Устройство для выделения контуров изображений объектов
Изобретение относится к технической кибернетике, в частности к устройствам для выделения контуров изображений объектов , и может быть использовано в системах распознавания образов. Цель изобретения - повышение точности устройства. Поставленная цель достигается путем совместного анализа значений лроизводных первого и второго порядков. При этом выделяются потенциальные граничные точки путем сравнения составляющих градиента с некоторым заданным пороговым значением . Затем для выделенных точек вычисляется вторая производная и решение о принадлежности точки границе принимается в том случае, если в ее окрестности есть переход через ноль функции лапласиана с отрицательным наклоном. Новым является введение в известное устройство для выделения контуров объектов на изображении блока дифференцирован ия,второго селектора , блока определения ориентации, двух блоков сдвиговых регистров и блока анализа . 1 з.п, ф-лы, 7 ил., 1 табл.
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛ ИСТИЧ Е СКИХ
РЕСПУБЛИК
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ ПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4688938/24 (22). 10.05.89 (46) 07,07 .92. Бюл. N 25 (71) Научно-исследовательский институт телевизионной техники "Электрон" (72) С.А. Елманов (53) 681.327.12(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР М 1424037; кл. 6 06 К 9/00, 1986; Авторское свидетельство СССР Q 1182551, кл. G 06 К 9/36, 1984. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВЫДЕЛЕНИЯ KOHТУРОВ ИЗОБРАЖЕНИЙ ОБЪЕКТОВ (57) Изобретение относится к технической кибернетике, в частности к устройствам для выделения контуров изображений объектов, и может быть использовано в системах распознавания образов. Цель изобретения Изобретение относится к технической кибернетике, в частности к устройствам для выделения контуров иэображений обьектов, и может быть-использовано в системах распознавания образов.. : Цель изобретения — позышение точности устройства.. На фиг.1 представлена схема устройст-. ва; на фиг.2,а.— пример размытой границы между объектами на изображении; на . фиг2, б,в-примеры соответствующих значений градиента и лапласиана; на фиг.3,e,á,â — маска вертикального направления линии контура, маска горизонтального направления контура,и маска лапласиана; на фиг.4— пример выполнения блока определения ориентации контура; нэ фиг.5 — восемь воэм<икных направлений линии <онтура; на фиг.6- взаимное расположение фрагментов... SU „„1746391 А1 — повышение точности устройства. Поставленная цель достигается путем совместного анализа значенийуроиэводных первого и второго порядков. При этом выделяются потенциальные граничные точки путем срав-. нения составляющих градиента с некоторым заданным пороговым значением, Затем для выделенных точек вычисляется вторая производная и решение о .принадлежности точки границе принимается в том случае, если в ее окрестности есть переход через ноль функции лапласиана с отрицательным наклоном. Новым является введение в известное устройство для выделения контуров объектов на изображении . блока дифференцирования второго селектора, блока определения ориентации, двух блоков сдвиговых регистров и блока анализа. 1 з.п, ф-лы, 7 ил., 1 табл. Ф анализа и текущего отсчета; на-фиг.7- пример выполнения блока анализа .признаков контура, I В таблице приведены значения функций определения ориентации линии конту- О ра. (д Устройство содержит телевизионный 0 датчик 1, аналого-цифровой преобразова- и тель (АЦП) 2, селектор 3, детектор 4 вертикального направления, детектор 5 горизонтального направления, регистр 6; блок 7 дифференцирования,, второй селектор 8, блок 9 определения ориентации контура,.сдвиговые регистры 10 и.11, блок 12 анализа признаков контура. Блок определения ориентации контура содержит два блока 13 и 14 вычисления модуля, двв элемента 15 и 16 сравнения, блок 17 постоянной памяти и элемент ИЛИ 18. 