Способ распознавания изображений

 

Изобретение относится к вычислительной технике. Его использование в системах оптической обработки информации позволяет повысить точность способа. Эта цель достигается благодаря тому, что распознавание текущего изображения осуществляется путем сравнения с порогом величин взаимно-корреляционных максимумов в поле функции взаимной корреляции между автокорреляционной функцией (АКФ) эталонного преображения и совокупностью АКФ фрагментов текущего изображения. 2 ил.

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в системах оптической обработки информации, например, для распознавания образов в лазерной локации. Цель изобретения повышение точности способа. На фиг.1 приведена блок-схема устройства, реализующего данный способ; на фиг.2 появляется принцип действия блока регистрации координат границы. Устройство для реализации способа содержит блок 1 формирования эталонного изображения, блок 2 формирования текущего изображения, блок 3 формирования полей корреляционных функций, блок 4 регистрации этих полей, блок 5 определения максимумов полей корреляционных функций, блок 6 регистрации координат границы L, блок 7 выбора фрагментов текущего изображения, блок 8 преобразования координат и управления. На фиг. 2 обозначено: 9 эталонное изображение, спроецированное на вход блока 6; 10 видеосигнал шума, характеризуемый средним напряжением L_шср шумов; 11 видеосигнал эталонного изображения; 12 видеосигнал после пороговой обработки. Способ включает следующие операции: формирование совокупности сигналов автокорреляционной функции (АКФ) светового поля эталонного изображения; формирование совокупности сигналов взаимной корреляции световых полей эталонного и текущего изображений; выделение первого сигнала максимальной интенсивности путем сравнения между собой интенсивностей сигналов в совокупности сигналов АКФ светового поля эталонного изображения; формирование первого и второго эталонных сигналов интенсивности; формирование первой дополнительной совокупности сигналов путем уменьшения интенсивности каждого из сигналов в совокупности сигналов взаимной корреляции световых полей эталонного и текущего изображений на величину, обратно пропорциональную интенсивности первого сигнала максимальной интенсивности; формирование совокупности сигналов локальных максимумов путем сравнения интенсивностей сигналов первой дополнительной совокупности с первым эталонным сигналом интенсивности для каждого из сигналов светового поля текущего изображения, совпадающего по фазе с соответствующим сигналом локального максимума совокупности; формирование сигнала АКФ светового поля фрагмента текущего изображения; выделение второго сигнала максимальной интенсивности путем сравнения между собой интенсивностей сигналов АКФ световых полей фрагментов текущего изображения; формирование второй дополнительной совокупности сигналов путем уменьшения интенсивности каждого из сигналов локального максимума совокупности на величину, обратно пропорциональную интенсивности второго сигнала максимальной интенсивности;
формирование совокупности сигналов распознавания путем сравнения интенсивностей сигналов второй дополнительной совокупности с вторым эталонным сигналом интенсивности, означающую наличие эталонного изображения в составе текущего изображения. Способ реализуется устройством следующим образом. Эталонное и текущее изображения формируют в блоке 1 и блоке 2 соответственно. Эти блоки представляют собой например, пространственно-временные модуляторы света (ПВМС). Сформированное в блоке 1 эталонное изображение проецируют на вход блока 3, представляющего собой, например, когерентный оптический коррелятор. В блоке 3 формируют поле АКФ, записывая согласованный фильтр на эталонное изображение:
K_ss(x, y) ∫∫ S^*(xʹ,yʹ)·S(xʹ-x,yʹ-y)dxʹdyʹ, где S(x,y) эталонное изображение;
* знак комплексного сопряжения. Полученное поле АКФ регистрируют в блоке 4, реализованном, например, на базе передающей телевизионной камеры. Зарегистрированное поле АКФ анализируют в блоке 5, реализованном, например, на базе порогового устройства, имеющего порог Р₁ срабатывания, аналого-цифрового преобразователя (АЦП) и логических элементов. Порог Р₁устанавливается так, чтобы отсечь шумовые составляющие АКФ. В блоке 5 определяют величину максимума α поля АКФ эталонного изображения. По свойству АКФ
α maxK_ss(x,y) K_ss(0,0) ∫∫ S(x,y)dxdy. Определенное в блоке 5 значение α выдают на блок 8, реализованный, например, на базе микропроцессора, где запоминают значение α. Одновременно с величиной α в блоке 5 определяют координаты x_α, y_αмаксимума поля АКФ эталонного изображения в системе координат в блоке 5. В блоке 6, реализованном, например, на базе передающей телевизионной камеры, порогового устройства, АЦП и логических элементов, определяют область, занимаемую эталонным изображениям, и определяют координаты х^(L), y^(L) ее границы L. Принцип действия блока 6 поясняется фиг.2. Эталонное изображение 9 преобразуют в видеосигнал 11 в передающей телевизионной камере. Из-за наличия внешних и внутренних шумов существует ненулевой видеосигнал 10 шума, который отсекают в пороговом устройстве, устанавливая U_пор=К U_шср, где К>1 коэффициент запаса. Преобразование видеосигнала 12 после пороговой обработки в значения координат х₁^(L), y₁^(L) границы L области, занимаемой эталонным изображением, осуществляют, например, запоминая значения t₁ и t₂ для каждой ненулевой области видеосигнала 12 (см. фиг.2в). Определенные в блоке 5 координаты х₁^(L) и y₁^(L) подают в блок 8, где определяют и регистрируют значения х^(L), y^(L) границы L области, занимаемой эталонным изображением, взятые относительно координат x_α,y_αмаксимума поля АКФ:
