Устройство для преобразования изображения

 

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и предназначено для систем распознавания изображений Целью изобретения является повышение быстродействия устройства. Цель достигается тем, что в устройство, содержащее датчик видеосигнала, логический блок и блок памяти, дополнительно вводят блок воспроизведения изображения, блок формирования оптического пучка считывания, блок выделения контура изображения, коллиматор , блок поворота изображения, фотопреобразователь , оптический затвор, электропривод, блок инициализации, генератор тактовых импульсов, формиров атель фазозых импульсов, счетчик дел ител-ь и элемент совпадения, За счет использования оптико-электронных блоков достигается высокая скорость преобразования Х0 изображения 6 ил ел с

союз советских

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РеспуБлик (я)." 0 06 К 9!00. О.

5 . г р= Xcos 0+ Ysin0, (1) >

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР АВТОРСКОМУ- СВИДЕТГЛЬСТВУ

1 (2 1) 4850703/24 (22) i 6.07.90 (46) 23.08,92. Бюл. hL 31 (72) M,À.Èîïoв, С,ЮМарков, M,В.гулидов и

Н.E.Мельник (56) Фу К., Гойсалес г „ ftи Р, Работотехника, — М.; Мир, 1989, с,398-402, Hanahaга K., Maruyama., ЦсйЦатаТ.

High-speed Hough тгапз оггп processor and

it s арр1 сабоп to ап1огпабс inspection and

measureтем, — Ргос. iEEE int, Соп1, Rob and

Aatom., Яап Francisco. Ca!if., Apr,7-10, 1986, v.3, M/ashington, D,D. 1986, 1954 — 1959, (541 УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ИЗОБРАЖЕНИЯ (57) Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и предназначено

Изобретение относится к автоматике и вычислительйой технике и может быть использовано при обработке и распознавании изображений объектов.

Многие задачи обработки и распознавания изображений требуют выделения контура объекта, Эффективным методом выделения контура является преобразование Хо. Кооме того, преобр*çoâàíèå Х находит йрименение в задачах выделения движущихся целей, при оценке погрешностей изображений и др.

Сущность преобразования Х, состоит в следующем, Пусть R-область определения сигналов изображения и в ней действует прямоугольная система координат ХОУ.

Тогда координаты точки изображения могут

2 для систем распознаванйя изображений.

Целью изобретения является повышение быстродействия устройства. Цель достигается тем, что в устройство, содержащее датчик видеосигнала, логический блок и блок памяти, дополнителъйО вводят блОх воспро изведения изображения, блок формирования оптического пучка считывания, блок выделения контура изображейия, коллима- тор, блок поворота изображения, фотопреобразователь, оптический затвор, электропривод, блок инициализации, генератор тактовых имйульсов, формирователь фазовых импульсов, Сче тчик дел ит ел:ь йэлемент совпадения, За счет ис толкования оптико-электронных блоков достигается вы- сокая скорость преобразования Х изображения, 6 ил.

I быть заданы парой (X, Y), а уровень сигнала изображения в этой точке — как Я(ХУ).

Контур изображения объекта всегда и редставл я ют совокупностью отрезков прямых линий. Произвольную прямую линию в области R можно описать в виде уравнения где р — длина нормали, проведенной из н,: чала координат (т.О) к рассматриваемой линии;

О- угол между направлением ОХ и нормалью.

Если, например, прямая составлена из конечного числз точек-ячеек (X 1.Yi),(X,Yð) 1756910

I. .злу !ение, соответству!ощее формиру- первый оптический вход, и выделение лие Ом, изображени!О. с пс!мощью коллими- не!,ных элементов контура с заданным нару!О!щей оптики 32 и Зз преобразуется на правлением(углом). выходе блока 3 в параллельный пучок лучей, Блок 4 состоит из поляризатора 41 дв х1 соответствии с принципом работы ус- 5 осно. О кристалла 4z; вращаемого поляриэатройства необходимо Обеспечить воспроиз- тора 4з, пространственно-временного ведение изобра>кения на экране ЗЛТ блока модулятора 44 света (ПВ!.!1С); источника 41

3 в течение времени т1. Это время воспро- высокого напрях .ения; анализатора 46, Бло : изведенияизображениязадаетсястробйру- 4 имеет два оптически, мехайический и . ощимсигналом, поступающим !!а входЗЛТ 10 электрический входы и оптический выхо .