174б391 1 Блох анализа признаков контура содержит блок 19 постоянной памяти и элемент И 20. Устройство работает следующим образом. Устройство реализует определение к0нтуров объектов на изображении путем анализа скорости изменения функции яркости в каждой точке. Если величина скорости в данной точке достаточно велика; то точка воспринимается как контурная. Для оценки скорости изменения функции яркости в данной точке по ее окрестности размерами Зх3 определяются вертикальная и горизонтальная составляющие градиента. Оценки значений горизонтальной и вертикальной составляющей градиента. определяются при помощи оператора Собеля. Полученные значения.сравниваются с ранее заданным пороговым значением Н, Если абсолютное значение соответствующей составляющей больше Н, то считается, что в данном направлении обнаружена граница контура и точка считается потенциальной .контурной. Однако наличие на реальных изображениях раэмытий границ объектов на изображении (нерезкие границы) приводит к черезмерному утолщению контуров объектов на изображении, т,е. к снижению достоверности определения контурных точек (фиг.2.а— пример нерезкой границы ме)кду объектами на иэображении, характеризующимися значением яркости А и В, фиг.2,б — значение ссответствующей составляющей градиента}. Для устранения этого недостатка целесообразным является анализировать значе. ние производной второго порядка .от функции яркости, Для этого Определяется значение лапласиана — оператора оценки значения производной второго порядка, Центральной точке наклонного перепада соответствует точка перехода через нуль (фиг.2,в). Для определения. наличия точки перехода через нуль функции лапласиана анализируются знаки значений этой функ ции в окрестности размером Зх3 элемента текущей анализируемой точки (фиг.б). Если .в данной потенциальной контурной точке существует переход через нуль функции лапласиана с отрицательным наклоном, то считается, что точка является контурной; Таким образом в текущей точке (i, j) изо.бражения определяются значения hy (Ц) вертикальной и Ь((Ц) горизонтальной составляющих градиента и лапласианаЧ(Ц), Их (l,j) = 2Хц+1 + Xl-l, )+1+ Х)+1.)+1 —, 2Х).)-1— XI-ц-1 — Х(+ц->, . (1) Ь,(Ц) = 2XI-ц + XI-ц-1 + Х+ц 1+ 2Хн цХ(+ц-1 — Х(+ц+1, (2) 7(I,j) = Х(-ц-1 + Х(-1,) + X)-ц+1+ Хц-1+ Xi,)+i + Х)+1,)-1+ Х(+1-) + Х)+ц-1 — 8-Х),) (3) где Ь(Ц) — значение горизонтальной составляющей градиента в точке (Ц); 5 Ьу(Ц) — значение вертикальной составляющей градиента в точке(Ц); У (),}) — значение лапласиана в точке (Ц); Х(,) — значение отсчета сигнала в точке (Ц). 10 Затем определяется, является ли данная точка (Ц) потенциальной граничной точ- . кой. О,ecnwihx(IJ)f < нфу(ц))4 H (4) 4Ц) = 15 1, в противном случае, где А (Ц) — признак, является ли точка (Ц) потенциальной граничной; Н вЂ” заданное пороговое значение.. Затем определяется, существует ли в 20 данной точке (i, j) переход через ноль с отрицательным уклоном функции лапласиана: 1, еслибы/(), j) > ОЛ(Яа ф Е (0,1-1) " г(Ц)- g()-а,j P)019(i+а;Рф ) <О) (5) -О, в противном случае, 25 гдето {I, j) — признак наличия в точке (), )) перехода через ноль с отрицательным уклоном функции лапласиана. Точка (), )) считается контурной; если (i,)) = 1лт Ц =1 (5)30 Ориентация о) (Ц) (фиг.5) линии контура в данной точке (I, j) определяется на основе анализа знаков составляющих hx(i, j) и Ьу(Ц) градиента и выполнения условия каличия контура в соответствующем направлении. Входное изображение в процессе pro строчного сканирования. датчиком 1 поступает с выхода датчика 1 на вход АЦП, который выполняет преобразование сигнала в 40 цифровую форму.. Пусть.