Способ опознавания изображения эталонного объекта

 

Изобретение относится к вычислительной технике. Его использование в системах распознавания эталонных изображений позволяет повысить точность способа. Эта цель достигается благодаря тому, что опознование эталонного изображения осуществляется путем сравнения с порогом величин взаимно корреляционных пиков в поле функции взаимной корреляции между изображением эталонного объекта и совокупностью фрагментов анализируемого изображения вблизи локальных максимумов в поле функции взаимной корреляции между изображением эталонного объекта и анализируемым изображением. Такое сравнение дает результат, не зависящий от интенсивности анализируемого изображения. 2 ил.

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в системах распознавания эталонных изображений. Цель изобретения повышение точности способа. На фиг.1 приведена блок-схема устройства, осуществляющего данный способ; на фиг.2 процесс обработки изображений. Устройство для осуществления способа содержит источник 1 когерентного излучения, блок 2 формирования изображения эталонного объекта, блок 3 формирования когерентного анализируемого изображения, блок 4 формирования анализируемого изображения, блок 5 формирования взаимно корреляционных функций (ВКФ), блок 6 регистрации поля ВКФ, первый и второй регистраторы 7 и 8 светового потока, блок 9 выделения фрагментов анализируемого изображения, блок 10 пороговой обработки, блок 11 управления и обработки. На фиг. 1 двойными линиями обозначены когерентные оптические связи, а одинарными электрические связи; на фиг.2 обозначено: 12 изображение эталонного объекта в анализируемом изображении; 13 изображения фоновых образцов в анализируемом изображении; 14 локальные максимумы поля ВКФ; 15 границы фрагментов анализируемого изображения; 16 опорная точка j-го фрагмента анализируемого изображения; 17 максимум автокорреляционной функции изображения эталонного объекта. Способ включает следующие операции: формирование первого когерентного оптического сигнала, соответствующего изображению эталонного объекта; формирование первой совокупности когерентных оптических сигналов, соответствующих анализируемому изображению; осуществление оптической корреляции между первым когерентным оптическим сигналом и первой совокупностью когерентных оптических сигналов; формирование сигнала первого светового поля, пропорционального ВКФ анализируемого изображения и изображения эталонного объекта; выделение локальных максимумов сигнала первого светового поля путем сравнения с первым пороговым уровнем; формирование сигналов положения локальных максимумов, пропорциональных координатам локальных максимумов; преобразование сигналов положения локальных максимумов в опорные сигналы, пропорциональные координатам опорных точек анализируемого изображения, однозначно связанных с координатами локальных максимумов; формирование второй совокупности когерентных оптических сигналов путем разделения первой совокупности когерентных оптических сигналов на отдельные фрагменты, каждый из которых представляет собой фрагмент первой совокупности когерентных оптических сигналов, совпадающий по форме, размерам и ориентации с изображением эталонного объекта, а положение его центра определяется опорными сигналами; формирование третьей совокупности когерентных оптических сигналов путем модуляции светового потока в пределах каждого из отдельных фрагментов в отношении Φ_э / Φ_j где Φ_j световой поток сигнала отдельного фрагмента; Φ_э световой поток первого когерентного оптического сигнала;
осуществление дополнительной оптической корреляции между первым когерентным оптическим сигналом и третьей совокупностью когерентных оптических сигналов;
формирование сигнала второго светового поля, пропорционального ВКФ изображения эталонного объекта и совокупности фрагментов анализируемого изображения;
выделение локальных максимумов второго светового поля путем сравнения с вторым пороговым уровнем. При этом операцию формирования первой совокупности когерентных оптических сигналов осуществляют непрерывно до окончания операции формирования сигнала второго светового поля. Способ реализуется устройством следующим образом. Когерентное излучение источника 1, представляющего собой лазер с системой расширения лазерного излучения, поступает на блоки 2 и 3, представляющие собой, например, пространственно-временные модуляторы света (ПВМС), в которых происходит преобразование некогерентных изображений в когерентные. Вид когерентного анализируемого изображения показан на фиг.2а. Полученные когерентные изображения эталонного объекта и анализируемое поступают в блок 5, представляющий собой, например, когерентный оптический коррелятор. На этом этапе работы устройства блок 4 отключен. Фоpмиpуемое в блоке 5 световое поле ВКФ регистрируют в блоке 6, который представляет собой, например, многоэлементный фотоприемник на базе матрицы ПЗС-структур. Регистрируемое первое световое поле ВКФ описывается следующим выражением