3 с -выхода триггерной ячейки Зв; В ис- Через первый оптический вход в блок 4 за- ходном состоянии;т.е. до начала выйолне- писывагтся изображение, через второй ония преобразования Хо) на этом выходе тический вход в блок вводится оптический присутствует логический "Г. Триггерная пуча".ñ-итываниЯ.ВкачествеПЗМСиспольячейка Зл изменяет свое состояние при по- 15 зуется модулятор типа ПРИЗ, В ус>тройсгве

Явлении поло>кительньI>: перепадов напря- применен ПРИЗ, работающий в цикличе>кения на 88 IR- u S-входах, $-вход ском режиме "Запись —. счить!вание-стиратриггерной ячейки 36 подсоединен к выходу ние". Для записи изображение должно быть

Ячейки ИЛИ 3, имеющей два входа. На пер- спроецировано через первый оптйческий вый вход этой ячейки поступает сйгнал с 20 вход на кристалл модулятора ПРИЗ в течевыхода счетчика-делителя 34, а на второй ниЕ отрезка времени I 10 мс. За счет из- .

ВХОД С ВЫХОДа блока инициалИЗации. Им- мейеь! ия двулучепрелОИЛЕния в кристалле пульс на выходе счетчика-делителя 3f! появ- модулятора происходит запоминание конляется послетого, ка на его входпоступает тура поступивш го изображения. Чтобы количество импульсов, равноечислу N строк 25 получить на оптйческом выходе блока 4 либлока памяти (это число соответствует мо- нейнйе эле енты контура с-заданным угломенту окончания вычисления преобразова-, вым ь!аправленйем, :- Hеобходимо

IIÈË Х, предыдущего изображения). При испс!Льзавать для считывания параАлельпоявлении этого импульса, а равнозначно и ный пучок линейно поляризованных лучей, при поступлении импульса из блОка 1 ини- 30 причем положени8 плОскости йОляризаЦии циализации (в начале работы устройства), этого пучка определяет заданное угловое фОРМИРУ8ТСЯ ИМПУЛЬС HB ВЫХОД8 ЯЧBЙКИ HBflPBBfl8HM8, С ЭТОЙ Ц8ЛЬЮ ABPBflfI8flbH6II7I

ИЛИ Зэ, Зтот импульс через первый выход пучок лучей из блока I вводится в блок 4 и блока 3 поступает на электрический вход через второй оптический вход и далее либлока 4, где используется для стирания 35 нейно поляризуется с помощью системы из прелыдущего изображения, запомненного поляризатора 41, крйсталла 42 и вращаемого в этом блоке, а также на " -вход триггерной поляоизатора 4з. ячейки 36, Появление полсжительного пере-: На оптическом выходе блока 4 установпада напряжения на S-входе приводит к по- " лен анализатор 4g, положение плоскости поЯвлен! !О логической "1";.а Q-выходе 40 ляризации котор6го " совпадает . с триггерной ячейки. Сигнал с 0-выхода триг- поло>кением плоскости поляризации полягерной ячейки 35 производит стробирова- ризатора43. Изменение положения плосконие видеосигнала и тсм самым сти поляризации пучка счйтывайия и, обеспечивает воспроизведение изображе- соответственно, углового направления В ния на экране З.ПТ 31 в течение времени, 45 выделяемыхэлементовконтурадостигается пока логическая "1" на Q-выходе сохраняет- путем синхронного поворота поляризатора ся. Положительный период сигнала с Q âül- 43 и анализатора 45 с помощью электроприхода триггерной ячейки 3. через элемент 37 вода. задержки на время т1 проходит на вход об- Пусть, например, на первый оптический нуления счетчика-держателя 34 и возвраща- 50 вход блока 4 поступает изображение в виде ет его в начальное состояние, а также на темного треугольника на белом фон

1- .-Bxcak триггерной ячейки 36, что приводит. (фиг.За), Тогда в кристалле модулятор;-.

v. ее Опрокидыванию, Таким образом, fl0- ПРИЗ запоминается только контур этого скольку на Q-выходе триггерной ячейки 36 изображения (фиг.Зб}. При считывании запоявлястся сигнал логического "0", воспро- 55 помненного изображения пучком лучей с угизведение изобра>кения на экране 3.!"!Т 31 лом поляризации 8 = 0 на выход блока 4 прекращается, проходит только элемент контура AB

Блок 4 обеспечивает запоминание кон- (фиг.Зв), !при !9=45 только элемент контура тура изображения, проецируемого на его ВС(фиг.Зг), при !у=90" только эг!емент кон9

10 ан лизэтср "б этак:<е вращение пРиз- ляризатар 43, анализатор 46 и призму даве мы в блоке 6, Повороты и вращение осуще- в блоке 6 поворота иэображения в положествля ются дискретно с помощью ние характеризуемое углом с,= О. Кроме торазомкнутого шагового злектропривода. гс, сбнулены счетчики -делители 34 и 13, э

Блок 11 инициализацил формирует оди- 5 триггерные ячейки 36, 7з и 141 находятся в ночный импульс, который служит для эапу- состоянии, когда с Q-выхода снимаются ласка устройства. гические "О", а с О-выхода — логические "1".

