Коррелятор

 

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в специализированных вычислительных устройствах , применяемых для цифровой обработки сигналов и работающих в реальном масштабе времени. Целью изобретения является уменьшение аппаратурных затрат в устройстве. Коррелятор содержит матрицу вычислительных ячеек l.i.j для определения корреляционных коэффициентов (где i 1, 2, ..., N1; j 1, 2 Mi), каждая из которых имеет адресные входы 2, синхровходы 3, входы 4 начальной установки, вход 5 эталонного сигнала, оптический вход 6, оптический выход 7, информационные входы 8-11, информационные выходы 12-15. Использование матрицы вычислительных ячеек 1 для определения корреляционных коэффциентов позволяет определить координаты центра эталонного изображения на поле текущего изображения. 5 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (si)s 6 06 F 15/336

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИ4ЕТЕЛЬСТВУ (21) 4829498/24 (22) 28.05.90 (46) 30.04.92. Бюл. N- 16 (71) Винницкий политехнический институт (72) В.П. Кожемяко, Ю,Ф, Кутаев, B.Á. Гайда и Т.Б. Мартынюк (53) 681.3 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 1381539, кл. G 06 F 15/336, 1985.

Авторское свидетельство СССР

No 1674154, кл. G 06 F 15/336, 1989. (54) КОРРЕЛЯТОР (57) Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в специализированных вычислительных устройствах, применяемыхдля цифровой обраИзобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в специализированных вычислительных устройствах, применяемых для цифровой обработки сигналов и работающих в реальном масштабе времени, Цель изобретения — уменьшение аппаратурных затрат.

На фиг. 1 представлена структурная схема коррелятора; на фиг, 2 — схема вычислительной ячейки для определения корреляционных коэффициентов; на фиг. 3 — функциональная схема блока управления; на фиг. 4 — графическое представление матрицы вычислительных ячеек для определения корреляционных коэффициентов; на фиг. 5 — примеры корреляционной обработки изображений.

Коррелятор (фиг. 1) содержит матрицу из вычислительных ячеек 1.Ц для определения корреляционных коэффициентов (! = 1,,, SU 1730640A1 ботки сигналов и работающих в реальном масштабе времени. Целью изобретения является уменьшение аппаратурных затрат в устройстве. Коррелятор содержит матрицу вычислительных ячеек 1.Ц для определения корреляционных коэффициентов (где i 1, 2, ..., N>; j = 1, 2, ..., М1), каждая из которых имеет адресные входы 2, синхровходы 3, входы 4 начальной установки, вход 5 эталонного сигнала, оптический вход 6, оптический выход 7, информационные входы 8 — 11, информационные выходы 12 — 15. Использование матрицы вычислительных ячеек 1 для определения корреляционных коэффциентов позволяет определить координаты центра эталонного изображения на поле текущего изображения. 5 ил.

2, ..., М1; W1 — номер столбца; j = 1, 2, ..., М1), М1 — номер стрски, каждая из которых имеет адресные входь: 2, синхровход 3, входы 4 начальной установки, вход 5 эталонного сигнала, оптический вход 6, оптический выход

7, информационные входы 8 — 11, информационные выходы 12 — 15, управляющие шины

16-18, вход 19 эталонного сигнала.

Каждая вычислительная ячейка 1 (фиг, 2) содержит триггеры 20, 21, мультиплексор

22, элемент И 23, преобразователь оптического сигнала в электрический, выполненный в виде фотодиода 24, преобразователь электрического сигнала в оптический, выполненный в виде светодиода 25, резистор

26.

Блок управления (фиг. 3) содержит вход

27 запуска, вход 28 синхронизации, вход 29 начальной установки, первый триггер 30, элемент И 31, второй 32 и третий 33 триггеры, с nepaoro по пятый счетчики 34 — 38, де1730640 шифратор 39, вход 40 задания начальных координат эталонного иэображения, адресный выход 41 выбора координат эталонного изображения, элемент ИЛИ-НЕ 42, вход 43 шины нулевого потенциала.

