Устройство для коррекции положения изображения объекта

 

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике. Его использование в распознавающих системах роботов в качестве устройства предварительной обработки изображения объекта позволяет расширить функциональные возможности за счет обеспечения выполнения процедуры коррекции угла поворота изображения объекта . Устройство содержит блок 1 управления , регистр 2 изображения, счетчик 3 и элемент 12 задержки. Благодаря введению регистра 4 угла поворота, регистра 5 минимума , компараторов 6, 7, блока 8 преобразователей , преобразователей 9, 10 кодов, комбинационного сумматора 11, элемента 13 задержки, элементов 14-16 И, группы 17 инверторов и группы 18 элементов ИЛИ, в устройстве обеспечивается поиск и установка нормализованного положения изображения объекта.5 ил. I Ј Ё :оо СЛ ;о |СП I Шаг./

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ иг, (21) 4769101/2.4 (22) 12.12.89 (46) 30.12.92. Бюл. й. 48 (71) Таганрогский радиотехнический институт им, В. Д. Калмыкова, (72) Ю. H. Ефимов (56) Авторское свидетельство СССР

1Ф 455542, кл. G 06 К 9/04, 1972.

Авторское свидетельство СССР ЬВ 1361590, кл. G 06 К 9/04, 1985. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОРРЕКЦИИ ПО.

-ЛОЖЕНИЯ ИЗОБРАЖЕНИЯ ОБЬЕКТА (57) Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике, Его использование в распоэмавающих системах роботов в качестве устройства предварительной обра1 Ы 1785015 А1 (я)з G 06 К 9!36 ботки изображения объекта позволяет расширить функциональные возможности га счет обеспечения выполнения процедуры коррекции угла поворота иэображения объекта. Устройство содержит блок 1 управления, регистр 2 изображения, счетчик 3 и элемент 12 задержки. Благодаря введению регистра 4 угла поворота, регистра 5 минимума, компараторов 6, 7, блока 8 преобразователей, преобразователей 9, 10 кодов, комбинационного сумматора 11, элемента

13 задержки, элементов 14-16 И, группы 17 инверторов и группы 18 элементов ИЛИ, в устройстве обеспечивается поиск и установка нормализованного положения изображения объекта, 5 ил.

;4

I ,Ql ею З

:. (Ql ,!

3 1785015 4

Изобретение относится к области авто- - входы всех элементов группы элементов матики и вычислительной техники и может быть использовано в качестве устройства предварительной обработки изображения объекта, обеспечивающего коррекцию поТаким образом, при полном заполнении на управляющие входы мультиплексоров группы мультиплексоров 20 (фиг,2), вызовет мента группы элементов И 23 (фиг. 3) формируется поток Пг, состоящий из двух импульсов, соответствующих состоянию пульс "Пуск 1" поступает также на вторые ложения изображения объекта по углу в распознавающих системах роботов.

Цель изобретения — расширения функциональных возможностей за счет обеспечения коррекции иэображения по углу поворота. .На фиг. 1 представлена блок-схема устройства; на фиг. 2 — фрагмент выполнения функциональной схемы регистра изображения; на фиг. 3 — функциональная схема блока линейных преобразователей; на фиг. 4— функциональная схема блока управления; на фиг. 5 — пример разбиения дискретного поля изображения объекта.

Устройство (фиг. l) содержит блок управления 1, регистр изображения 2, первый счетчик 3, регистр угла поворота 4, регистр минимума 5, первый компаратор 6, второй компаратор 7, блок преобразователей 8, первый преобразователь кодов 10, второй преобразователь кодов 10, комбинационный сумматор 11, первый элемейт задержки

12, второй элемент задержки 13, первый элемент И 14, второй элемент И 15, третий элемент И 16, группу инверторов 17, группу элементов ИЛИ 18.

Регистр изображения (фиг. 2) содержит группу триггеров 19, группу мультиплексоров 20, первую группу элементов ИЛИ 21, вторую группу элементов ИЛИ 22.