Генератор 12 тактовых импульсов обес- Блок 1 непрерывйо гейерирует оптический печивает формирование импульсов, синхро- пучок считывания. низирующих работу устройства. . 10 Устройство для выполнения преобразоСчетчик- делитель 13 обеспечивает счет вания >4 йзображения работает следующим импульсов, псступающлх на его счетный образсм (фиг.1 и 2). вход, до числа М, равного количеству фото- При включении блока 11 инициэлизаприемников в фотопресбразавателе.. ции ега выходной ситнал поступает на вход

Счетчик-делитель имеетдва входа: счет- 15 инициализацйи блока 3 и вход блока 12, На ный и обнуляющий. При поступлении им- первом электрическом выходе блока 3 фарпульса на счетныл вход состояние счетчика мируется сигнал(фиг,5а), котарыйпоступэет меняется на ециницу, а при подаче импуль- на электрический вход блока 4 и стирает са на обнуляющий вход производится уста- ранее записанное на ПВМС этого блока изоновка счетчика в начальное состояние, 20 бражение. Одйовременно на оптическом

Лсглческий блок 14 предназначен для выходе блока 3 воспроизводится (в течение выработки управляющих сигна,ав, которые времени 7), определяемого свойствами используются для обеСпечения работы бло- ПВМС) изображение; задаваемое видеосигков 7, 13,15 и ",7, в течение промежутка налом дэтчйкэ 2, Зто изображение праецивремени тз, когда происходит механический 25 руется через первый оптический вход блока поворот элемейтов 43, 46 и 6 устройства на 4 на .выходное окно (кристэлл) модулятора угол. ПВМС, входящего в блок 4. В праецируемом

Блок 14 состоит из триггерной ячейки изображении с помощью оптйческого пучка

141 и элемента 14z задержки на время тз. считывания Ф.(формируемого в блоке 1) при

Триггернэя ячейка 141 работает аналогично 30 указанном угловом йсложении элементов 4з ячейкам 36 и 7з. В начальный момент триг- и 4g нэ выходе блока 4 выделяются элеменгерная ячейка 14 имеет на своем О-выходе ты контура, характеризуемые углам 8 = 0, сигнал логического "0". При подаче на ее Параллельный пучок лучей; несущий инЯ-вход импульса с выхода счетчлка-делите- формацию о выделенньх элементах контуля 13 трлггернэя"ячейка опрокидывается и 35 ра, последовательйс проходит через на ее Q-выходе появляется сигнал логиче- каллиматор 5, блок 6 и проецируется на опской "1". Сигнал логического "0" с О-выхода тический затвор 71. В интервале Π— 7) записи триггерной ячейкй подается в блоки 7 и 15 и изображения оптический затвор 7i закрыл, используется там для запирания ячеек И, поэтому излучение ат выделенных элеменПола>кительный перепад сигнала с О-выхо- 40 тов контура на фотоприемники фотспреобда триггерной ячейки 142 поступает в фор- разователя 8 не проходит до момента t> мирователь 17, на абнуляющий вход оканчэчия записи изображения в блоке 4. счетчика-делителя 13 и через элемент 14z Вмоментвремениг1навторомэлектризадер>кки на R-вход триггерной ячейки 14>, ческам выходе блока 3 формируется полсTeким образом спустя spews задержки <3 45 >к Te>!!,!!, nepene (ô5б состояниетриггерной ячейки 14> васстанав- оказывается приложенным к второму электливается и подача указанных управляемых рическому входу блока 7, Поскольку в это гигналов прекращается. время к первому электрическому входу.этоЗлемент 13 совпадения предста л ет га блока прило>кена логическая "1" с второго собой логическую ячейку И и служит для 50 выхода блока 14 (фиг.5в), то оптический застробированля сигналов, поступающих с твор 7i открывается на время т . В течение выхода генератора 12 на входы блока 13 и времени т>> производится экспонирование фотоприемников фотопреобразователя 8

® рмирсва е и "6 и 17 фазовых """. излучением от выделенных (при с, =p) элепульссв предназначены для управления Соответственно фотап реобразавателем ментов контура и накопление соответствуюблокэм 9 памяти. щих зарядовых пакетов, В начале работы устройства по сигналу, Перед началом работы устройства элек- из блока 11 инициализации включается тактропривод 10 устанавливает вращаемый па- же генератор 12, тактовые импульсы которо11 го (фиг.5г) поступают на один из входов элемента 15 совпадения, Для прохождения тактовых импульсов через элемент 15 необходимо наличие сигналов лог,i,ecêoé

"1" на остальных трех входах этой схемы (BxoJfax разрешения). Одна логическзя "1" поступает с ВтороГО выхода блока 14 в соответствии с начальной установкой (фиг,5В).