x^(L)=x₁^(L)- x_α
y^(L)=y₁^(L)- y_α. Найденные значения запоминают в запоминающем устройстве микропроцессора блока 8. Далее формируют поле взаимно корреляционных функций (ВКФ) текущего и эталонного изображений. Для этого текущее изображение проецируют на вход блока 3. Так как ранее в блоке 3 уже был записан согласованный фильтр на эталонное изображение S(x,y), то на выходе блока 3 формируют поле ВКФ, описываемое выражением вида
K_sn(x,y) ∫∫ S^*(xʹ,yʹ)·n(xʹ-x, yʹ-y)dxʹdyʹ, где n(x,y) текущее изображение. В блоке 4 регистрируют поле ВКФ K_sn(x,y) и анализируют зарегистрированное поле ВКФ в блоке 5, где определяют величину β₁ и координаты х₁, у₁ максимумов поля ВКФ, превышающих порог Р₁срабатывания, выбираемый так, чтобы отсечь шумовые составляющие. Поскольку каждому максимуму поля ВКФ соответствует образ g_iтекущего изображения, для поля максимумов поля K_sn(x,y) можно записать:
V(x, y) K_sgi(x_i, y_i)δ(x-x_i, y-y_i), где K_sgi(x_i,y_i)= β_i величина i-го максимума поля ВКФ;
N количество максимумов поля ВКФ. Полученные значения β_i, x_i, y_i подают в блок 8, где их запоминают. Значения координат x_i^(U) y_i^(U) точек текущего изображения. Данная операция возможна потому, что существует взаимно однозначное соответствие между координатами входа и выхода блока 3 (текущим изображением и полем ВКФ). В блоке 8 формируют управляющие сигналы для формирования в текущем изображении фрагментов G_i, ограниченных координатами x^(L), y^(L) границы L, взятыми относительно координат x_i^(U), y_i^(U). Для формирования фрагментов G_i определяют координаты границы L_i фрагмента G_i путем суммирования взятых из запоминающего устройства блока 8 значений координат x^(L), y^(L) c координатами x_i^(U), y_i^(U), т.е. x_i^(L)=x^(L)+x_i^(U)
y^(L)= y^(L)+y_i^(U) и формируют фрагмент G_i как область текущего изображения, ограниченную границей L_i. Управляющие сигналы поступают на блок 7, который реализуется на базе электрически управляемой диафрагмы, представляющей собой, например, магнитооптический ПВМС или ПВМС на основе жидких кристаллов. При этом формируемые фрагменты G_i соответствуют областям прозрачности электрически управляемой диафрагмы. Формируя совокупность фрагментов G_i, i=, выбирают из текущего изображения совокупность образов g_i(x,y), каждому из которых соответствует максимум β_i поля ВКФ текущего и эталонного изображений. Т.к. каждый из образов g_i(x, y) соответствует фрагменту G_i, по форме совпадающему с эталонным изображением, то и каждый из образов g_i(x,y) cовпадает по форме с эталонным изображением. Кроме того, т.к. границы фрагментов G_i определяются относительно координат энергетического центра (совпадающего с максимумом АКФ), то каждый образ g_i центрирован относительно соответствующего максимума поля ВКФ. Проецируя совокупность изображений образов g_i(x, y) на вход блока 3, формируют дополнительное поле ВКФ эталонного изображения и совокупности фрагментов текущего изображения
K_sg(x,y) ∫∫ S^*(xʹ,yʹ)g_i(xʹ-x, yʹ-y)dxʹdyʹ. В блоке 4 регистрируют дополнительное поле K_sn(x,y) ВКФ и анализируют его в блоке 5, в котором определяют величину B_i и координаты х_i', y_i' максимумов дополнительного поля BКФ, превышающих порог Р₁. Последний выбирается так, чтобы отсечь шумовые составляющие дополнительного поля ВКФ. Таким образом, для каждого из фрагментов G_i и соответствующего ему образа g_i(x,y) имеем зарегистрированную ВКФ
K_sgi(x, y) ∫∫ S^*(xʹ,yʹ)g_i(xʹ-x, yʹ-y)dxʹdyʹ, для которой определяют максимум
B_i= max ∫∫ S^*(xʹ,yʹ)g_i(xʹ-x, yʹ-y)dxʹdyʹ. Найденные значения B_i подают в блок 8, где их запоминают. Для формирования каждого i-го фрагмента G_i из N фрагментов текущего изображения выбирают из текущего изображения образ g_i, определяемый как область текущего изображения в пределах фрагмента G_i, который проецируют на вход блока 3. На образ g_i(x,y) записывают согласованный фильтр и формируют поле АКФ:
K_gigi(x,y) ∫∫ g^*(xʹ,yʹ)g_i(xʹ-x, yʹ-y)dxʹdyʹ. Это поле регистрируют в блоке 4 и определяют в блоке 5 величину A_iмаксимума поля АКФ
A_i= maxK_gigi(x,y) K_gigi(0,0) ∫∫ g_i(x,y)²dxdy. Найденное значение A_i подают на блок 8, где его запоминают. Таким образом, в блоке 8 имеются запомненные наборы величин А_i, B_i, α, , причем
A_i= max ∫∫ g^*_i(xyʹ)g_i(xʹ-x, yʹ-y)dxʹdyʹ= ∫∫ g_i(x,y)dxdy,
β_i= max ∫∫ S^*(xʹ,gʹ)g_i(xʹ-x, yʹ-y)dxʹdyʹ,
α max ∫∫ S^*(xʹ,yʹ)S(xʹ-x, yʹ-y)dxʹdyʹ= ∫∫ S(x,y)dxdy. Раскрывая эти выражения, имеем:

