Способ выделения контуров объектов изображения и устройство для его реализации



Способ выделения контуров объектов изображения и устройство для его реализации
Способ выделения контуров объектов изображения и устройство для его реализации
Способ выделения контуров объектов изображения и устройство для его реализации
Способ выделения контуров объектов изображения и устройство для его реализации
Способ выделения контуров объектов изображения и устройство для его реализации

Владельцы патента RU 2383925:

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Курский государственный технический университет (RU)

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано для выделения контуров изображения и последующего ввода результата в ЭВМ. Техническим результатом является повышение точности выделения контуров изображения. Устройство содержит контроллер шины, ОЗУ для чтения (записи) промежуточных результатов обработки изображения, блок фильтрации изображения, блок выделения контуров, микропроцессор. 1 ил.

 

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в системах технического зрения, цифровых устройствах получения и обработки изображений для предварительной обработки изображения - формирования контурного описания изображения.

Известен способ выделения контуров объектов изображения (пат. №7151844 США, опубл. 15.12.06), аппаратно реализованный в видеодатчике, заключающийся в формировании двумерного пиксельного массива - изображения, последовательном пространственном дифференцировании изображения в вертикальном и горизонтальном направлениях, получении значения яркости каждого пикселя контурного изображения путем расчета на основе значений производных в вертикальном и горизонтальном направлениях.

Недостатком данного способа является низкая точность выделения контуров, вызванная независимой обработкой каждого пикселя без учета информации о соседних пикселях.

Наиболее близким к предлагаемому является способ выделения контуров объектов изображения и увеличения четкости (резкости) изображения (пат. №7068852 США, опубл. 27.06.06), включающий процесс выделения контуров изображения, утончение контуров на основе увеличения четкости контуров посредством увеличения контраста в области контура в зависимости от уровня шума на изображении в окрестности текущего анализируемого пикселя.

Недостатком данного способа является внесение искажений в формируемое контурное изображение при утончении контуров увеличением их контраста (что субъективно повышает качество изображения, но неприемлемо при последующей обработке изображения системой технического зрения).

Известно устройство выделения контуров объектов изображения (пат №6917721 США), содержащее процессор и ОЗУ.

Недостатком данного устройства является низкая скорость выделения контуров, вызванная использованием процессора для выполнения всех этапов процесса выделения контуров.

Наиболее близким к предлагаемому устройству является устройство выделения контуров изображений объектов (пат. №2185659 РФ), состоящее из датчика изображения, буферной памяти, элемента И, генератора, нейроматричного процессора, АЦП, блока выделения кадрового и строчного импульсов, контроллера шины.

Недостатком этого устройства является низкая точность выделения контуров объектов изображения, высокая структурная сложность устройства, вызванная использованием нейроматричного процессора.

Технической задачей изобретения является повышение точности выделения контуров изображения путем введения дополнительных операций обработки изображения, увеличение скорости выделения контуров и упрощение структуры устройства за счет использования специализированных модулей обработки изображения.

Задача решается тем, что в известный способ, включающий выделение контуров на основе пространственного дифференцирования и утончение контуров, введены предварительная фильтрация изображения и последующая бинаризация изображения.

Техническая задача решается тем, что в известное устройство, содержащее контроллер шины (КШ), были введены ОЗУ для хранения промежуточных результатов обработки изображения, блоки фильтрации изображения (БФ), блок выделения контуров (БК), микропроцессор (МП), причем первая группа входов-выходов котроллера шины соединена с шиной для получения данных с ЭВМ, вторая группа входов-выходов котроллера шины соединена с первой группой входов-выходов ОЗУ для передачи и получения данных, третья группа входов-выходов котроллера шины соединена со второй группой входов-выходов ОЗУ для получения и передачи адреса, первый выход контроллера шины соединен со входом ОЗУ для управления режимом работы ОЗУ (чтение/запись), второй выход контроллера шины соединен со входом блока фильтрации для передачи управляющего сигнала, первая группа входов-выходов блока фильтрации соединена с первой группой входов-выходов ОЗУ для передачи и получения данных, вторая группа входов-выходов блока фильтрации соединена со второй группой входов-выходов ОЗУ для получения и передачи адреса, первый выход блока фильтрации соединен с первым входом ОЗУ для управления режимом работы ОЗУ, второй выход блока фильтрации соединен со входом блока выделения контуров для передачи управляющего сигнала, первая группа входов-выходов блока выделения контуров соединена с первой группой входов-выходов ОЗУ для передачи и получения данных, вторая группа входов-выходов блока выделения контуров соединена со второй группой входов-выходов ОЗУ для получения и передачи адреса, первый выход блока выделения контуров соединен со входом ОЗУ для управления режимом работы ОЗУ, второй выход блока выделения контуров соединен с первым входом микропроцессора для передачи управляющего сигнала, первая группа входов-выходов микропроцессора соединена с первой группой входов-выходов ОЗУ для передачи и получения данных, вторая группа входов-выходов микропроцессора соединена со второй группой входов-выходов ОЗУ для получения и передачи адреса, первый выход микропроцессора соединен со входом ОЗУ для управления режимом работы ОЗУ, второй выход микропроцессора соединен со входом контроллера шины для передачи сигнала окончания обработки изображения.

