналов статических моментов фотоприемники состоят из двух групп, каждый из оптических фильтров выполнен в виде группы теневых бинарных масок, входы которых оптически связаны с выходами призм, каждый из оптических преобразователей выполнен в виде группы каналов, каждый из которых состоит из двух пирамидальных фоконов. входы которых оптически связаны с выходами соответствующей бинарной маски, все выходы первых и вторых фоконов каждой группы каналоя оптически связаны с входами соответственно первой и второй группы фотоприемников, выходы каждой группы фотоприемников соединены с входами каждого аналогового сумматора, выходы которого подключены к входам дифференциального усилителя . 4 ил. § (Л о ьЈ 4 0

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (S>)S " 06 К 11/ОО

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

r1PH ГКНТ СССР (21 ) 46 9 7923! 24 (22) 31.05.89 (46) 07.05.91. Бил. К 17 (71) Винницкий политехнический инсти г yT (72) В.Г.Красиленко и A.Ã.Hóöà (53) 681. 327. 12 (088. 8) (56) Авторское свидетельство СССР

Р 1381551, кл. G 06 K 11!00, 1988, (54). УСТРОЙСТВО JtJN ЦЕНТРИРОВАНИЯ

ИЗОБРАНЕНИЙ (57) Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано для обработки изображений в системах управления и системах технического зрения промышленных роботов. Цель изобретения — повышение точности устройства. Цель достигается тем, что в каждый из блоков формирования сигналов статических моментов частей изображения введены первый и второй аналого: ые сумматоры, светоделительный блок выполнен в виде двух

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может

1 бить использовано для обработки изображений в системах управления и системах технического зрения промьппленных роботов.

Цель изобретения — повышение точности устройства.

На фиг.1 представлена функциональная схема устройства; на фиг.2 — поле зрения, связанная с ним декартова групп последовательно расположенных, anтически связанных призм с полупрозрачньчи гранями,входящие в каждый из блоков формирования сигналов статических моментов фотоприемники состоят из двух групп, каждый из оптических фильтров выполнен в виде группы теневых бинарных масок, входы которых оптически связаны с выходами призм, каждый из оптических преобразователей BbUIABHe в виде группы каналов, ка дый из которых состоит из двух пирамидальных фоконов» входы которых оптически связаны с выходами соответствующей бинарной маски, все выходы первых и вторых фоконов каждой группы каналов оптически связаны с входами соответственно ."первой и второй группы фотоприемников, выходы каждой группы Aîòîïðèåìíèêoÿ соединены с входами каждого аналогового сумматора, выходы которого подключены к входам дифференциального усилителя. 4 ил. система координат и изображение объекта; на фиг .3 — разложение исходного изображения по весам и даны рас»

° четы статических моментов изображений по фрагментам в условных единицах при центрировании относительно оси У; на фиг.4 — то же, при центрировании относительно оси Х.

Устройство содержит блок 1 проецирования, светоделительный блок

2, первый 3 и второй 4 блоки фор164 7610 мирования сигналов статических моментон частей изображения„ каждый из которых содержит оптический фильтр 5, состояо1ий из группы и теневых бинарных масок 6 — 6 „ с двумя коэффици5 ентами пропускания, оптический преобразователь, ныполненный в виде группы и каналов 71 — 7 в виде 2J1 пирамидальных Аоконов, Аотоприемники, состоящие из первой 8 1, 8 1

8„,< (нечетной) и второй 81

8; ...Я„, (четной} групп, первый

9 и второй 10 аналоговые сумматоры с Весовым суммированием дифАеренци альный усилитель 11, блок 12 управления.

Оптический фильтр 5 содержит группу и теневых бинарных масок 6,1 — 61, с двумя коэфАициентами пропускаиия:

К „= 1; К = 0 (фиг.3) . 1(оэффициенту К соответствуют прозрачные (заштрихованные полосы), коэффициенту

J(< — непрозрачные (незаштрихованнь1е полосы). Теневые маски 61 — 6> выполнены таким образом, что.функция пропускания K(x) входного светового потока i-й маской в блоке 3 может принимать значения:

1 (прозрачная полоса), если К; = 1 н разложении, 1 -1 х=, К ° 2

1=1

0 (непрозрачная), в противном случае, 1 (прозрачная полоса), если K "= 1 н разложении

1 у = . О, К,.2 ; =1

l 0 (непрозрачная), в противном случае.

K(у) 50

Группа и оптических преобразователей 71 — 7„выполнена и ниде двух пирамидальных Аоконов для каждого преобразователя, входные прямоугольные апертуры которых соединены по одной стороне. При этом н каждом из группы и оптических преобразователей 7„ - 7„ блока 3 линия соединения совпадает с осью ОУ, связанной с по55 независимо от значения у. Аналогично, для блока 4 функция К(у} незави- 40 сима от х: лем зрения устройства декартовой си стемы координат, а в группе п преобI разователей 7 — 7 блока 4 — с осью

11

ОХ. Оптические преобразователи могут представлять cohoA монолитные фоконы или собирающие линзы.

