Устройство для распознавания объектов

Изобретение относится к области специализированных устройств вычислительной техники и может быть использовано для распознавания объектов, когда эталонные и наблюдаемые двумерные изображения заданы в виде нечетких множеств. Техническим результатом является расширение функциональных возможностей устройства за счет обеспечения распознавания требуемого объекта в группе объектов или при пространственном положении наблюдаемого объекта. Указанный результат достигается за счет того, что устройство содержит блок формирования координат, блок формирования функций принадлежности эталонного изображения объекта, блок формирования модулей разностей функции принадлежности, три блока формирования минимума, блок вычитания, два последовательных сумматора, два регистра, блок формирования показателя степени достоверности, блок формирования функций принадлежности наблюдаемого изображения объекта, блок памяти, блок выделения признака объекта, входы которого соединены с выходами блока памяти, регистр признака объекта и дешифратор. 3 ил.

 

Изобретение относится к области специализированных устройств вычислительной техники и может быть использовано для распознавания объектов в случае, когда их эталонные и наблюдаемые двумерные изображения заданы в виде нечетких множеств.

Известны способы и устройства преобразования нечетко заданных параметров [1, 2, 3].

Их недостатком является относительно узкие функциональные возможности.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство для сравнения двух нечетких величин, содержащее блок формирования координат, первый и второй регистры, блок формирования показателя степени достоверности, первый и второй входы которого соединены с выходами, соответственно, первого и второго регистров, первый и второй блоки формирования минимума, блок формирования функции принадлежности эталонного изображения объекта, блок формирования функции принадлежности наблюдаемого изображения объекта, блок вычитания, блок формирования модулей разности функций принадлежности, первая и вторая группы входов которого соединены с выходами, соответственно, блока формирования функций принадлежности эталонного изображения и блока формирования наблюдаемого изображения объекта, а группа выходов - с группой входов первого блока формирования минимума, первый последовательный сумматор, вход которого соединен с выходом второго блока формирования минимума, а выход - с информационным входом первого регистра, а также последовательно соединенные третий блок формирования минимума и второй последовательный сумматор, выход которого соединен с информационным входом второго регистра, при этом, группа выходов блока формирования координат соединена с группами входов блока формирования функций принадлежности эталонного изображения объекта и блока формирования функций принадлежности наблюдаемого изображения объекта, на выходе блока вычитания формируются сигналы разности путем вычитания из единицы минимальных значений модулей разностей, формируемых первым блоком формирования минимума, третий блок формирования минимума формирует сигналы по сигналам разности, формируемым на выходе блока вычитания, второй блок формирования минимума формирует на выходе сигнал по сигналам с выхода первого блока формирования минимума [4].

Недостатком наиболее близкого технического решения является относительно узкие функциональные возможности, обусловленные тем, что оно не позволяет произвести сравнение эталонного объекта с группой наблюдаемых или с одним наблюдаемым объектом, но имеющим априорную неопределенность в своем местоположении.

Требуемый технический результат заключается в расширении функциональных возможностей за счет обеспечения распознавания требуемого объекта в группе объектов или при неопределенном пространственном положении наблюдаемого объекта.