Изобретение может быть использовано для предварительной обработки изображения - выделения контуров объектов изображения - в системах технического зрения, цифровых фото- и видеокамерах и соответствует критерию «промышленная применимость».

Сущность изобретения поясняется чертежом, где показана структурная схема устройства выделения контуров изображения.

Устройство содержит (чертеж) КШ 1, ОЗУ 2, блок фильтрации 3, блок выделения контуров 4, микропроцессор 5, причем первая группа входов-выходов КШ 1 соединена с шиной для получения данных с ЭВМ, вторая группа входов-выходов КШ 1 соединена с первой группой входов-выходов ОЗУ 2, третья группа входов-выходов КШ 1 соединена со второй группой входов-выходов ОЗУ 2, первый выход КШ 1 соединен со входом ОЗУ 2, второй выход КШ 1 соединен со входом блока фильтрации 3, первая группа входов-выходов блока фильтрации 3 соединена с первой группой входов-выходов ОЗУ 2, вторая группа входов-выходов блока фильтрации 3 соединена со второй группой входов-выходов ОЗУ 2, первый выход блока фильтрации 3 соединен со входом ОЗУ 2, второй выход блока фильтрации 3 соединен со входом блока выделения контуров 4, первая группа входов-выходов блока выделения контуров 4 соединена с первой группой входов-выходов ОЗУ 2, вторая группа входов-выходов блока выделения контуров 4 соединена со второй группой входов-выходов ОЗУ 2, первый выход блока выделения контуров 4 соединен со входом ОЗУ 2, второй выход блока выделения контуров 4 соединен со входом микропроцессора 5, первая группа входов-выходов микропроцессора 5 соединена с первой группой входов-выходов ОЗУ 2, вторая группа входов-выходов микропроцессора 5 соединена со второй группой входов-выходов ОЗУ 2, первый выход микропроцессора 5 соединен со входом ОЗУ 2, второй выход микропроцессора 5 соединен со входом КШ 1.

Способ заключается в предварительной фильтрации кадра изображения для повышения качества выделения контуров, выделении контуров, последующем утончении контуров и формировании бинарного изображения для повышения точности выделения контуров.

КШ 1 предназначен для управления обменом данными между ЭВМ и устройством выделения контуров изображения.

ОЗУ 2 предназначено для хранения данных, используемых в блоке фильтрации 3, блоке выделения контуров 4, микропроцессоре 5.

Блок фильтрации 3 предназначен для выполнения процедуры фильтрации изображения с целью повышения качества выделения контуров.

Блок выделения контуров 4 предназначен для выделения контуров изображения.

Микропроцессор 5 предназначен для выполнения процедур утончения контуров и формирования бинарного изображения.

Устройство работает следующим образом.

Цифровое изображение с ЭВМ поступает на первую группу входов-выходов КШ 1, после чего на первом выходе КШ 1 формируется управляющий сигнал, поступающий на вход ОЗУ 2 и переводящий его в режим записи информации, на второй группе входов-выходов КШ 1 формируются данные для передачи на первую группу входов-выходов ОЗУ 2, на третьей группе входов-выходов КШ 1 формируется адрес данных, поступающий на вторую группу входов-выходов ОЗУ 2, на втором выходе КШ 1 формируется управляющий сигнал, поступая на вход блока фильтрации 3, разрешающий его работу. В результате в ОЗУ 2 находится текущий кадр изображения.