Другая логическая "1" поступает на вход элемента 15 с второго электрического входа блока 3 спустя время òl (фиг.5б). Третья гоГическаЯ "1" HB Вход элемента 15 поступает с электрического выхода блока 7 оптическогп затвор а спустя время г,+ - 2 (фиг,5д), К этому времени в фооприе .лниках блока 8 накоплены зарядовые пакеты, пропорциональные излучени!о ст выделенных при О„=

0 элементов контура. При совпадении Во времени логических "1" на Входах элемента

15 он начинает пропускать актовые имПУЛЬСЫ. ЗтИ ИМПУЛЬСЫ, ПОСТУПаЯ На ВХОД формирователя 16 (фиг.5е) запускают его, и прбизводится последовательное счить|вание накопленных в линейках фотоприемников блока 8 зарядовых пакетов и их запись во входную строку блока 9.

Тактовые NMrfgrrbCbr C BblX UB 358Mei

15 совпадения поступаю на счетнь|й вход счетчика-делителя 13 После поступления

M-ro имйульса, соответствуюшео коли !еству линеек в фотопреобразователе 8, на Выходе счетчика 13 формируется стандартный импульс (фиг,5ж), который поступает на счетный вход блока 3 и входь! блоков 10 и

14.

В блоке 3 при этом изменяется состояни имеющегося там счетчика-делителя 3 BB единицу. Электропривод 10 при этом производит поворот механически связанных с НЙм элементов 4з и 4r в блоке.4 на угол Л 9, определяющий дискретность изменения угла О. По окончании поворота на угол ЛО на выходе блока 4 вид,!Ляются элементы ко;;тура изображения с угловым положением

6 +ЛО. Однако, поскольку с!Инхронно с элементами 43 и 4f! происходит г!ОВОрэт призмы Дове в блоке 6, то выделенные элементы контура как и ранее располагаются вертикально в плоскости фатоприемникGB блока 8.

Блок 14 при поступлении на его Вход импульса с выхода счетчика-делителя 13 !вменяет состояния своих выходов на протиВополо>кнь!е, ЛогическаЯ 1, ПОЯВиВшаяся на его первом выходе (Q-Выходе триггерной ячейки 141) загускает формирователь 17.

К этому времени Все зарядовые пакеты, накопленные в линейках фотоприемни",îâ блока 8, оказываются записанными в яч:Aках входной строки блока 9, Фазовые им5

4Г, 50

r5 пульсь!, вырабатываемые формирователем

17, ОбеспечиВают сДвиГ записанных Во входной строке блока 9 зарядовых пакетов в оответствующие ячейки второй строки этого блока, освобо>кдая тем -"àìûì входную строку для записи очередных зарядоВЫХ ПВКЕТОВ.

Логи !еский "0", появившийся на втором выходе (Г-выходе триггерной ячейки 14!) блока 14 (фиг,5В) запиоает схему элемента

15 совпадения. и тем самым работа формирователя 16 прекращается. Одновременно положительным перепадом сигнала на первом Bf:f.".,Оде блока 14 обнуляется счетчик-делит ель

Спустя время тз, ".атраченное на поворот элементов 4з и 48, блок 14 возвращается в состояние, когда !!а его первом выходе присутствует логический "0", Положительный перепад сигнала на втором выходе блока 14 (фиг.5в) совместнс с сигналом логи-!есКоА "1" из блока 3 (фи::.,5б), вызывает обрабатывание (OTKpb! Bàíèe) оптического затвора 7l (на время г2). Теперь на линейки фотоприемников проецируются эг!ементы контура, характеризуемые уГлом О(> + Li. О.

Зарядовые пакеть(, пропорционал! ные излу -!еь! .".ю оТ этих элем8нтОВ, посл8дователь" но считыва!Отся из блока 8 и записыва!отся

В ячейки входной строк!", блока 9, После считывания и записи зарядовых пакетов от элементов контура при !9, + ЛОпо описанному принципу выделяются элементы изображен .я, ориентированные под углом !9, + 2 ЛО, и формиру!Отся соответству!Ощие им зарядовые г акеты. есл -, г!а пример., El кристалле модул ято" ра блока ", хранится изображение трауго",ьни:a. го при О = 0 на выходе блока 5 выделяется элемент контура АВ (фиг.бб).

