Устройство для распознавания объектов

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано для распознавания объектов в случае, когда их эталонные и наблюдаемые двумерные изображения заданы в виде нечетких множеств. Техническим результатом является повышение достоверности распознавания за счет обеспечения инвариантности к углу поворота наблюдаемого объекта относительно эталонного. Технический результат достигается за счет введения в устройство, содержащее 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, три регистра, блок формирования показателя степени достоверности, блок формирования функций принадлежности наблюдаемого изображения объекта, блока памяти, блока формирования максимума, блока формирования угла вращения эталонного изображения объекта и блока вращения эталонного изображения объекта. 2 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.

Известно устройство, содержащее генераторы пилообразного напряжения, аналого-цифровые и цифроаналоговые преобразователи, элементы ИЛИ, блоки памяти функций принадлежности, блоки определения минимума, блок памяти функции принадлежности. Блоки сравнения, блоки вычитания из единицы, регистры, счетчик и элементы задержки с соответствующими связями [1].

Недостатком устройства является относительно узкие функциональные возможности.

Наиболее близким к предлагаемому является 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 объекта 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 [2].

Недостатком наиболее близкого технического решения является относительно низкая достоверность распознавания объектов, поскольку устройство не инвариантно к пространственному положению наблюдаемого изображения объекта, например к его угловому положению, относительно пространственного положения эталонного изображения объекта.

Требуемый технический результат заключается в повышении достоверности распознавания объектов за счет обеспечения инвариантности к угловому положению наблюдаемого изображения объекта относительно его эталонного изображения.

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, второй и третий блоки формирования минимума, блок формирования функции принадлежности эталонного изображения объекта, блок формирования функции принадлежности наблюдаемого изображения объекта, группа входов которого соединена с группой выходов блока формирования координат, 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, выход которого соединен с информационным входом первого регистра, а вход соединен с выходом второго блока формирования минимума, вход которого соединен с выходом первого блока формирования минимума и с входом блока вычитания, второй последовательный сумматор, выход которого соединен с информационным входом второго регистра, а вход соединен с выходом третьего блока формирования минимума, вход которого соединен с выходом блока вычитания, при этом 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 формирования угла вращения эталонного изображения объекта, вход которого соединен с выходом блока формирования координат, блок вращения эталонного изображения объекта, группа входов которого соединена с группой выходов блока формирования координат, вход соединен с выходом блока формирования угла вращения эталонного изображения объекта, а группа выходов соединена с группой входов блока формирования функции принадлежности эталонного изображения, блок памяти, вход которого соединен с выходом блока формирования показателя степени достоверности, блок формирования максимума, группа входов которого соединена с группой выходов блока памяти, и третий регистр, вход которого соединен с выходом блока формирования максимума, при этом блок формирования максимума формирует сигналы по сигналам, формируемым на выходе блока памяти.

На фиг.1 представлена электрическая структурная схема устройства для распознавания объектов, на фиг.2 - блока формирования координат.

Устройство для распознавания объектов (фиг.1) содержит блок 1 формирования координат, блок 2 формирования функции принадлежности эталонного изображения, блок 3 формирования модулей разности функций 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 функции принадлежности наблюдаемого изображения объекта, третий блок 11 формирования минимума, второй последовательный сумматор 12, второй регистр 13.

Дополнительно устройство распознавания объектов содержит блок 14 формирования угла вращения эталонного изображения объекта, блок 15 вращения эталонного изображения объекта, блок 16 памяти, блок 17 формирования максимума и третий регистр 18.

Кроме того, первый и второй входы блока формирования показателя степени достоверности соединены с выходами, соответственно, первого 8 и второго 13 регистров, группа входов блока 10 формирования функции принадлежности наблюдаемого изображения объекта соединена с группой выходов блока 1 формирования координат, первая и вторая группы входов блока 3 формирования модулей разности функций принадлежности соединены с выходами, соответственно, блока 2 формирования функций принадлежности эталонного изображения и блока 10 формирования наблюдаемого изображения объекта, а группа выходов - с группой входов первого блока 4 формирования минимума, выход первого последовательного сумматора 7 соединен с информационным входом первого регистра 8, а вход соединен с выходом второго блока 6 формирования минимума, вход которого соединен с выходом первого блока 4 формирования минимума и с входом блока 5 вычитания, выход второго последовательного сумматора 12 соединен с информационным входом второго регистра 13, а вход соединен с выходом третьего блока 11 формирования минимума, вход которого соединен с выходом блока 5 вычитания.

В этом же устройстве распознавания объектов вход блока 14 формирования угла вращения эталонного изображения объекта соединен с выходом блока 1 формирования координат, группа входов блока 15 вращения эталонного изображения объекта соединена с группой выходов блока 1 формирования координат, вход соединен с выходом блока 14 формирования угла вращения эталонного изображения объекта, а группа выходов соединена с группой входов блока 2 формирования функции принадлежности эталонного изображения, вход блока 16 памяти соединен с выходом блока 9 формирования показателя степени достоверности, группа входов блока 17 формирования максимума соединена с группой выходов блока 16 памяти, вход третьего регистра 18 соединен с выходом блока 17 формирования максимума.