Работа коррелятора заключается в следующем, Коррелятор определяет местонахождение двумерного эталонного изображения

G = (цц) на поле двумерного текущего изображения F = Щ, где i = 1, 2, ..., N<, J = 1, 2,,.„M>, k = 1, 2, ..., Йг; I = 1, 2, ..., Мг. При поступлении управляющего сигнала осуществляется установка в нулевое состояние триггера 20 и установка в единичное состояние триггера 21 всех вычислительных ячеек

1 матрицы (фиг. 2). С приходом очередного синхроимпульса в триггер 20 записывается значение соответствующего элемента f11 текущего изображения F, поступающего на оптический вход 6 соответствующей вычислительной ячейки 1.Ц матрицы. При поступлении на вход 5 вычислительной ячейки значения элемента 9ц эталонного изображения G в соответствующей вычислительной ячейке 1.Ц матрицы на выходе элемента

И 23 формируется сигнал д i> = 9ц fi>, который в случае, если д i = 1, сбрасывает в нулевое состояние триггер 21. Если такая ситуация не возникает, то триггер 21 остается в единичном состоянии и излучающий светодиод 25 указывает вычислительную ячейку 1,Ц с координатами центра эталонного изображения. B зависимости от кода адреса, поступающего на вход 2 вычислигельной ячейки, возможен сдвиг влево (по входу 8), вверх (по входу 9), вправо (по входу

10), вниз (по входу 11) содержимого матрицы вычислительных ячеек 1. После выполнения сдвига информация в матрице вычислительных ячеек 1 и поступления отсчета дц эталонного изображения, выборка которого, например, на низ запоминающего устройства выполняется в зависимости от кода адреса, формируемого на адресном выходе 41 блока управления, вновь осуществляется формирование сигнала д;; . Этот процесс будет продолжаться до тех пор, пока не будет выполнено считывание из запоминающего устройства всего эталонного изображения G.

Блок управления (фиг. 3) функционирует

"ледующим образом.

При включении питания на входе 29 злока управления вырабатывается сигнал начальной установки, который устанавлива.т триггер 33 в нулевое состояние, при этом лемент И 31 блокирует поступление сигна1а синхронизации со входа 28 блока управления на вход обратного счета счетчика 35.

При поступлении сигнала запуска на вход 27 блока управления с приходом очередного синхроимпульса на выходе триггера 30 вы5 рабатывается короткий импульс, который устанавливает в нулевое состояние триггер

32 и счетчики 34, 35, 36, разрешает запись начальных координат эталонного изображе-. ния в счетчики 37 и 38, устанавливает в еди10 ничное состояние триггер 33 (при этом открывается элемент И 31), формирует единичный сигнал на управляющем входе 18 матрицы вычислительных ячеек, а также обнуляет триггер 30. Следующий синхроим15 пульс через открытый элемент И 31 поступает на вход 17 синхронизации матрицы вычислительных ячеек, а также на вход обратного счета счетчика 35, при этом короткий импульс на выходе отрицательного

20 признака счетчика 35 приводит к установке в единичное состояние триггера 32, перезаписи содержимого счетчика 34 в счетчик 35 и увеличению на единицу содержимого счетчика 36, что вызывает формирование

25 нового адреса на управляющих входах 16 матрицы вычислительных ячеек, а это, в свою очередь, приводит к изменению содержимого счетчика 37, 38, которые формируют на выходе 41 блока управления адрес следу30 ющего элемента эталонного изображения, Когда счетчики 37, 38 обнуля ются, на выходе элемента ИЛИ-НЕ 42 вырабатывается импульс, который устанавливает в нулевое состояние триггер 33 и блокирует подачу

35 синхроимпульсов на счетчик 35, На этом рабочий цикл блока управления заканчивается. Для повторного запуска блока управления необходимо подать сигнал запуска на вход 27 блока управления.

40 На фиг. 4 показано графическое представление матрицы вычислительных ячеек 1 для определения корреляционных коэффициентов, которая с учетом поля двумерного текущего изображения F размерностью N>

45 х М1и поля двумерного эталонного изображения G размерностью Nz х Мг для выполнения корреляционной обработки, в процессе которой возможен сдвиг в поле текущего иэображения вправо и влево как

50 йг — 1 максимум на величину (2 ) а вверх и

М вЂ” 1 вниз — на величину (2 ) содержит со)

Йг — 1 ответственно (N< + 2 (2 ) ) столбМг — 1 цов и (M> + 2 () ) строк, величины йг и Мг могут быть четными.