в текущей )-й момент времени код текущего отсчета Хц с выхода АЦП поступает на вход селектора 3, выделения локальной области иэображе- ния, который предназначен для,выделения 45 и временного хранейия локальной области размерами 3х3, которая. представляет собой окрестностьотсчета Х(-ц-1изображения. Коды соответствующих отсчетов изображения с выхода селектора 3 поступают на соответствующие входы детекторов 4 и 5 вертикального и горизонтального направления и блока 7 дифференцирования. На выходах детекторов 4 и 5 сформируются коды величин hy ()-1, j-1) и h)(()-1,- j-.1). которые затем поступают на первый и второй входы блока 9 определения ориентации, на третий вход которого поступает значение порога Н с выхода регистра 6. Значения Ьф-1, j-1) и Ьх(И. j-1) с соответствующих входов блока 9 поступает на входы блокоф .13 и 14 вычисления 1746391 модуля, значение I hy(1-1,J-1) I и 1 Ь (И,J-1) I c выхода. которых поступают на первые входы элементов 15 и 16 сравнения, На вторые входы элементов 15 и 16 сравнения поступает значение Н с третьего входа блока 9 определения ориентации. Значение с выхо- . дов "Больше" элементов 15 и 16 сравнения поступают на.второй и четвертый .входы .блока 17 постоянной памяти и на входы элемента ИЛИ 18. Код величины Х(1-1,.)-1) (согласно (4)) с выхода элемента ИЛИ 18 поступает на первый выход блока 9 определения ориентации. Значения знаковых раз.рядов hy(i-1, J-1) и h<(l-1, J-1) с первого и второго входов блока 9 определения ориентации поступают на первый и третий входы блока 17 постоянной памяти, в ячейках которого реализовано табличное вычисление функции f(V> Ч2 Чз Ч4) ориентации в(И, J-1) линии контура в точке (1-1, J-1) (где Чк — значение íà k-м входе блока 17 постоянной памяти, k ==1,,4 V@6(0,1)). Значения функции f(VI Ч2 Чз V4) заданы в таблице. Код в(1-1, J-1) направление ориентации -линии контура с выхода блока 17 постоянной памяти поступает на второй выход блока 9 определения ориентации. Параллельно значение Л(l-1, j-1) формируется на выходе блока 7 дифференцирования. Значение на знаковом разряде выхода блока 7 дифференцир0вания поступает на вход селектора 8..На выходе селектора 8 формируются зна- чения знаков лапласианов в окрестности ЗхЗ элемента точки (i-2, j-2). Значение с выхода селектора 8 поступает на первый вход блока 12 анализа. Регистры 10 и 11 имеют . длину (L+ 1) (где L — количество отсчетов в строке иэображения) и в начальный момент времени обнулены. Таким образом в течение первых (L+1) тактов работы на их выходах будут формироваться нулевые значения, а в последующих тактах работы— значения отсчетов, поступивших на их вход (L+1) тактами ранее; Поэтому в текущем!-м такте работы на входе регистра 10 формируется вход величины А(1-1, J-1), а на выходе формируется код величины Л (i-2, J-2), который затем поступает на второй вход блока 12. Значение с первого входа блока 12 поступает на вход блока 19 постоянной пэмяти, в ячейках которого реализовано табличное вычисление величины t (I-2, j-2) (согласно (5)). Значение величины t (I-2, J- 2) с выхода блока 19 постоянной памяти поступает на. первый вход элемента И 20, -на второй вход которого поступает код величины А (i-2, J-2) . с первого входа блока 12. Тогда на выходе элемента И 20 сформируется код логической единицы, если выполняется условие(6), и нулевой код в противном случае. Значение с выхода элемента И 20 поступает на выход блока 12. а затем — на старший разряд выхо5 да устройства. Одновременно на вход регистра 11 с второго входа блока 9 поступает код величины а (i-1,J-1). Код величины в (i-2, J-2) с выхода регистра 11 поступает на три младших разряда выхода устройства, 10 Таким образом в текущем такте работы на выходе устройства в старшем разряде сформируется код логической единицы, если точка (I-2, j-2) является контурной, и нуль — в противном случае, а на трех младших разря15 дах сформируется код ориентации линии контура, если точка (i-2, j-2) является контурной. Устройство работает в конвейерном режиме и через 2 (L + 1) тактов работы на выходе устройства сформируются соответ20 ствующие значения для точки(1, j) изображения. Предлагаемое устройство позволяет реализовать. определение контуров объек-. тов на изображении путем совместного ана25 лиза значений производных первого и второго порядка, что в свою очередь позволяет повысить достоверность определения контурных точек на изображении, Это позволяет эффективно использо30 вать устройство в специализированных быстродействующих системах обработки сигналов различного назначения, в частности в автоматизированных системах распознавания изображений. 