Блок фильтрации 3 на первом выходе формирует управляющий сигнал, поступающий на вход ОЗУ 2 и переводящий его в режим чтения. Блок фильтрации 3 на первую группу входов-выходов принимает данные (изображение), поступающие через первую группу входов-выходов ОЗУ 2, на вторую группу входов-выходов принимает адрес, поступающий через вторую группу входов-выходов ОЗУ 2. Поступившие данные подвергаются процедуре фильтрации.

В качестве фильтра используется фильтр Гаусса, функция отклика которого имеет вид

где r - расстояние между центром функции отклика и текущей точкой, σ - среднее квадратическое отклонение фильтра Гаусса, величина, определяющая крутизну функции отклика фильтра и, следовательно, степень сглаживания изображения (меньше крутизна - сильнее сглаживание).

Для заданной маски GD процесс фильтрации изображения в точке с координатами (х, у) описывается как

где I'(х, у) - значение яркости точки отфильтрованного изображения, I(x+s, у+t) - значение яркости точки исходного изображения.

После окончания процедуры фильтрации на первом выходе блока фильтрации 3 формируется управляющий сигнал, уведомляющий об окончании процедуры фильтрации, поступающий на вход ОЗУ 2 и переводящий его в режим записи, через первую группу входов-выходов блока фильтрации 3 результаты поступают на первую группу входов-выходов ОЗУ 2, на второй группе входов-выходов блока фильтрации формируется адрес, поступающий на вторую группу входов-выходов ОЗУ 2, на втором выходе блока фильтрации 3 формируется управляющий сигнал, поступающий на вход блока выделения контуров 4 и разрешающий его работу.

Блок выделения контуров 4 через первый выход отправляет управляющий сигнал на вход ОЗУ 2, переводящий его в режим чтения. Блок выделения контуров 4 на первую группу входов-выходов принимает данные, поступающие через первую группу входов-выходов ОЗУ 2, на вторую группу входов-выходов принимает адрес, поступающий через вторую группу входов-выходов ОЗУ 2. Поступившие данные подвергаются обработке.

Для выделения контурных линий на изображении применяется пространственное дифференцирование. Для этого в каждой точке вычисляется вектор градиента функции яркости изображения, который описывается модулем g(х, у), отражающим скорость изменения яркости в точке с координатами 〈х, у〉, и направлением ν(х, у), которое определяется углом наклона прямой, соответствующим направлению перепада яркости, к оси абсцисс. Совокупность векторов градиента в каждой точке отфильтрованного изображения I'(x, у) представляет собой градиентное изображение

содержащее информацию о перепадах функции яркости (контурных линиях).

При дискретном представлении поля яркостей изображения частные производные по направлениям представляются дискретными аппроксимациями, наилучшей из которых является оператор Собела. Оператор содержит маски, соответствующие горизонтальной Hx и вертикальной Ну частным производным

Составляющие градиентного изображения Gr вычисляются как

где dx(х, у), dy(х, у) - результаты свертки изображения I'(х, у) с горизонтальной Hx и вертикальной НУ масками соответственно

После обработки всего кадра изображения на первом выходе блока выделения контуров 4 формируется управляющий сигнал, поступающий на вход ОЗУ 2 и переводящий его в режим записи, через первую группу входов-выходов блока выделения контуров 4 результаты поступают на первую группу входов-выходов ОЗУ 2, на второй группе входов-выходов блока выделения контуров 4 формируется адрес, поступающий на вторую группу входов-выходов ОЗУ 2, на втором выходе блока выделения контуров 4 формируется управляющий сигнал, поступающий на вход микропроцессора 5 и разрешающий его работу.

Микропроцессор 5 через первый выход отправляет управляющий сигнал на вход ОЗУ 2, переводящий его в режим чтения. Микропроцессор 5 на первую группу входов-выходов принимает данные, поступающие через первую группу входов-выходов ОЗУ 2, на вторую группу входов-выходов принимает адрес, поступающий через вторую группу входов-выходов ОЗУ 2. Поступившие данные подвергаются обработке.