Очевидно, что величины α, A_i и B_i связаны между собой неравенством Шварца, т. е. для любых изображений S(x,y), n(x,y), g_i(x,y) должно выполняться неравенство вида α A_i ≥ B_i² которое обращается в равенство только при условии g_i(x,y)=S(x,y). Однако из-за наличия шумов и конечного разрешения применяемых для формирования изображений образцов и регистрации полей АКФ и ВКФ приборов и устройств, при условии S(x,y)=g_i(x,y) максимум ВКФ будет меньше, чем следует из этого неравенства, т.е. α A_i>В_i². Поэтому целесообразно ввести меру δ несовпадения образцов, выражающуюся, например, в нескольких процентах от величины α A_i/B_i². Таким образом, в блоке 8 для каждого i-го фрагмента G_i текущего изображения определяют величину B_i²/α A_i и сравнивают ее с величиной 1- δ. При выполнении неравенства B_i²>(1- δ) α A_i делают вывод о соответствии i-го фрагмента G_i текущего изображения эталонному изображению. Поскольку в данном способе формируется поле ВКФ всего текущего изображения и эталонного изображения, а затем анализируются только те образы, для которых величины максимумов поля ВКФ имеют существенный уровень, удается резко сократить количество анализируемых образов.

Формула изобретения

СПОСОБ РАСПОЗНАВАНИЯ ИЗОБРАЖЕНИЙ, заключающийся в формировании совокупности сигналов автокорреляционной функции светового поля эталонного изображения, формировании совокупности сигналов взаимной корреляции световых полей эталонного и текущего изображений, выделении первого сигнала максимальной интенсивности путем сравнения между собой интенсивностей сигналов в совокупности сигналов автокорреляционной функции светового поля эталонного изображения и формировании первого и второго эталонных сигналов интенсивности, отличающийся тем, что, с целью повышения точности способа, формируют первую дополнительную совокупность сигналов путем уменьшения интенсивности каждого из сигналов в совокупности сигналов взаимной корреляции световых полей эталонного и текущего изображений на величину, обратно пропорциональную интенсивности первого сигнала максимальной интенсивности, формируют совокупность сигналов локальных максимумов путем сравнения интенсивностей сигналов первой дополнительной совокупности с первым эталонным сигналом интенсивности для каждого из сигналов светового поля текущего изображения, совпадающего по фазе с соответствующим сигналом локального максимума совокупности, формируют сигнал автокорреляционной функции светового поля фрагмента текущего изображения, выделяют второй сигнал максимальной интенсивности путем сравнения между собой интенсивностей сигналов автокорреляционной функции световых полей фрагментов текущего изображения, формируют вторую дополнительную совокупность сигналов путем уменьшения интенсивности каждого из сигналов локального максимума совокупности на величину, обратно пропорциональную интенсивности второго сигнала максимальной интенсивности, и формируют совокупность сигналов распознавания путем сравнения интенсивностей сигналов второй дополнительной совокупности с вторым эталонным сигналом интенсивности, означающую наличие эталонного изображения в составе текущего изображения.

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        

---