Устройстно работает следующим обjpasoM.

Блок 1 проецирования формирует световой поток обрабатываемого изображения, который с его выхода поступает на вход снетоделительного блока

2 и разделяет их по первой и второй группам и-выходов на два одинаковых световых потока. Пусть изображение, имеет распределение яркости А(х,у). следовательно, такое же распределение интенсивности света по поперечному сечению имеют световые потоки изображения, которые с и выходов первой и второй групп блока 2 поступают на входы блоков 3 и 4 формирования сигналов статических моментов частей изображения, в которых, проходя через оптические фильтры 5 в каждом блоке, претерпевают пространственную модуляцию распределения интенсивности в зависимости от Аункции пропускания

К(х) и К(у) Аильтра.

Блок 3 Аормирует сигналы статических моментов частей изображения относительно оси OY и Аункция пропускания фильтра J({x) не зависит от ор-динаты у.. Блок 4 формирует сигналы статических моментов частей.изображения относительно оси ОХ, и функция пропускания фильтра К(у) не зависит от абсциссы Х.

Так как. работа блоков 3 и 4 идентична, то в качестве примера рассмотрим работу блока 3. Световой лоток, поступающий по и входам блока 3, оптически соединенными с и входами оптического фильтра 5, проходит. через теневые маски 6 - 6;, и подвергается пространственной модуляции. Максимальное число масок и, необходимых для выполнения модуляции для случая, когда размер изображения близок к размеру дискретного поля, выбирается в зависимости от числа дискретов N информационного поля: и = log

ИнАормация о распределении интенсивности света всего изображения в блоке 3 с учетом функции пропускания

Аильтра К(х) через теневые бинарные!! "р; I! где

1О (а Е, ) Ф . О— е х=,К2

\ е=4 при у =О,"

5 164 7б1 ! маски представляется пофрагментно с разложением исходного изображения по весам координат точек вдоль оси

;ОУ. Для изображения объскта, пред1 ставленного в матричной форме для

i-ro фрагмента — а ; О,, (2) норма матрицы х-го а рагмента, полученного после модуляции i-й маской; элементы яркости с ко- ес

1 ординатами ш1,принадлежащие изображению, принимающие значения 1. если элемент находится в зонах прозрачных полос 29

i-й маски; элемент находится в зонах непрозрачных полос; элементы i-й теневой маски оптического фильт- 25 ра.

1, если К = 1 в разложении

0 В пр отивном сл ча е, На Лиг.2 дан конкретный гример изображения объекта, находящегося в поле зрения. Разложение иэображения по фрагментам при его центрировании в блоках 3 и 4 по весовому типу и расчеты интегральной яркости для которого иэ трех фрагментов (!!,, !1; (1„!(; !1ф„!! ) ° ловных единицах содержатся на фиг. 3 и 4.

Световой поток поступает на п входы оптических преобразователей

7 4 — 7 . Каждый из группы каналов оптических преобразователеч 74 - 7> представляет собой два пирамидальных фокона„ соединенных по одной 50 стороне прямоугольных входных апертур. Каждый пирамидальный фокон выполняет интегрирование входного светового потока посредством того, что собирает в одну маленькую площадку выходной апертуры излучение со всей прямоугольной апертуры. При этом в блоке 3 нечетная группа фоконов и преобразователей интегрирует интенсивност => свеtd по фрагменгам

11 <> р (B полуп ео ьc сти Х 0

iI,(0 а четная группа Aol:îíîâ г, нт>еобразоЭаТЕЛе?Й HHÒeÃРИРУЕТ ИНТЕ ИС i ÍÎÑÒÜ света по фрагментам ))еЬ,е " " в полунлоскости X > О.

Световые потоки фрагментов иэображений поступают на соответствующие входы фотоприемников и преобразуются ими в электрические напряжения. Световые сигналы, оответствующие фрагментам „ Фp,1! " !! . !!"" ..":

4.

9 ° " 1 на первую группу (нечетную) фотопри8< 4 ч ° ° ° 18п,4 а световые сигналы, соответствующие (, !(14 41 ° !!еь }!» ° ° 1! ф на вторую (четнуи) группу фотоприемников 84,2, Rg2,...,8> и преобРаэЪ-.е-СЯ ИМИ В ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СИГИаЛЫ по интегральным интенсивностям фрагментов изображения для первой группы

AOTOIIPHPMHHEOH...; и„ - !! ь, е4

П р для Второй группы еееотоприемников р>0

4й е! е!! 2, ее Рр !!

g >О 9 1 е ее ее (1. 4 !) Таким образом, на выходах i-x hoтоприемников обеих групп 8 и 8, д получают электрические сигналы, соот- ветствуюг4ие интенсивностям 1. х фрагментов изображения в полунлоскостях (Х а О, Х ) О), т.е.!! > PP, l! и !!фР, jl "

Пространственное интегрирование сумм интенсивностей частей изображения в полуплоскосгях Х (0 и Х > 0 осуществляется аналоговыми сумматораь." 9 и 10 со взвеленным суммированием.