Требуемый технический результат достигается тем, что в устройство, содержащее блок формирования координат, первый и второй регистры, блок формирования показателя степени достоверности, первый и второй входы которого соединены с выходами, соответственно, первого и второго регистров, первый и второй блоки формирования минимума, блок формирования функции принадлежности эталонного изображения объекта, блок формирования функции принадлежности наблюдаемого изображения объекта, блок вычитания, блок формирования модулей разности функций принадлежности, первая и вторая группы входов которого соединены с выходами, соответственно, блока формирования функций принадлежности эталонного изображения и блока формирования наблюдаемого изображения объекта, а группа выходов - с группой входов первого блока формирования минимума, первый последовательный сумматор, вход которого соединен с выходом второго блока формирования минимума, а выход - с информационным входом первого регистра, а также последовательно соединенные третий блок формирования минимума и второй последовательный сумматор, выход которого соединен с информационным входом второго регистра, при этом, группа выходов блока формирования координат соединена с группами входов блока формирования функций принадлежности эталонного изображения объекта и блока формирования функций принадлежности наблюдаемого изображения объекта, на выходе блока вычитания формируются сигналы разности путем вычитания из единицы минимальных значений модулей разностей, формируемых первым блоком формирования минимума, третий блок формирования минимума формирует сигналы по сигналам разности, формируемым на выходе блока вычитания, второй блок формирования минимума формирует на выходе сигнал по сигналам с выхода первого блока формирования минимума, введены блок памяти, первый вход которого соединен с выходом блока формирования показателя степени достоверности, блок выделения признака объекта, входы которого соединены с выходами блока памяти, регистр признака объекта, первый вход которого соединен с выходом блока выделения признака объекта, и дешифратор, вход которого соединен с входом признака объекта блока формирования функции принадлежности наблюдаемого изображения объекта и со вторым входом блока памяти, а также с выходом признака объекта блока формирования координат, а группа выходов и выход соединены, соответственно, с третьим входом блока памяти и с управляющим входом регистра признака объекта.

На фиг.1 представлена электрическая структурная схема устройства для распознавания объектов, на фиг.2 - блока формирования координат, на фиг.3 - блока памяти и блока выделения признака объекта для частного случая сравнения эталонного изображения с изображениями двух объектов.

Устройство для распознавания объектов (фиг.1) содержит блок 1 формирования координат, блок 2 формирования функций принадлежности эталонного изображения объекта, блок 3 формирования модулей разностей функции принадлежности, первый блок 4 формирования минимума, блок 5 вычитания, второй блок 6 формирования минимума, первый последовательный сумматор 7, первый регистр 8, блок 9 формирования показателя степени достоверности, блок 10 формирования функций принадлежности наблюдаемого изображения объекта, третий блок 11 формирования минимума, второй последовательный сумматор 12, второй регистр 13, блок 14 памяти, первый вход которого соединен с выходом блока 9 формирования показателя степени достоверности, блок 15 выделения признака объекта, входы которого соединены с выходами блока 14 памяти, регистр 16 признака объекта, первый вход которого соединен с выходом блока 15 выделения признака объекта, и дешифратор 17, вход которого соединен с входом признака объекта блока 10 формирования функции принадлежности наблюдаемого изображения объекта и со вторым входом блока 14 памяти, а также с выходом признака объекта блока 1 формирования координат, а группа выходов и выход соединены, соответственно, с третьим входом блока 14 памяти и с управляющим входом регистра 16 признака объекта.

Кроме того, выходы блока 1 формирования координат подключены к входам блока 2 формирования функций принадлежности эталонного изображения объекта и блока 10 формирования функций принадлежности наблюдаемого изображения объекта, выходы которых подключены к соответствующим входам блока 3 формирования модулей разностей функции принадлежности, выходы которого соединены с входами первого блока 4 формирования минимума, выход которого через последовательно соединенные блок 5 вычитания, третий блок 11 формирования минимума, второй последовательный сумматор 12, второй регистр13 подключен к первому входу блока 9 формирования показателя степени достоверности, а через последовательно соединенные второй блок 6 формирования минимума, первый последовательный сумматор 7, первый регистр 8 - ко второму входу блока 9 формирования показателя степени достоверности. При этом, на выходе блока 5 вычитания формируется разность путем вычитания из единицы минимального значения, формируемого первым блоком 4 формирования минимума.

Блок 1 формирования координат (фиг.2) содержит последовательно соединенные генератор 18 тактовых импульсов (ГТИ), первый делитель 19 частоты импульсов, первый счетчик 20 и первый блок 21 задержки, последовательно соединенные второй счетчик 22, вход которого соединен с выходом ГТИ 14, и второй блок 23 задержки, а также последовательно соединенные второй делитель 24 частоты импульсов, вход которого соединен с выходом ГТИ 18, и третий счетчик 25, выход которого является выходом признака объекта блока 1 формирования координат.