1730640 ячеек 1 с учетом информационных связей 35

50

Для считывания результата корреляционной обработки двумерных изображений выделяется центральная часть матрицы вычислительных ячеек 1 размерностью (N1- N2

+ 1) х (М - Мг + 1) в виде "окна". Размер

"окна" и его расположение на поле матрицы вычислительных ячеек 1 определяется размерами поля М1 х М> текущего и поля Nz x хМ2 эталонного изображений и применяемым способом сканирования эталонного изображения.

На фиг. 5 приведен пример выполнения корреляционной обработки двумерных изображений с использованием матрицы вычислительных ячеек 1 для случая, когда N> =

=М1 = 5 (фиг. 5, а) и Ng = Мг = 3 (фиг. 56). При указанном способе сканирования эталонного изображения (фиг, 5,6) на фиг. 5,в и 5, r слева показаны поля текущего изображения

F с определенным сдвигом изображения F в соответствующие такты работы устройства, а именно когда возможны изменения состояний триггеров 21 вычислительных ячеек 1 матрицы, содержимое которых показано слева на фиг. 5 в, 5 г. После текущего изображения F размерностью(М + йг-1)х(М1+

+ М -1), реализованное на матрице вычислительных ячеек 1 без учета информационных связей между вычислительными ячейками 1 соответственно первого и старшего столбцов и пеовой и старшей строк матрицы показано на фиг. 5в, а после текущего изображения F размерностью N< х М>, реализованное на матрице вычислительных между вычислительными ячейками 1 соответственно первого и старшего столбцов и первой и старшей строк матрицы показано на фиг, 5,г.

На восьмом такте работы устройства формируется окончательный результат корреляционной обработки, который свидетельствует о том, что вычислительные ячейки 1 матрицы, в которых триггеры 21 находятся в единичном состоянии, соответствуют координатам центра эталонного изображения G на поле текущего изображения

F. Поскольку результат корреляционной обработки считывается из "окна" матрицы вычислительных ячеек 1 размерностью (М1- N2

+ 1) x(M> - Мг+1), то наложение информации при сдвиге текущего изображения F в поле матрицы вычислительных ячеек 1 размерностью N< х М> не приводит к искажению резул ьтата.

Формула изобретения

Коррелятор, содержащий матрицу вычислительных ячеек для определения корреляционных коэффициентов, каждая из которых содержит. элемент И, два триггера, 10

30 мультиплексор, преобразователь оптического сигнала в электрический, преобразователь электрического сигнала в оптический, а также блок управления, содержащий три триггера, пять счетчиков, дешифратор, элемент И и элемент ИЛИ-НЕ, причем в блоке управления информационный вход первого триггера является входом запуска коррелятора, прямой выход первого триггера соединен с входами сброса первого и второго триггеров, первого, второго и третьего счетчиков, с входами синхронизации четвертого и пятого счетчиков и с установочным входом третьего триггера, вход синхронизации первого триггера соединен с первым входом элемента И и является входом синхронизации коррелятора, информационный вход третьего триггера соединен с шиной нулевого потенциала, прямой выход третьего триггера соединен с вторым входом элемента И, выход которого подключен к синхровходу дешифратора и к входу обратного счета второго счетчика, синхровход которого соединен с выходом признака отрицательного состояния второго счетчика, со счетным входом третьего счетчика и с установочным входом второго триггера, прямой выход которого соединен со счетным входом первого счетчика, информационный выход которого соединен с входом задания начального состояния второго счетчика, вход сброса третьего триггера является установочным входом коррелятора, информационный выход третьего счетчика соединен с информационным входом дешифратора, с первого по четвертый выходы которого соединены соответственно с входом обратного счета четвертого счетчика, входом прямого счета четвертого и пятого счетчиков, входом обратного счета пятого счетчика, выход признака обнуления которого соединен с первым входом элемента ИЛИ-НЕ, второй вход которого соединен с выходом признака обнуления четвертого счетчика, выход элемента ИЛИ-НЕ соединен с синхровходом третьего триггера, в каждой вычислительной ячейке для определения корреляционных коэффициентов первый вход элемента И является входом задания эталонного сигнала коррелятора, выход мультиплексора соединен с информационным входом первого триггера, вход сброса первого триггера и установочный вход второго триггера соединены с установочным входом коррелятора, инверсный выход первого триггера соединен с вторым входом элемента И, выход которого подключен к входу сброса второго триггера, прямой выход которого соединен со входом преобра1730640