Утончение контурных линий основано на интерпретации максимума яркости контурной линии в направлении максимального градиента как средней линии контура. Подавляются все точки в поле величин g(х, у), яркость которых не превосходит яркости соседних точек в направлении антиградиента контурной линии. В результате формируется скелетное градиентное изображение Gr'

где приращения координат i1, i2, j1, j2 определяются как

i1=int[sin(ν(x, у))], i2=-i1,

j1=int[cos(ν(x, у))], j2=-j1.

Процесс формирования бинарного изображения представляется как

где К - коэффициент детализации бинарного изображения В, который позволяет управлять уровнем детализации (количеством контуров) и обладает устойчивостью к изменению динамического диапазона изображения, Т1, T2, T3, Т4 - пороговые значения, используемые при бинаризации изображения, t1, t2 - функции изменения пороговых значений в зависимости от наличия в восьмисвязной окрестности точек контура.

После процедуры утончения контурных линий на первом выходе микропроцессора 5 формируется управляющий сигнал, поступающий на вход ОЗУ 2 и переводящий его в режим записи, через первую группу входов-выходов микропроцессора 5 результаты поступают на первую группу входов-выходов ОЗУ 2, на второй группе входов-выходов микропроцессора 5 формируется адрес, поступающий на вторую группу входов-выходов ОЗУ 2, на втором выходе микропроцессора 5 формируется управляющий сигнал, поступающий на первый вход КШ 1 и информирующий об окончании обработки текущего кадра изображения.

КШ 1 через первый выход отправляет управляющий сигнал на вход ОЗУ 2, переводящий его в режим чтения. КШ 1 на первую группу входов-выходов принимает данные, поступающие через первую группу входов-выходов ОЗУ 2, на вторую группу входов-выходов принимает адрес, поступающий через вторую группу входов-выходов ОЗУ 2. Поступившие данные через первую группу входов-выходов КШ 1 поступают в ЭВМ.

Блоки фильтрации изображения, блок выделения контуров могут быть реализованы на программируемых интегральных схемах малой и средней степени интеграции серий Spartan или Virtex (производитель - Xilinx). В качестве микропроцессора 5 может быть использована микроЭВМ или микроконтроллер, работающие на тактовой частоте не менее 300 МГц. Контроллер шины 1 может быть реализован на специализированных микросхемах, широко выпускаемых зарубежной промышленностью. ОЗУ 2 реализуют на микросхемах памяти, удовлетворяющих требованиям по быстродействию и объему.

Изобретение позволяет повысить точность выделения контуров изображения за счет утончения контуров изображения и бинаризации изображения, увеличить скорость выделения контуров за счет использования специализированных модулей обработки изображения, реализующих операции обработки изображения в соответствии с предложенным способом.

Устройство выделения контуров изображения, содержащее контроллер шины (КШ), отличающееся тем, что дополнительно введены ОЗУ для хранения промежуточных результатов обработки изображения, блоки фильтрации изображения (БФ), блок выделения контуров (БК), микропроцессор (МП), причем первая группа входов-выходов контроллера шины соединена с шиной для получения данных с ЭВМ, вторая группа входов-выходов контроллера шины соединена с первой группой входов-выходов ОЗУ для передачи и получения данных, третья группа входов-выходов контроллера шины соединена со второй группой входов-выходов ОЗУ для получения и передачи адреса, первый выход контроллера шины соединен с первым входом ОЗУ для управления режимом работы ОЗУ (чтение/запись), второй выход контроллера шины соединен с первым входом блока фильтрации для передачи управляющего сигнала, первая группа входов-выходов блока фильтрации соединена с первой группой входов-выходов ОЗУ для передачи и получения данных, вторая группа входов-выходов блока фильтрации соединена со второй группой входов-выходов ОЗУ для получения и передачи адреса, первый выход блока фильтрации соединен с первым входом ОЗУ для управления режимом работы ОЗУ, второй выход блока фильтрации соединен с первым входом блока выделения контуров для передачи управляющего сигнала, первая группа входов-выходов блока выделения контуров соединена с первой группой входов-выходов ОЗУ для передачи и получения данных, вторая группа входов-выходов блока выделения контуров соединена со второй группой входов-выходов ОЗУ для получения и передачи адреса, первый выход блока выделения контуров соединен с первым входом ОЗУ для управления режимом работы ОЗУ, второй выход блока выделения контуров соединен с первым входом микропроцессора для передачи управляющего сигнала, первая группа входов-выходов микропроцессора соединена с первой группой входов-выходов ОЗУ для передачи и получения данных, вторая группа входов-выходов микропроцессора соединена со второй группой входов-выходов ОЗУ для получения и передачи адреса, первый выход микропроцессора соединен с первым входом ОЗУ для управления режимом работы ОЗУ, второй выход микропроцессора соединен с первым входом контроллера шины для передачи сигнала окончания обработки изображения.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к определению местоположения части документа, захваченной в изображении. .