R(x,y) R_sf(x,y) R_ss(x,y)+R_snj(x,y) (1)
где R_ss(x,y) ∫∫ f(ζ,η)·S^*(ζ-x,η-y)dζdη
f(x,y) S(x,y)+n_j(x,y) анализируемое изображение;
S(x,y) изображение эталонного объекта;
n(x, y)n_j(x,y) фоновое изображение, представляющее собой сумму пространственно разнесенных фоновых образов;
R_ss(x,y) автокорреляционная функция изображения эталонного объекта;
R_snj(x, y) ∫∫ n_j(ζ,η)·S^*(ζ-x,η-y)dζdη ВКФ изображений эталонного объекта и j-го фонового образа анализируемого изображения;
* операция комплексного сопряжения. Вид зарегистрированного первого поля ВКФ представлен на фиг.2б. По сигналу с блока 11 устанавливают величину С₁ порога, выбранную таким образом, чтобы отсечь только шумовую составляющую поля ВКФ. В блоке 11 определяют координаты локальных максимумов первого поля ВКФ. Существует взаимное однозначное соответствие между точками поля ВКФ, имеющими координаты найденных локальных максимумов ВКФ, и точками анализируемого изображения (назовем их опорными точками), имеющими соответствующие найденным локальным максимумам координаты. Используя априорную информацию о форме, размерах и ориентации изображения эталонного объекта, в блоке 11 формируют управляющие сигналы для блока 8, представляющего собой, например, электрически управляемую диафрагму на базе просветного варианта ПВМС типа "TITUS". По управляющим сигналам блока 11 в блоке 9 последовательно выделяют j-й фрагмент S_j когерентного анализируемого изображения, центрированный относительно j-ой опорной точки и совпадающий по форме, размерам и ориентации с когерентным изображением эталонного объекта. Световой поток Φ_j когерентного анализируемого изображения в пределах выделяемого фрагмента регистрируют в блоке 8, представляющем собой интегральный фотоприемник. Вид когерентного анализируемого изображения с наложенными на него границами 15 формируемых фрагментов и опорными точками 16 показан на фиг.2в. С выхода блока 8 сигналы, соответствующие величине зарегистрированного светового потока Φ_j, поступают на блок 11. После формирования когерентного изображения эталонного объекта регистрируют световой поток Φ_э соответствующий когерентному изображению эталонного объекта, блоком 7, а сигнал с его выхода, соответствующий величине Φ_э подают на блок 11. В блоке 11 вырабатывают сигнал нормирования j-го фрагмента S_j анализируемого изображения N_j= Φ_э / Φ_j и преобразуют когерентное анализируемое изображение путем модуляции интенсивности светового потока в пределах каждого из фрагментов S_j в отношении N_j к первоначальной его интенсивности. Блок 4 может быть выполнен также на базе электрически управляемой диафрагмы, например, просветного варианта ПВМС типа "TITUS". При этом формируют области прозрачности, соответствующие фрагментам S_j, а пропускание τ_j в пределах каждого из фрагментов S_j равно N_j, т.е. τ_j(x,y)
При этом когерентное анализируемое изображение f(x,y) преобразуется в изображение ϕ (х,у) по закону
ϕ(x,y) S(x,y)+U_jn_j(x,y)·T_j(x,y) (2) где
T_j(x,y)
U_j=
x_jⁿ, y_j^m координаты j-ой опорной точки когерентного анализируемого изображения. На фиг. 2г представлен вид преобразованного анализируемого когерентного изображения. Это изображение подают на блок 5, где осуществляют дополнительную оптическую корреляцию между преобразованным когерентным анализируемым изображением и когерентным изображением эталонного объекта. В блоке 6 регистрируют второе световое поле ВКФ, которое по аналогии с выражением (1) с учетом (2) может быть записано в виде
R₂(x,y) R_ss(x,y)+U_j × ∫∫ n_j(ζ,η)×T_j(ζ,η)·S^*(ζ-x, η-y)dζdη
Или, предполагая Т_j≡1, имеем
R₂(x, y) R_ss(x,y)+U_j·R_snj(x,y) (3) Т.к. фрагменты S_j не пересекаются, то все максимумы функции R₂(x,y) будут пространственно разнесены. Поэтому для однозначного опознавания изображения достаточно выполнение неравенства вида R_ss(x,y)>R_snj(x,y) U_j, которое в выражении (3) выполняется автоматически из-за нормирующего множителя U_j. Таким образом, максимум второго светового поля ВКФ однозначно связан с изображением эталонного объекта в анализируемом изображении. По сигналу с блока 11 в блоке 10 устанавливают порог С₂, величина которого близка к величине сигнала автокорреляции изображения эталонного объекта maxR_ss(x,y). При этом с выхода блока 10 на блок 11 поступают лишь те значения зарегистрированного поля ВКФ, которые превышают установленный порог С₂. Вид второго зарегистрированного светового поля ВКФ после прохождения блока 10 с величиной порога С₂ приведен на фиг.2д. Это соответствует наличию в анализируемом изображении изображения S(x,y) эталонного объекта. В блоке 11 при этом формируют сигналы наличия опознаваемого изображения эталонного объекта в анализируемом изображении. Данный способ имеет более высокую точность по сравнению с известным, т. к. величина взаимно корреляционных пиков во втором зарегистрированном поле ВКФ не зависит от интенсивности анализируемого изображения и, следовательно, опознавание изображения эталонного объекта будет однозначным.