Зтот элемент без lloeopoTB проецируется на линейку а,-,1-го фотоприемника блока 8 (фиг,бд), ooc!

АВ (фиг,ба).

При 8= 45 выделяется элемент контура о

Вс (4>!;r,6в). В результате его разворота в блоке 6 этот элемент проецируется на линейку р 2-го фотоприемника, (фиг.бе} где формируется соответству!Ощий зарядовый пакет (фиг.би). Дналогично при 8=- 90 будет отличен от нуля зарядовый пакет на р!з-и фотоприемнике(фиг.бк). Для остальных зна чений g j Q, g . Д<>!) ) Выходные си! Налы фотоприемников равны нулю. В сООтВетстВии с изложен:!ым работа устройства протекает до тех пор, пока на счетнь и вход бло <а

1756910

3 не поступает Ч-й импульс с выхода счетчи- соответственно с первым и вторым оптичека-делителя 13 (фиг.5ж). Этот импульс появ- ским входами блока выделения контура изоляется после считывания эдементов оражения, вход которого через контура, характеризуемых углом I-g= 360 - последовательно расположенные и оптичеAO, M 3BnkcI4 cQoTBBicTBующих зарядовых 5 ски cee38HHbl8 коллиматор, блок поеороТВ пакетов в блоке 9, Появление Н-го импульса изображения., оптический затвор оптически сигнализирует о завершении выполнения сопряжен с входом фотопреобразователя, преобразования Хо изображения, К этому выход которого соедйнен с информационмоменту времени все параметры Х<, вычис- ним входом блока памяти, первый управлялены и заплсаны в ячейках блока 9. Устрой- 10 ющий вход которого и уйргвляющий вход ство полностью подготовлено к фотопреобразователя подключены к выходу выполнению преобразования Х, над оче- . первого формирователя" фазовых импуль-. редным изображенлем. сов, вход которого и счетйый вход счетчикаОсобенность устройства состоит в том, делителя ". оединены с выходом элемента что операцил считывания иа выходе устрой- 15 совпадения первый вход которого соединен сТВВ параметров Х, предыдущего и3обра- с электрическим выходом оптического зажения и операции вычлсления параметром твора, первый вход разрешения которого и

Х, последуюшего изображения в устройст- второй вход элемента совпадения соединеве совмещены во времени. Зто достигается ны с вторым электрическ>лм выходом блока . вйполнением блоков 8 и 9 в влде ПЗС-струк- 20 воспролзведения изображения, счетный тур и синхронизацией их работы. вход которого подключен к выходу"счечйка Ф о р M у л а и з о б р е т е н и я делителя и входам электропривода и логиУстройство для преобразования изо- ческого блока, второй вход которого бражения, содержащее датчик видеосйгйа- подключен к второму входу разреш нля опла, логический блок, блок памятл, о т л и ч а- 25 тического затвора и третьему входу элеменю щ е е с я тем, что, с целью повышения та совпадения, тактовый вход которого быстродействия, в устройство введены блок соединен с выходом генератора тактовых воспролзведения изображения, информа- .импульсов, вход которого соединен с вьгхо- цианный вход которого под:<лгочен к выходу дом блока инициализацйи и входом иници датчика видеосигнала, блок формирования 30 ализации блока воспроизведения оптического пучка считывания, блок выде- изображения, первый электрический вьиод ления контура изобрах<ения, коллиматор, которого саедлнен с электрическим входом; блок поворота изображения, фотопреобра- блока выделеййя кантчра ;",зображения, зователь, оптический затвор, электропри- первый выход логического блока подключен вод, блок инициализации, генератор 35 к обнуляющему входу счетчика-делигеля и тактовых импульсов, первый и второй фор- входу второго формирбвателя фазовых иммирователи фазовых импульсов, счетчик-де- пульсов, выход которого соединен с вторым литель и элемент совпадения, при этом управляющлм входом блока памяти; электвыходы блока воспроизведения изображе- ропривод механически связан с блоком выния и блока формирования оптического пуч- 40 деления контура йзображения и блоком

I<а считывания onT «ecI< связаны поворота изображения, 1756910

1756910

) 1.

1 с!

-"Ъ

cq

Ы, Т., Q

-а о >

ci ", . Ъ <з М 1,, )756910

„

Ь с -, о! с, «

1756910 г Р=ЮО

8=&

h(pa)

Составитель А.Краснов

Редактор И.Дербак Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор M,Øàpoøè

Заказ 3090 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

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