Изобретение относится к цифровой обработке изображения в процессе сканирования и копирования и особенно к области сегментации цветного и черно-белого текста, когда текст автоматически извлекается из отсканированного документа.

Изобретение относится к информационной технологии в медицине. .

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано для анализа геометрических параметров изображений объектов в системах технического зрения.

Изобретение относится к распознаванию объектов. .

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и предназначено для контроля качества изготовления фотошаблонов интегральных схем. .

Изобретение относится к области распознавания образов и может быть использовано в системах технического зрения при решении задач предварительной обработки изображения

Изобретение относится к смысловому анализу содержания цифровых изображений: статических изображений, например фотографий, видеоизображений, наборов кадров в интернет-ресурсах, а также в файлах изображений на устройствах хранения данных или в приложениях к электронным письмам

Изобретение относится к области биометрической аутентификации личности, построенной на сохранении в тайне применяемого при аутентификации биометрического образа в виде рисунка отпечатка пальца

Изобретение относится к сегментации изображений и, в частности, к определению контуров анатомической структуры в изображении, вычисленном по слою данных изображения, и дополнительно к определению контуров анатомической структуры в данных изображения. Техническим результатом является повышение надежности автоматического распознавания миокарда в изображениях слоев по короткой оси. Система (200) содержит блок (210) разбиения для разбиения изображения на множество участков изображения, причем каждый участок изображения изображает участок анатомической структуры, и блок (220) адаптации для адаптации эталонного изображения к изображению на основе оценочной функции, причем оценочная функция является функцией параметров эталонного изображения и числовых показателей изображения и их относительных позиций в изображении, и на основе критерия, которому должно удовлетворять вычисленное значение оценочной функции, причем оценочная функция определена на основании множества участков изображения. Определение оценочной функции на основе множества участков изображения позволяет вычислить оптимальные величины вклада в значение оценочной функции в пределах каждого участка изображения. 5 н. и 6 з.п. ф-лы, 9 ил.

Изобретение относится к средствам обработки цифровых изображений. Техническим результатом является повышение точности выделения границ сложноструктурируемых изображений за счет формирования множества фильтрованных по направлению изображений из исходного полутонового изображения путем локальной обработки составным морфологическим оператором. В способе указанный оператор формируют из линейных структурообразующих элементов с различными параметрами ориентации относительно растра изображения равной длины, каждое фильтрованное изображение получают взаимодействием линейного структурообразующего элемента составного морфологического оператора с исходным изображением, яркости пикселей в фильтрованном изображении получают посредством выполнения для каждого пикселя исходного изображения трех морфологических операций взаимодействия исходного изображения с линейным структурообразующим элементом. 6 ил.

Изобретение относится к области распознавания образов и может быть использовано при решении задач предварительной обработки изображения с целью определения контуров объектов, которые характеризуются монотонностью изменения интенсивности цвета. Технический результат заключается в повышении помехоустойчивости распознания контура изображения за счет оценки скорости и ускорения изменения интенсивности цвета в восьмисвязной окрестности элемента изображения. Предложено устройство для определения контуров объектов в изображении. Устройство содержит датчик элементов изображения и следующие блоки: формирования пороговых значений скорости и ускорения изменения интенсивности элементов изображения, формирования восьмисвязной окрестности элементов изображения, последовательного выделения триад в восьмисвязной окрестности элемента изображения, памяти вышеупомянутых триад, дифференцирования триад, решающий блок. При этом блок формирования пороговых значений скорости и ускорения изменения интенсивности элементов изображения соединен с выходом датчика элементов изображения. Блок формирования восьмисвязной окрестности элементов изображения соединен с выходом блока формирования элементов изображения и соединен с последовательно соединенными блоком последовательного выделения триад в восьмисвязной окрестности элемента изображения, блоком памяти триад восьмисвязной окрестности элемента изображения, блоком дифференцирования триад и решающим блоком. 7 ил.