Блок преобразователей (фиг. 3) содержит группу элементов И 23, группу элементов ИЛИ 24, . Блок управления (фиг. 4) содержит генератор тактовых импульсов 25, второй счетчик 26, триггер 27, элемент задержки 28, элемент И 29, первый элемент ИЛИ 30, второй элемент ИЛИ 31, Устройство работает следующим образом. Инициирующий импульс "Пуск 1", пройдя через первый элемент ИЛИ 30 (фиг.

4), переведет триггер 27 (фиг. 4) в нулевое состояние, триггер 27, находясь в нулевом состоянии, будет поддерживать элемент И

29 (фиг. 4) закрытым по второму входу. Импульс "Пуск 1" вызовет также установку пер вого счетчика 3 (фиг. 1) и второго счетчика

26 (фиг. 4) в исходные нулевые состояния.

Этот же импульс, поступив на вход "Разрешение" регистра изображения 2 (фиг. 1), т.е. передачу компонент изображения на входы, триггеров группы триггеров 19 (фиг. 2). ИмИЛИ 18 (фиг. 1) и, пройдя через эти элементы, поступает на синхровходы всех триггеров группы триггеров 19 (фиг. 2). Кроме того, 5 импульс "Пуск 1" поступает на установочный вход регистра минимума 5 (фиг. 1), что вызовет установку в этом регистре начального состояния 111...11., соответствующего максимально возможному числу. Наконец, задержанный третьим элементом задержки

28(фиг, 4) на время переключения блоков 2, 3, 5 (фиг. 1}, 18 (фиг. 1) и 26 (фиг. 4), импульс

"Пуск 1" поступит на вход триггера 27 (фиг, 4) и установит его в единичное состояние.

"5 Таким образом, после подачи импульса

"Пуск 1" в регистре изображения 2 (фиг. 1) будут зафиксированы компоненты изображения объекта, в первом 3 (фиг, 1) и втором

26 (фиг. 4) счетчиках исходные нулевые состояния, в регистре минимума 5 (фиг. 1) зафиксировано максимальное число 11..11.

Триггер 22 (фиг. 4) находится в единичном состоянии и пропускает тактирующие импульсы .генератора 25 (фиг. 4) в блоки уст25 ройства. Тактирующие импульсы со второго выхода блока управления, т.е. с выхода элемента И 29 {фиг. 4), подсчитываются первым счетчиком 3 (фиг. 1), По мере увеличения содержимого в первом счетчике на выходах

30 связанного с ним блока линейных преобразователей 8 {фиг. 1} формируются потоки П равномерно распределенных импульсов.

Для частного случая, формирование этих потоков выглядит следующим образом, когда первый счетчик имеет m=4 разряда, а блок линейных преобразователей имеет соответственно 2 -1=15 выходов и формирует 15 потоков fl>, Пг...П ь. Обозначим состояние разрядов первого счетчика Z>. Ег. Ез, Z4, где

Z1 — старший разряд. Обозначим также Z

40 тактирующий импульс, задержанный первйм элементом задержки 12 (фиг. 1) и подаваемый на входы всех элементов группы элементов И 23 (фиг. 3). При этом на выходах первого, второго третьего, четвер ого эле45 мента группы элементов И 23 (фиг. 3) будут соответственно формироваться потоки П1, Пг, П4, Па, описываемые конъюнкциями вида

П1 ZZ>5@ф

Пг-Ж ЫзЬ

50 ll4=ZZA

ll8 ZZ4 первого счечика на выходе первого элемента группы элементов И 23 (фиг.3) формиру-

55; ется поток П1, состоящий из одного импчл.ьса, соответствующий состоя-,. нию Z>555-1000, на выходе второго эле1785015