Определение значения Вэьешенных сумм интенсивностей частей иэображения соответствует определению статических моментов первого порядка в смежных полуплоскостях. В частности, статический момент для полуплоскости Х (0 в матричной форме может быть представлен, как

1647610

И = ff A f

2 << А <(х+ (»х)Я Фу /(+

+...+2 »А f (x+ <)х) у)О

ОФ (3) М„= ((А<(хе Ах))8 eq <(+

2<< А f(x2 dx), yj() (4)

Be !/» +...+ 2 ff A (("Ьх)уу) О Фр

Так как аналоговый сумматор 9 по входам первой группы фотоприемников осуществляет суммирование напряжений, полученных при интегрировании интенсивностей иэображения в полу" плоскостях Х О,а аналоговый сумматор 10 по входам второй группы фотоприемником — в полуплоскости

Х 0 О, то выражения (3) и (4) могут быть записаны в виде: у»

2 Ц;А = 2 0<1 + 202»+, =1

40...ь? U„, ь ((А<(хтАх) у ) (Р

О е (("" + 2 ff А (<х+ (<х) y)O

0@ ff е...е 2 ffАf(xA Ах) у10 . Х(0 (S) 50 о

2 Н я 2Н2г,,2

4П 2+. ° ° +2 U„»* ff A f (x+

+Д х),»у)0 Фр ((+ 2 j(А((х где А< {х2 Ах) yJ — яркость входяого <0 изображения, при-чем Д х учитывает возможность сдвига при центрировании вдоль 0X 15

;Ф„; Ф„;...; Ф„- фрагменты изображения, промодулированные f, 2,..., и масками.

Аналогично для полуплоскости Х 2 0: 20

+Ax) У)() еу ((» е-...+ 2 ffAf

tАх),у1ОЯ „<(» (6)

На Аиг.3 для блока 3 приведены расчеты статических моментов в условных единицах по фрагментам изображения, модулированных в полуплоскостях Х (0 и Х ) О.

Значения суммарных электрических сигналов, определяемых выражениями (5) и (6), поступают на входы дифференциального усилителя 11. Дифференциальный усилитель 11 сравнивает суммарные напряжения входных сигналов, что эквивалентно сравнению сумм суммарных интенсивностей в указанных полуплоскостях или величин статических моментов частей изображения, и выдает результаты сравнения в виде выходного напряжения U.

В данном случае суммарное напряжение с выхода первого аналогового сумматора 9 поступает на неинвертирующий вход дифференциального усилителя

11, а с выхода второго аналогового сумматора 10 — на его инвертирующий вход. )Три этом на выходе дифференциального усилителя 11 формируется

I напряжение Б„что является сигналом выхода блока 3.

Аналогично описанному принципу работы блока 3 на выходе блоха 4 будет получено выходное напряжение U соответствующее сравнению величин статических моментов изображения относительно оси 0Х.

Напряжения U u U поступают на входы рассогласования блока 12 управления, который формирует управляющие сигналы, под действием этих сигналов осуществляется сдвиг изображения относительно декартовой системы координат таким образом, чтобы уравнять интегральные яркости (статические моменты) М> и М> в полуХ О Х>о плоскостях Х 0 и Х > О. Мх и .") g co

N. в полуплоскостях У с. О и 7 > О.

Ч о к

Центрированное положение изображения фиксируется по состоянию, когда выходные напряжения блоков 3 и 4 рав1 ны нулю, т.е. U = U в случае, когда

Ха0 Х>0

N(=N если U = О;

)co g>0 l

Мх =МХ econ U = 0. Я

1647610

В противном случае необходим сдвиг, определяемый напряжением+ 1!

Для определения знака направпения сдвига положительному значению +Но соответствует сдвиг в положительном направлении соответствующей координаты, а отрицательному — в отрицательном направлении.

Например, если в блоке 3

У<О >с>0 и,, м„

У(0 Х >о

NY c iY

ToU=-U 3

« ю то U = +Uî ý (9)

15 в блоке 4,19 6 Т >о

X !!