Блок 14 памяти для частного случая сравнения эталонного изображения с изображениями двух объектов (фиг.3) содержит парный регистр 26 с первым 26-1 и вторым 26-2 регистрами и парный регистр 27 с первым 27-1 и вторым 27-2 регистрами. Выходы вторых регистров 26-2 и 27-2 образуют, соответственно, первый и второй выходы блока памяти 14, а выходы первых регистров 26-1 и 27-1 - третий и четвертый выходы блока памяти 14. Информационные входы вторых регистров 26-2 и 27-2 соединены с выходом блока 9, информационные входы первых регистров 26-1 и 27-1 соединены с выходом сигнала признака объекта блока 1, а управляющие входы парных регистров 26 и 27 соединены с соответствующими выходами дешифратора 17, при этом управляющие входы каждого из парных регистров 26 и 27 являются управляющими входами соответствующих им первого 26-1 (27-1) и второго 26-2 (27-2) регистров.

Блок 15 выделения признака объекта для частного случая сравнения эталонного изображения с изображениями двух объектов (фиг.3) содержит блок 28 сравнения, первый и второй входы которого соединены, соответственно, с первым и вторым выходами блока 14 памяти, первый 29-1 и второй 29-2 ключи, информационные входы которых соединены, соответственно, с третьим и четвертым выходами блока памяти, а управляющие входы соединены, соответственно, с выходом “больше” и с выходом “меньше” блока 28 сравнения, а также блок элементов ИЛИ 30, входы которого соединены с выходами первого 29-1 и второго 29-2 ключей, а выход - выход является выходом блока 15 выделения признака объекта.

Блоки 2, 3, 4, 5, 6, 9, 11 в частном случае могут быть выполнены в виде ПЗУ, блоки 7 и 12 - в виде цифровых интеграторов с цифровым делителем на выходе.

Работает устройство для распознавания объектов следующим образом.

ГТИ 18 формирует последовательность импульсов, которая поступает на вход второго счетчика 22. В результате на выходе второго счетчика 22 формируется текущая координата х двумерного изображения объекта, а на выходе второго блока 23 - текущая координата со сдвигом х-Δх. После деления частоты следования импульсов ГТИ 18 в первом делителе 19 на выходе первого счетчика 20 формируется текущая координата у, а на выходе первого блока 21 задержки текущая координата со сдвигом у-Δу. Кроме того, частота импульсов делится во втором делителе 24. Импульсы с выхода делителя 24 поступают на вход третьего счетчика 25, на выходе которого формируется признак наблюдаемого объекта, например, номер объекта, или дискретная величина сдвига координаты наблюдаемого объекта.

На выходе блока 2 формируются функции принадлежности эталонного изображения объекта μ^эт(x,y), μ^эт(x-Δx,y), μ^эт(x-Δx, y-Δy), μ^эт(x,y-Δy), а на выходе блока 10, в который предварительно заносятся данные о наблюдаемых параметрах объекта - функции принадлежности наблюдаемого изображения объекта:

μ^об(x,y), μ^об(х-Δх,y), μ^об(х-Δх, y-Δy), μ^об(x,y-Δy)

На выходе блока 3, формируются модули разностей

|μ^эт(х,у)-μ^об(x,y)|, |μ^эт(х-Δх,у)-μ^об(х-Δх,у)|,

|μ^эт(х-Δх,y-Δy)-μ^об(x-Δx, y-Δy)|, |μ^эт(x,y-Δy)-μ^об(x,y-Δy)|,

из которых в первом блоке 4 выделяются минимальные значения этих разностей:

На выходе блока 5 вычитания формируется разность

По сигналам μ^эт(x,y) и μ^об(х,y) с выходов соответственно блоков 2 и блоков 10 и сигналам и с выходов соответственно первого блока 4 и блока 5 на выходе второго блока 6 формируется величина

,

а на выходе третьего блока 11 - величина

.

Сигналы с выхода второго блока 6 накапливаются в сумматоре 7, на выходе которого формируется нормированная сумма

,

а сигналы с выхода третьего блока 11 - в сумматоре 12, в котором формируется нормированная сумма

.

После перебора всех координат изображения сформированные суммы по сигналу управления, формируемых, например, на выходе переполнения первого счетчика 16, нормированные суммы μ_1Σ и μ_2Σ переписываются в первый 8 и второй 13 регистры соответственно.