Формула изобретения

СПОСОБ ОПОЗНАВАНИЯ ИЗОБРАЖЕНИЯ ЭТАЛОННОГО ОБЪЕКТА заключающийся в формировании первого когерентного оптического сигнала, соответствующего изображению эталонного объекта и первой совокупности когерентных оптических сигналов, соответствующих анализируемому изображению, осуществлении оптической корреляции между первым когерентным оптическим сигналом и первой совокупностью когерентных оптических сигналов, формировании сигнала первого светового поля, пропорционального взаимно корреляционной функции анализируемого изображения и изображения эталонного объекта, выделении локальных максимумов сигнала первого светового поля путем сравнения с первым пороговым уровнем, отличающийся тем, что, с целью повышения точности способа, после выделения локальных максимумов сигнала первого светового поля формируют сигналы положения локальных максимумов, пропорциональные координатам локальных максимумов, преобразуют их в опорные сигналы, пропорциональные координатам опорных точек анализируемого изображения, однозначно связанных с координатами локальных максимумов, формируют вторую совокупность когерентных оптических сигналов путем разделения первой совокупности когерентных оптических сигналов на отдельные фрагменты, каждый из которых представляет собой фрагмент первой совокупности когерентных оптических сигналов, совпадающий по форме, размерам и ориентации с изображением эталонного объекта, а положение центра его определяется опорными сигналами, формируют третью совокупность когерентных оптических сигналов путем модуляции светового потока в пределах каждого из отдельных фрагментов в отношении
Φ_э/Φ_j,
где Φ_j - световой поток сигнала отдельного фрагмента;
Φ_э - световой поток первого когерентного оптического сигнала,
осуществляют дополнительную оптическую корреляцию между первым когерентным оптическим сигналом и третьей совокупностью когерентных оптических сигналов, формируют сигнал второго светового поля, пропорциональный взаимно корреляционной функции изображения эталонного объекта и совокупности фрагментов анализируемого изображения, и выделяют локальные максимумы второго светового поля путем сравнения с вторым пороговым уровнем, при этом формирование первой совокупности когерентных оптических сигналов осуществляют непрерывно до окончания формирования сигнала второго светового поля.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2

MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Номер и год публикации бюллетеня: 29-2000

Извещение опубликовано: 20.10.2000        

---