35 Формула изобретения 1. Устройство для выделения контуров изображений объектов, содержащее детекторы вертикального и горизонтального направлений, селектор; аналого-цифровой 40 преобразователь, регистр и телевизионный датчик, выход которого подключен к информационному входу аналого-цифрового преобразователя, выход которого подключен к информационному входу первого селекто45 ра, выход которого подключен к входам детекторов вертикального и горизонтального направлений, вход регистра является входом устройства, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что,.с целью повышения точности устройства, оно содержит блок анализа признаков 50 контура. два регистра сдвига, блок определения ориентации контура, второй селектор и блок дифференцирования, выход первого селектора подключен к входу блока дифференцирования, выход которого подключен к . 5 информационному входу второго селектора, выход которого подключен к первому входу блока анализа признаков контура, вы ход которого является выходом устройства, группа выходов детектора вертикального 1746391 направления подключена к первой группе входов блока определения ориентации контура, первый выход которого подключен к информационному входу первого регистра сдвига, выход которого подключен.к перво- 5 му входу блока анализа признаков контура, группа выходов детектора горизонтального направления подключена к второй группе входов блока определения ориентации контура, второй выход которого подключен к 10 информационному входу второго регистра сдвига, выход которого является выходом устройства; тактовые входы аналого-цифрового преобразователя; селекторов, регистров сдвига объединены и являютса- 15 тактовым входом устройства, группа выходов регистра подключена к третьей группе входов блока определения ориентации контура. 2,Устройствопоп.1,отл ичающее- 20 с я тем, что блок определения ориентации . контура содержитдва блока вычисления модуля, два блока сравнения, блок постоянной памяти и элемент ИЛИ, выход которого является первым выходом блока определения 25 ориентации контура, группа входов первого блока вычисления модуля является первой группой входов блока определения ориентации контура, а ее знаковый разряд подключен к первому входу блока памяти, группа входов второго блока вычисления модуля является второй rpynnoA входов блока определенияориентации.контура,знаковый разряд, которой подключен к третьему входу блока памяти, выход которого является вторым выходом блока определения ориентации контура, rpynna выходов nepeoro блока вычисления модуля подключена к первой группе входов первого блока сравнения, выход которого подключен к первому . входу элемента ИЛИ и второму входу блока памяти, группа выходов второго блока вычисления модуля подключена к первой группе входов второго блока сравнения;.выход которого подключен к второму входу элемента ИЛИ и четвертому входу блока памяти, вторыетруппы входов блоков сравнения объединеньг и являются третьей группой входов блока определения ориентации контура. 1746391 1746391 1746391 ptlP. _#_ Составитель А.Баранов Техред М.Моргентал Редактор H,Õèì÷óê Корректор М.Демчик Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 Заказ 2396 Тираж Подписное 8НИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 1:13035. Москва, Ж 35. Раушская наб., 4/5