При этом на выходе блока 5 вычитания формируются сигналы разности путем вычитания из единицы минимальных значений модулей разностей, формируемых первым блоком 4 формирования минимума, второй блок 6 формирования минимума формирует на выходе сигнал по сигналам с выхода первого блока 4 формирования минимума, третий блок 11 формирования минимума формирует сигналы по сигналам разности, формируемым на выходе блока 5 вычитания, а блок 17 формирования максимума формирует сигналы по сигналам, формируемым на группе выходов блока 16 памяти.

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

При этом выход переполнения первого счетчика 21 является выходом блока 1 формирования координат, а выходы первого счетчика 21, первого блока 22 задержки, второго счетчика 23 и второго блока 24 задержки являются группой выходов блока 1 формирования координат.

Блоки 2, 3, 4, 5, 6, 9, 11, 15, 17 в частном случае могут быть выполнены в виде ПЗУ. Блоки 7 и 12 - в виде цифровых интеграторов с цифровым делителем на выходе, блок 14 - виде счетчика, блок 16 памяти - в виде последовательно-параллельного многоразрядного регистра.

Работает устройство для распознавания объектов следующим образом.

ГТИ 19 формирует последовательность импульсов, которая поступает на вход второго счетчика 23. В результате на выходе второго счетчика 23 формируется текущая координата х двумерного изображения объекта, а на выходе второго блока 24 - текущая координата со сдвигом х - Δх. После деления частоты следования импульсов ГТИ 19 в первом делителе 20 на выходе первого счетчика 21 формируется текущая координата у, а на выходе первого блока 22 задержки - текущая координата у со сдвигом: у - Δу. Выходы первого счетчика 21, первого блока 22 задержки, второго счетчика 23 и второго блока 24 задержки образуют группу выходов блока 1 формирования координат. Выход переполнения первого счетчика 21 образует выход блока 1 формирования координат.

На выходе блока 10, в который предварительно заносятся данные о наблюдаемых параметрах объекта, формируются функции принадлежности наблюдаемого изображения объекта:

Одновременно с этим в блоке 14 формируется сигнал, пропорциональный текущему углу поворота dz эталонного изображения, который подается на вход блока 15 вращения эталонного изображения объекта. На его выходе формируются текущие координаты эталонного изображения с учетом угла вращения dz:

где

При этом начальное состояние блока 14 является нулевым (dz=0), что соответствует исходному состоянию эталонного изображения без учета вращения.

На выходе блока 2 формируются функции принадлежности эталонного изображения объекта:

На выходе блока 3 формируются модули разностей

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

На выходе блока 5 вычитания формируется разность

По сигналам и 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, формируемые, например, на выходе переполнения первого счетчика 16, нормированные суммы и переписываются в первый 8 и второй 13 регистры соответственно.

В результате в блоке 9 формируется значение показателя степени достоверности

для каждого дискретного угла поворота dz эталонного изображения объекта относительно наблюдаемого изображения объекта.

В конце каждого цикла перебора координат изображения для каждого фиксированного угла dz на управляющий вход блока 16 памяти подается сигнал управления записью, в результате чего в этом блоке последовательно записывается полное множество значений показателя достоверности, которое используется для оценки соответствия наблюдаемого изображения эталонному путем выделения максимального из них в блоке 17 формирования максимума и запоминания этого значения в третьем регистре 18 по сигналу управления на его управляющем входе на момент окончания перебора всего множества значений углов поворота эталонного изображения объекта.

Таким образом, благодаря введению дополнительных блоков и связей достигается решение поставленной технической задачи - повышение достоверности, поскольку решение о соответствии наблюдаемого объекта эталонному принимается с учетом не только информации о результатах сравнения функций принадлежности совокупности соседних элементов эталонного и наблюдаемого изображений объектов, но и с учетом неопределенности пространственного положения наблюдаемого объекта, в частности его угла поворота, относительно пространственного положения эталонного объекта.

Источники информации

1. Авторское свидетельство СССР №1791815, кл. G06F 7/58, 1990.

2. RU 2181909 C2, кл. G06К 9/26, 2000 (прототип).

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, второй и третий блоки формирования минимума, блок формирования функции принадлежности эталонного изображения объекта, блок формирования функции принадлежности наблюдаемого изображения объекта, группа входов которого соединена с группой выходов блока формирования координат, блок вычитания, блок формирования модулей разности функции принадлежности, первая и вторая группы входов которого соединены с выходами, соответственно, блока формирования функции принадлежности эталонного изображения и блока формирования наблюдаемого изображения объекта, а группа выходов - с группой входов первого блока формирования минимума, первый последовательный сумматор, выход которого соединен с информационным входом первого регистра, а вход - соединен с выходом второго блока формирования минимума, вход которого соединен с выходом первого блока формирования минимума и с входом блока вычитания, второй последовательный сумматор, выход которого соединен с информационным входом второго регистра, а вход - соединен с выходом третьего блока формирования минимума, вход которого соединен с выходом блока вычитания, при этом 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 формирования угла вращения эталонного изображения объекта, вход которого соединен с выходом блока формирования координат, блок вращения эталонного изображения объекта, группа входов которого соединена с группой выходов блока формирования координат, вход соединен с выходом блока формирования угла вращения эталонного изображения объекта, а группа выходов соединена с группой входов блока формирования функции принадлежности эталонного изображения, блок памяти, вход которого соединен с выходом блока формирования показателя степени достоверности, блок формирования максимума, группа входов которого соединена с группой выходов блока памяти, и третий регистр, вход которого соединен с выходом блока формирования максимума, при этом блок формирования максимума формирует сигналы по сигналам, формируемым на группе выходов блока памяти.