21ZzZ824=0100 212г2з24-1100, на выходе третьего элемента группы элементов И 23 (фиг. 3) формируется поток П4, состоящий из четырех импульсов, соответствующих состояниям 212г2з24=0010, 212г2з24=0110, 212г2зХ =1010 и 212г2зЪ -1110, на выходе четвертого элемента группы элементов И 23 (фиг. 3) формируется поток П8, состоящий из восьми импульсов, соответствующих состоян 22г2з2=0001, 22г2з2=0011, 212г2з24=0 1 О 1, 212г2з24*=0111, 212з2з24= 1 001, 2>Zz2824=1011, 212гЬ24=1101, 212г2з24=1111. Потоки равномерно распределены и импульсы этих по-. .токов не совпадают по времени друг с другом. Потоки Il>, Пг, П4, П8 поступают на одноименные выходы блока линейных преобразователей. На остальные выходы блока

3 (фиг. 1) поступают дизъюнкции основных потеков П, Пг,. Па, П8, формируемые элементами-четвертой группы элементов ИЛИ

24 (фиг. 3). При этом на соответствующих -3, 5, 6, 7, 9...15 выходах блока линейных преобразователей формируются потоки вода

Пз=Пгч П1 П9=П8ч П1 П13=П8» Па П1

П5=ПачП1 П10=П8 /Пг П14=П8 П4чПг °

П8=ПачПг Пи=П8 Пг П1 П15=П8. ПачПг П1

П7=Па ПгчП1 Па=П8чП4

Эти потоки, будучи дизъюнкциями равно- мерно-распределенных потоков, сами являются равномерно-распределенными, если не учитывать некоторых погрешностей, не прерывающих единицы младшего разряда.

При полном заполнении первого счетчика 3 (фиг. 1) на выходах блока линейных преобразователей 8 (фиг, 1) формируются равномерно-распределенные потоки fl, каждый из которых содержит кол-во импульсов, соответствующее номеру выхода. Триггеры регистра иэображения 2 (фиг, 1), соответствующие ячейкам растра. принадлежащим окружностям определенного радиуса, объе. динены в кольцевые сдвиговые регистры, при этом в кольцевом регистре второй информационный вход мультиплексора группы мультиплексоров 20 (фиг. 2), выход которого подключен ко входу соответствующего триггера группы 19 (фиг. 2), соединен с выходом предыдущего триггера группы. В условиях отсутствия импульсов на входе

"Разрешение" мультиплексоры группы 20 (фиг. 2) связывают свой второй информационный вход со своим выходом, т.е. со входом соответствующего триггера.

Синхровходы всех триггеров каждого кольцевого регистра объединены между собой и подключены к тому выходу блока линейных преобразователей, номер которого равен половине числа разрядов этого кольцевого регистра. Таким образом, при подаче каждого тактирующего импульса содержимое первого счетчика 3 (фиг. 1) меняется, на выходах блока линейных преобразователей 8 (фиг. 1) формируются импульсы, поступающие на синхровходы триггеров группы тригrepoe 19 (фиг. 2), информация в каждом кольцевом сдвиговом регистре регистра изображения перемещается rio кольцу вправо. Так как длины окружностей, кото10 рым соответствуют кольцевые сдвиговые регистры, пропорциональны радиусам этих окружностей, а линейные скорости перемещения информации в регистрах пропорциональны числам импульсов в потоках П! и одновременно длинам окружностей, то угловые скорости перемещенйя компонент

15 изображения во всех кольцевых сдвиговых регистрах одинаковы. Таким образом, пода- . ча тактирующих импульсов вызывает вращение изображения., С выходами всех триггеров группы 19 (фиг. 2) одного столбца регистра изображения (фиг. 2) связаны входы одного элемента второй группы элементов ИЛИ 21 (фиг. 2), так что если в столбце изображения имеется

25 хотя бы один единичный компонент изображения, то на выходе соответствующего элемента группы 21 (фиг. 2) возникает единица.