Окончательно, в блоке 9 формируется значение показателя степени достоверности

которое используется для оценки соответствия наблюдаемого изображения эталонному.

При этом вначале все указанные процедуры выполняются для первого из наблюдаемых объектов. В конце процедуры формирования для первого из наблюдаемых объектов по сигналу с выхода дешифратора 17 значения показателя функции достоверности значения показателя и признак объекта заносятся во второй 26-2 и первый 26-1 регистры. Аналогично после выполнения тех же процедур для второго объекта - во второй 27-2 и первый 27-1 регистры. Значения показателей функции достоверности сравниваются в блоке 28 сравнения и на выход блока 15 поступает признак того из двух объектов, которому соответствует большая величина показателя функции достоверности. По сигналу с выхода дешифратора при окончании процесса перечисления объектов, признак объекта, соответствующий максимальному значению степени достоверности, запоминается в регистре 16 признака объекта.

Таким образом, благодаря введению дополнительных блоков и связей достигается решение поставленной технической задачи, поскольку решение о соответствии изображения наблюдаемого объекта эталонному принимается не только с использованием информации по результатам сравнения совокупности соседних элементов, т.е. по более информативному признаку, но и для случая распознавания требуемого объекта в группе объектов или при неопределенном пространственном положении наблюдаемого объекта.

Литература, принятая во внимание:

1. Анисимов В.Ю., Борисов Э.В. Методы и устройства преобразования нечетко определенных параметров при проектировании радиотехнических систем. // Изв. вузов MB ССО СССР. Радиоэлектроника. - Киев, 1988. - №9, с.79-81.

2. Анисимов В.Ю., Борисов Э.В. Методы оценки достоверности реализации нечетких отношений в прикладных системах искусственного интеллекта // Изв. АН СССР. Техническая кибернетика. - 1991. - №5, с.110-114.

3. Авторское свидетельство СССР №1791815, кл. G 06 F 7/58, 1990.

4. Патент RU, 2181909, C2, G 06 К 9/26, 2000.

Устройство для распознавания объектов, содержащее блок формирования координат, первый и второй регистры, блок формирования показателя степени достоверности, первый и второй входы которого соединены с выходами соответственно первого и второго регистров, первый и второй блоки формирования минимума, блок формирования функции принадлежности эталонного изображения объекта, блок формирования функции принадлежности наблюдаемого изображения объекта, блок вычитания, блок формирования модулей разности функций принадлежности, первая и вторая группы входов которого соединены с выходами соответственно блока формирования функций принадлежности эталонного изображения и блока формирования наблюдаемого изображения объекта, а группа выходов - с группой входов первого блока формирования минимума, первый последовательный сумматор, вход которого соединен с выходом второго блока формирования минимума, а выход - с информационным входом первого регистра, а также последовательно соединенные третий блок формирования минимума и второй последовательный сумматор, выход которого соединен с информационным входом второго регистра, при этом группа выходов блока формирования координат соединена с группами входов блока формирования функций принадлежности эталонного изображения объекта и блока формирования функций принадлежности наблюдаемого изображения объекта, на выходе блока вычитания формируются сигналы разности путем вычитания из единицы минимальных значений модулей разностей, формируемых первым блоком формирования минимума, третий блок формирования минимума формирует сигналы по сигналам разности, формируемым на выходе блока вычитания, второй блок формирования минимума формирует на выходе сигнал по сигналам с выхода первого блока формирования минимума, отличающееся тем, что, введены блок памяти, первый вход которого соединен с выходом блока формирования показателя степени достоверности, блок выделения признака объекта, входы которого соединены с выходами блока памяти, регистр признака объекта, первый вход которого соединен с выходом блока выделения признака объекта, и дешифратор, вход которого соединен с входом признака объекта блока формирования функции принадлежности наблюдаемого изображения объекта и со вторым входом блока памяти, а также с выходом признака объекта блока формирования координат, а группа выходов и выход соединены соответственно с третьим входом блока памяти и с управляющим входом регистра признака объекта.