30

40

50 зователя электрического сигнала в оптический, установочный вход коррелятора подключен к установочному входу первого триггера и к установочному входу преобразователя оптического сигнала в электрический, в каждой строке матрицы первые информационные входы мультиплексоров вычислительных ячеек для определения корреляционных коэффициентов каждого последующего столбца соединены с прямыми выходами первых триггеров соответствующих вычислительных ячеек для определения корреляционных коэффициентов предыдущего столбца той же строки, а прямые выходы первых триггеров вычислительных ячеек для определения корреляционных коэффициентов последующего столбца соединены со вторыми информационными входами мультиплексоров соответствующих вычислительных ячеек для определения корреляционных коэффициентов предыдущего столбца той же строки, в каждом столбце матрицы третьи информационные входы мультиплексоров вычислительн ых ячеек для определения корреляционных коэффициентов каждой последующей строки соединены с прямыми выходами первых триггеров соответствующих вычислительных ячеек для определения корреляционных коэффициентов предыдущей строки того же столбца, а прямые выходы первых триггеров вычислительных ячеек для определения корреляционных коэффициентов каждой последующей строки соединены с четвертыми информационными входами мультиплексоров соответствующих вычислительных ячеек для определения корреляционных коэффициентов предыдущей строки того же столбца, прямой выход первого триггера блока управления соединен с входами установки в нуль первых триггеров и входами установки в единицу вторых триггеров всех вычислительных ячеек для определения корреляционных коэффициентов, синхровходы первых триггеров вычислительных ячеек для определения корреляционных коэффициентов соединены с выходами элемента И блока управления, информационный выход третьего счетчика блока управления соединен с адресными входами мультиплексоров вычислительных ячеек для определения корреляционных коэффициентов, входы задания начального состояния четвертого и пятого счетчиков блока управления являются входами задания начальных координат эталонного изображения коррелятора, информационные выходы четвертого и пятого счетчиков подключены к адресному выходу координат эталонного изображения коррелятора, оптические входы преобразователей оптического сигнала в электрический и оптические выходы преобразователей электрического сигнала в оптический всех вычислительных ячеек для определения корреляционных коэффициентов образуют соответственно оптический вход текущего изображения и оптический выход эталонного изображения коррелятора, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью уменьшения аппаратурных затрат, в каждой строке матрицы первые информационные входы мультиплексоров вычислительных корреляционных коэффициентов первого столбца соединены с прямыми выходами первых триггеров соответствующих вычислительных ячеек для определения корреляционных коэффициентов старшего столбца той же строки, а прямые выходы первых триггеров вычислительных ячеек для определения корреляционных коэффициентов первого столбца соединены со вторыми информационными входами мультиплексоров соответствующих вычислительных ячеек для определения корреляционных коэффициентов последнего столбца той же строки, в каждом столбце матрицы третьи информационные входы мультиплексоров вычислительных ячеек для определения корреляционных коэффициентов первой строки соединены с прямыми выходами первых триггеров соответствующих вычислительных ячеек для определения корреляционных коэффициентов последней строки того же столбца, а прямые выходы первых триггеров вычислительных ячеек для определения корреляционных коэффициентов первой строки соединены с четвертыми информационными входами мультиплексоров соответствующих вычислительных ячеек для определения корреляционных коэффициентов последней строки того же столбца.

1730640

1730640

1730640

15 ("г 1) Й

-1O1 а оа а1

О-и такл/ Ф

° Ф 4 ао оо ао а1 оо оо

ro оо оо

О 1

1Î

or оо

1о

° Ф оо а D оо

° I °

5 - и ° ° ° „

ma/Im ° ° ° о о

1О

Do оо оо ао аоо о о о оа оо ао о

О1 оо о о

I г

1 иг.,7

Составитель Е.Хуртин

Техред М.Моргентал

Корректор «.Îñàóëåíêî

Редактор Т,Орловсвкая

Заказ 1513 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

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

1 а

-! г — Ъ

/, -г-1 or z а

Х-и

/7/Ы/1//7 ° ° °

° Ф

Ф ° ° э

Ф Ф °

8-и ° „°

ma/Im