Поэтому совокупность выходных сигналов второй группы элементов ИЛИ 21 (фиг. 2) представляет собой текущее значение уни30 тарного кода горизонтальной проекции изображенияя. В ыходы второй груп и ы элементов ИЛИ 21 (фиг. 2) связаны со вхо35 дами первого преобразователя кодов 9 (фиг.1), где осуществляется преобразование унитарного кода в двоичный. Таким образом, в каждый момент времени на выходах преобразователя 9 (фиг. 1), и, значит, на входах первой группы входов комбинационного сумматора 11 (фиг. 1) имеется двоичный код горизонтальной проекции Пг иэображения.

Аналогично совокупность выходных

40 бражения, этот код вторым преобразователем кодов 10 (фиг, 1) преобразуется в двоичный код вертикальной проекции ПВ изображения. Поступающее на

50 входы группы инверторов 17 (фиг. 1) число преобразуется в разность flmax-ПВ, где

Пвах=11...11 — которая передается на вторую группу информационных входов комби55 национного сумматора 11 (фиг, 1). Таким образом, на выходе сумматора 11 (фиг, 1) формируется текущее значение функции ф(а)=Пг+П х — ПВ, зависящее от угла поворота а. Положение изображения, при котосигналов третьей группы элементов ИЛИ 22

45 (фиг. 2) представляет текущее значение унитарного кода вертикальной проекции изо1785015 ром функция ф(а) имеет минимальное значение, принимается за нормированное, При подаче тактирующих импульсов изображение поворачивается, при этом значение функции меняется. Для фиксации минимального значения функции ф (a) предусмотрен регистр минимума 5 (фиг. 1), в который в начале работы заносится максимальное число 11...11. Всякий раз, когда очередное значение функции ф(а) меньше

10 предыдущего значения, зафиксированного в регистре 5 (фиг, 1), второй компаратор 7 (фиг. 1) срабатывает и выдает на своем выходе сигнал, открывающий третий элемент

И 16 (фиг. 1) по первому входу. При этом тактирующий импульс, в результате воздействия которого было достигнуто очередное положение изображения, задержанный вторым элементом задержки 13 (фиг. 1) на вре20 мя переключения блоков 8, 18, 2, 9, 10, 17, 11,7, поступит на второй вход третьего элемента И 16 (фиг. 1). Выходной сигнал с выхода И 16 (фиг. 1) поступает на разрешающий вход регистра минимума 5

25 (фиг. 1), обеспечивая прием нового минимального значения функции g(a) в регистр 5 (фиг. 1). Одновременно этот же сигнал поступает на первый вход второго элемента И 15(фиг. 1), открытый по второму

30 входу единичным потенциалом с инверсного выхода старшего разряда второго счетчика 26 (фиг. 4). Импульс с выхода И 15 поступает на разрешающий вход регистра угла поворота 4 (фиг, 1) обеспечивая прием в этот регистр содержимого первого счетчика 3 (фиг. 1), при котором достигнуто очередное минимальное значение функции ф(а).

Таким образом, по мере вращения изображения в регистре минимума 5 (фиг. 1) фик40 сируется очередное минимальное значение функции ф(а)=Пг+П -ПВ, а в регистре угла поворота 4 (фиг. 1) фиксируется содержимое первого счетчика, при котором достигнуто это минимальное значение. Число. сдвигового регистра, образованного в регистре изображения. Число же разрядов этого регистра равно ближайшему большому це50 лому к произведению л R, где R — радиус внешней окружности, равный половине размера растра. Таким образом, размерность К первого счетчика определяется соотношеk-1 k нием 2 < лй а 2 . В частности, в случае растра размеров 2RX2R=22X22 число k6.

При полном заполнении первого счетчика иэображение в регистре изображения 2 (фиг. 2) сделает половину оборота. После переполнения первого счетчика 3 (фиг. 1) разрядов К первого счетчика 3 (фиг. 1) зави- 45 сит от числа разрядов внешнего кольцевого импульс его переполнения будет выдан во второй счетчик 26 (фиг. 4). При двухкратном заполнении первого счетчика 3 (фиг, 1) изображение сделает полный оборот, а второй счетчик 26 (фиг, 4), содержащий два разря да, получит два импульса, так что в его старшем разряде эафиксируется единица.