Изобретение относится к устройствам формирования изображений с функцией аутентификации личности. Техническим результатом является повышение точности аутентификации объекта за счет выбора новых данных о характерных признаках. Предложено устройство формирования изображения, включающее в себя блок формирования изображения. Устройство также включает в себя блок регистрации, сконфигурированный для регистрации множества данных о характерных признаках, вплоть до максимального предела, в энергонезависимой памяти с привязкой к одному и тому же объекту. Устройство также содержит блок аутентификации, сконфигурированный для идентификации того, является ли объект, который был обнаружен на основе изображения, захваченного посредством блока формирования изображения, зарегистрированным объектом на основе данных о характерных признаках, зарегистрированных в энергонезависимой памяти. Кроме того, устройство включает в себя блок выбора, сконфигурированный для выбора одного из объектов, зарегистрированных в энергонезависимой памяти, для которого посредством блока регистрации были зарегистрированы новые данные о характерных признаках. 6 н. и 12 з.п. ф-лы, 22 ил.

Изобретение относится к средствам компенсации дефектов цвета глаз на изображении. Техническим результатом является повышение эффективности обнаружения эффекта красных глаз на изображении. Способ включает вычисление первого разностного изображения на основе разности между яркостью красных пикселей и яркостью зеленых пикселей из набора пикселей, ассоциированного с первой областью глаза на изображении, обработку первого разностного изображения для вычисления градиента и проекции, ассоциированной с указанным градиентом, определение центральной точки на основе проекции и вычисление первой области дефекта цвета глаз на основе центральной точки и множества красных пикселей из указанного набора. 6 н. и 19 з.п. ф-лы, 8 ил.

Изобретение относится к области цифровой обработки изображений, связанной с выделением и анализом сегментов. Техническим результатом является повышение точности определения толщины слоя за счет автоматизированного выявления нечеткой границы. Предложен способ автоматического определения толщины слоя с нечеткой границей по изображению. Способ включает в себя этапы, на которых производят сегментацию изображения, проводят границу раздела сегментов слоев, вычисляют фрактальную размерность линии границы, накладывают секущие перпендикулярно границе, проводят вычисления длины секущих и вычисляют среднее арифметическое значение толщины слоя. При этом сегментирование изображения производят автоматически методом выращивания и слияния областей с использованием минимизации многомерных функций гетерогенности как на этапе выращивания, так и на этапе слияния. При проходе вдоль сегмента слоя определяют центры тяжести неперекрывающихся сегментов включений с максимальной глубиной размещения в слое, по которым строят опорные секущие включений. Выделяют опорные точки, в которых глубина размещения включения на секущих максимальна относительно базовой границы, и по опорным точкам строят аппроксимирующую функцию, на основе которой вычисляют линии нечеткой границы методом скользящего окна вариативной ширины. 1 з.п. ф-лы, 5 ил.
Изобретение относится к области обработки данных, а в частности к способам распознавания данных, в том числе считывания знаков, изображений, образов. Техническим результатом является повышение быстродействия при выявлении в любом документе заранее заданной эталонной круглой печати. Предложен способ автоматизированного поиска заранее заданных эталонных круглых печатей. Способ включает в себя этап, на котором осуществляют сбор коллекции различных заранее заданных изображений как содержащих круглые печати, так и не содержащих круглые печати. Далее согласно способу осуществляют обучение каскадных классификаторов на собранных коллекциях изображений и преобразование в заранее заданный формат всех изображений эталонных печатей, заданных пользователем. А также выявляют области в электронном файле анализируемого документа, где предположительно может располагаться печать, и осуществляют сравнение найденных областей с заранее заданными эталонами.
© Патентный поиск, поиск патентов на изобретения - FindPatent.RU 2012-2024
Политика конфиденциальности 2010-03-10 2013-03-20T11:28:12
Наверх