Усо у>о

Mõ CM то U = -U 1

t то U = +U . (10) о .Выражения (9) и (10) иллюстрируются на фиг.3 и 4.Так, для фиг.3 изображение центрировано относительно оси ОУ., сигнал О, определяющий направление сдвига, равен нулю. Для изображения фиг ° 4 необходим сдвиг в положительном направлении, т.е,:

U! = +Н

После того, как центрирование изображения выполнено, всякое смещение изображения на входе приводит к появлению напряжения на вьжодах дифференциальных усилителей. 11 и 11 бло1 ков 3 и 4 из-за возникновения ненулевой разности интегральных яркостей в полуплоскостях. В результате этого блок 12 управления формирует управляющие сигналы по управляющим входам

13 и 14 блока 1 проецирования, под действием которых осуществляется сдвиг изображения, который компенси45 рует исходное смещение, т.е. устройство следит за положением центра тяжести изображения. йормулаизпбретевиа

Устройство для центрирования иэо бражени!!, содержащее блок проециро вания светодспит !ьлый блс>!, вход которого оптически связан с вьасодо!! блока проецирования, блок управления,а также первьЯ и второй блоки формирования сигналов статических моментов, каждый из которых содержит оптический фильтр, оптический преобразователь, фотоприемники и дифференциальный усилитель, выходы которых подключены к соответствующим входам сигналов рассогласования блока управления„ выходы которого соединены с управляющими входами блока проецирования, 0 т л и ч а ю— щ е е с я тем, что, с целью повышения точности устройства, в каждый иэ блоков формирования сигналов статических моментов введены первый и второй аналоговые сумматоры,,светоделительный блок вьп!опнен в виде двух групп последовательно расположенных оптически связанных призм с полупрозрачными гранями, входящие н каждьй. из блоков формирования сигналов.ста тических моментов фотоприемники, выполненные в виде двух групп, каждый из оптических фильтров выполнен в виде группй теневых бинарных масок, входы которых оптически связаны с выходами призм каждой группы, каждый из оптических преобразовател и выполнен в аиде группы каналов, каждый иэ которых состоит из двух пирамидальных фоконов, входы которых оп-. тически связаны с выходами соответствующей бинарной маски, выходы первых и вторых фоконов каждой группы каналов оптически связаны с входами соответственно первой и второй групп фотоприемников, выходы каждой группы фотоприемников соединены с входами каждого аналогового сумматора, выходы которого подключены к входам дифференциального усилителя.

16476 )0

/ / ау

Фиг.2

l 6470 I О

jl r o

jj, li" u Ьръ)"" ггпу! к<о, 24 22+ 4вг но4 24г4 +

1 Рр г- у" юв. гв.гг. гв.з нз. .

22гв ю +1+ ца 4+У= 239 У.е.

Ь<" ! .рг 43.46Ц м84 Ъ4Г+ ч 4 <24

j9р p (tg tgtytsг+з>г в б зкР

+пна=25Ъ у.е.

Х ! г т " „тт = +иг4 + 222нор r / P " И4а4 434 В4гг4а+Ю=РТА фГ. г,r .

all О

ТТ б4Р"3з34г4Х4 " <

/ вз «Рр II й,, в+гг ггнив= ф

= /ХО уе.

Ф иг.З рж g4-g 4rS+ Xr4Sr>Z>Z 4 4

j@p I яз м.зюзина.г.з-вгвв. у у „2422224823 Н Л+аа 1 20 Vq +9464БУ)+2 НХ= 70УЕ л=Я

Ж"" Т г tLr,, -ãп, вгу„вггу„= 232t246t228=7 Jyc

С=2

3 4-Ф щ""в г Ц =gp AU вгЯ =25242ггвг220=773зв.

g f

- изоора..:ение центрировано относиT.и. >q 2 & g тельно оои ОУ, следовательно:

Ц =Р

1647610

РЧ"

Щ ó и У+и+юмг В ЗВг

УСО р

Р 2 E r s r k e rr=28gye.

g grd y ф " / /МХ+22м И+БИБО+3+

1 4 +И+4Фб 7ФЗФ8+ .4Ф

Фд+1 + 1+2+2 +f х 2gg ур.

t Щ и 1 7Т Ф и э+ +Ю 3 2+Ф+ГФ

Р и " " б" ""=®Ь . г

t УЮ ЗММа+4+Р+6+2 4 4+

0 0 +р 3 8 8+1 4+ 42Н & (, б

+.4 а+1+1 97уР.

Д7 (/ = 3<2+ й4Ъ Ъ4 2=Луе, ф > ("> g =p>z>z»»><= r+»> Р . Фиг.4 л.з

Я":."-, 2 Ц «Щ «zp >Щ- re> e=ruq

A, " 2 P: -2 Я;ZP„2Щ ;:е> жж= в„,, Е /

I Р лУ

i.»„> > 2>->Р -неа хадлч а1>иг лз >бРыени>;в г,,2 полмительнэч направлении ОХ, следовательно . у./ Р

Составитель А.Савицкий

Техред Л.Олийнык

Корректор С. Иекмар

Р ед а к тор Н . Гун ько

Заказ 1402 Тираж 394 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

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