Начиная с момента, когда изображение сделает полный оборот и в старшем разряде второго счетчика 26 (фиг. 4) зафиксируется единица, второй элемент И 15 (фиг. 1) будет закрыт по второму входу. При этом в регистре угла поворота 4(фиг. 1) будет сохраняться содержимое первого счетчика 3 (фиг, 1), при котором значение функции ф(а) минимально. При дальнейшем поступлении тактовых импульсов в блоки устройства изображение начнет совершать второй оборот, а содержимое первого счетчика вновь начнет изменяться. Когда изображение займет положение, при котором значение функции ф(а) минимально, т.е. когда содержимое первого счетчика 3 (фиг. 1) совпадает с содержимым регистра угла поворота 4 (фиг. 1), сработает первый компаратор

6 (фиг, 1), выдав единицу на первый вход первого элемента И 14 (фиг. 1), открытый по второму входу единичным потенциалом с прямого выхода старшего разряда второго счетчика 26 (фиг. 4). Импульс с выхода первого элемента И 14 (фиг. 1) поступит на первый вход первого элемента ИЛИ 30 (фиг. 4) и далее на R.— вход триггера 27 (фиг. 4).

Триггер 27, перейдя в нулевое состояние, будет поддерживать элемент И 29 (фиг. 4) закрытым по второму входу так что тактирующие импульеы перестанут поступать в блоки устройства, и процессы в нем прекратятся. Импульс с выхода первого элемента И 14 (фиг. 1) поступит также на управляющий выход устройства "Конец", свидетельствуя о достижении изображением нормированного положения. Сигнал на выходе "Конец" может быть использован распознающим устройством, на которое работает рассматриваемое устройство, как сигнал о возможности организации режима обучения или распознавания. При этом нормализованное положение изображения может быть считано с группы выходов устройства, связанйой с группой выходов регистра изображения. По принятому критерию, имеется два нормализованных положения изображения, отличающихся на 180О, При этом невозможно, установить, какое иэ них следует признать за единственное. В связи с этим оба положения должны быть использованы при обучении, При распознавании, окончательное решение может быть

1785015

10 принято при совпадении решений по каж- 21 и 22, соединенных между собой по приндомунормализованномуположению.Таким ципу, изложенному на фиг, 2. Таким обраобразом, устройство должно выдать два зом, устройство обеспечивает поиск и нормализованных положения, Поэтому, по- установку нормализованного положения сле окончания режима обучения или распоз- 5 иэображения объекта, что способствует в навания, по первому положению дальнейшем повышению точности при расизображения, устройство должно принять познавании. импульс "Пуск 2", который инициализирует Формула изобретения достижение второго нормализованного Устройство для коррекции положения изображения. По импульсу "Пуск-2", подан- 10 изображения объекта, содержащее блок упномуна второй вход элемента ИЛИ 31,триг- равления, первый счетчик, регистр иэобрагер 27 перейдет в единичное состояние, при жения, первый элемент задержки, первый этом четвертый элемент И 29 (фиг. 4) откро- выход блока управления соединен с устаноется по второму входу и тактирующие им- ночным входом первого счетчика и с входом пульсы генератора 25 (фиг. 4) вновь начнут 15 разрешения записи регистра изображения, поступать в блоки устройства. При этом изо- второй выход блока управления соединен со бражение будет продолжать поворачивать- счетным входом первого счетчика и входом ся, а в первом счетчике 3 (фиг, 1) первогоэлементазадержкиотличающесодержимое будет изменяться до максиму- е с я тем, что, с целью расширения функцима. Затем счетчик 3 (фиг. 1) переполнится 20 ональных возможностей устройства за счет импульс его переполнения поступит во вто- обеспечения выполнения процедуры коррой счетчик 26 (фиг. 4), так что в нем устано- рекции угла поворота изображения объекта, вится информация 11. Изменение введены регистр угла поворота, регистр миинформации во втором счетчике не отразит- нимума, первый и второй компараторы, пер ся на протекании процессов в устройстве: 25 вый и второй преобразователи кодов, иэображение в растре регистре будет про- комбинационный сумматор, блок линейных должать поворачиваться а содержимое пер- преобразователей, группа элементов ИЛИ, вого счетчика вновь будет наращиваться. группаинверторов,второйэлементзадержПридостижениивторогонормализованного ки, первый, второй и третий элементы И, положения вновь сработает первый компа- 30 первый и второй входы блока управления ратор 6 (фиг. 1) и так же, как и при достиже- являются соответственно первым и вторым нии первого нормализованного положения, управляющими входами yGTpoAGTea, первая поворот иэображения прекратится и будет. группа информационных входов регистра выдан сигнал "Конец". В качестве примера изображения является группой информацина фиг. 2 показан фрагмент регистра изо- 35 онных входов устройства, первая группа инбражения, соответствующий правому верх- формационных выходов регистра нему квадранту растра размерами изображения является группой информаци2ЯХ28=8Х8 элементов изображения. В рас- онных выходов устройства, первые входы тре указанных размеров реализуется четы- первой группы элементов ИЛИ объединены ре лопастные окружности с радиусами 40. междусобой и подключены кустановочным

R=0,5, 1,5, 2,5, 3,5 элемента. Основу растра входам регистра минимума и к первому высоставляюттриггеры группы 19(фиг. 2), объ- ходу блока управления, третий выход блока единенные в четыре сдвиговых кольцевых управления соединен с первым входом перрегистра. Каждому регистру соответствует. вого элемента И, четвертый выход блока упмультиплексор группы мультиплексоров 20 45 равления соединен с первым входом (фиг, 2). Каждому столбцу растра, и, следо- второгоэлемента И, выход первогосчетчика вательно, столбцу триггеров соответствует соединен с третьим входом блока управлеодин элемент ИЛИ группы элементов ИЛИ ния, выход первого элемента И соединен с

21(фиг. 2). Каждой строке растра и, следова- четвертым входом блока управления и являтельнострокетриггеровсоответствуетодин 50 ется. управляющим выходом устройства, элемент ИЛИ группы элементов, ИЛИ 22 . группа информационных выходов первого (фиг. 2). Триггеры группы 19 соответствуют счетчика соединена с группой информациячейкам растра, при этом триггеры, соответ- онных входов блока линейных преобраэоваствующие ячейкам растра, принадлежащим телей, с группой информационных входов окружностямодного радиуса, объединены в 55 регистра угла поворота и с первой группой кольцевые сдвиговые регистры. При техни- информационных входов первсго компараческой реализации растра размером ПХП тора, вторая группа информационных вхоэлементов осуществляется наращивание дов которого подключена к группе количества триггеров группы 19, мульти- информационных выходов регистра угла поплексоров группы 20, элементов ИЛИ групп ворота, а выход-соединен с вторым входом

1Т85015

18

19

18 первого элемента И, выход третьего элемента И соединен со входом "разрешение" регистра минимума и со вторым входом второго элемента И, выход которого соединен с входом "разрешение" регистра угла поворота, выход первого элемента задержки подключен ко входу второго элемента задержки и ко входу блока линейных преобразователей, группа информационных выходов которого соединена с вторыми входами первой группы элементов ИЛИ, выходы которой соединены с второй группой информационных входов регистра изображения; вторая группа информационных выходов которого соединена с группой входов первого преобразователя кодов, группа выходов которого соединена с первой группой

g входов комбинационного сумматора, третья группа информационных выходов регистра изображения соединена с группой входов второго преобразователя кодов, группа вы5 ходов которого соединена с входами группы инверторов, выходы которых соединены с второй группой входов комбинационного сумматора, группа выходов которого соединена с группой информационных входов ре10 гистра минимума и с первой группой информационных входов второго компаратора; вторая группа информационных входов которого подключена к группе выходов регистра минимума, а выход — соединен с

15 первым входам третьего элемента И, второй вход которого подключен к выходу второго элемента задержки, 1785015