Устройство для распознавания протяженных линейных объектов
Союз Советских
Социалистических
Республик
ОП CAHÕà
ИЗОБРЕТЕН ИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕИЯЬСТВУ
Опубликовано 30. 04. 81, Бюллетень М 16 Дата опубликования описания 1 О. 05, Sl (И)М. Кд . G 06 К 9/30 Гееудерствеииый кеиитет СССР по делам изебретеиий и открытий (53) УДК681. 327. .12(088.8) (72) Авторы изобретения А.А.Лукенюк и В.П.Иаринец г с. Физико-механический институт АН Украийс1мй. CCP. — . (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ РАСПОЗНАВАНИЯ ПРОТЯЖЕННЫХ ЛИНЕЙНЫХ ОБЪЕКТОВ Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике, к классу систем автоматического распознавания,и может найти применение при автоматизации процесса поиска и обнаружения протяженных объектов искусS ственного происхождения, например, систем оросительных каналов, popor и других протяженных систем на фотоснимках, проложенных по дну морей l0 и океанов трубопроводов, кабельных линий электропитания и связи и других коммуникаций. Автоматическое выделение протяженных линейных объектов на изображениях позволяет значительно ускорить их класификацию и определить положение, т. е. получить информацию, необходи- . мую для последующего принятия решения или проведения операций по обслуживанию и ремонгу этих объектов, Отличием задачи автоматического распознавания протяженных линейных объектов в натуральных условиях по сравнению с задачей распознавания машинописных букв и цифр, линий графиков, дактилоскопических узоров и других объектов на бумаге или пленке являются более сложные условия работы устройства. Эти условия сводятся к следующему. Протяженные линейные объекты искусственного происхождения имеют разную яркость и контраст с фоном, в том числе и весьма малый; помехи (естественные объекты произвольной формы) могут иметь большую яркость и большой контраст с фоном; фон, на котором предъявляются объекты для распознавания, является,как правило, сложным по структуре; анализируемое поле может иметь большую неравномерность яркости; масштаб объектов может меняться в широких пределах. При таких сложных условиях работы устройства автоматическое распознавание протяженных объектов искусственного происхождения даже по ограничен87637? 25 ному числу признаков (прямолинейность и протяженность) представляет собой трудную техническую заца Iy, требующую максимального квп|чества элементОВ нсрмализ аде?и или регули»эования . УстрОистI»o 1>аспсз Пав анитт НО пжно реагировать только на форму объекта и не срабатывать от разных величин яркости, контраста и масшаба искомого и ложного ооъекто»з и структуры фона. Известны устройстьа для распознавания прямых линий и краев изображений, основанные на оптико †механической разве?>тке исследуемого изображения, формировании электрических сигнацоь и последующей электронной обработке сфсрмирова>»пвлх сигналов (! и 2), Наиболее близким пс технической сущнс ти к изобрете?1ию ?IHJIIIeтся устрОйстВО дл»т pñ ;eï03>IÉÂÿII?Iÿ пря?лых ли ний и краев изображений, содержащее оптически связанные объектив, блок развертки изображения ?I многоэлементный фотоприемник, каждый элемент которого подключен чсрез соответствующие последовательно соединенные фильтр .и амплитудный ограничитель ко входу сумматора, ьыход которого соединен со входом порогового элемента, причем;лногоэлементный фотоприемник выпОлнен 0 ьидp свс- тОчувст?>ительпых K0IIцентрических колец ГЗ . Однако решение о наличии прямой ли??ии или прямого края принимается не интегрально по средней яркости объекта и прилегающего к нему фона, а дифференцированно — по результатам сравнения яркостей вдоль прямого края на соседних малых участках объекта и фона. Это позволяет применить амплитудное ограничение разностных сигналов и устранить влияние абсолю-ной яркости и контраста объекта на результат распознавания. Недостаток устройства — В низкой надежности автоматического распознавания в тех случаях, когда предметом распознавания является протяжный объект ограниченной ширины. Примером таких объектов могут служить системы оросительных каналов и дорог на фоТос?IHMKGx Tp áoïpoÂÎÄû и кабельные линии, проложенные на ?лорскстл дне ° В изображении, подлежащем анализу для автоматического распознавания, так:ле объекты представляют собой протяженные прямые линии или полосы ограниченной, но заранее неизвестной ширины. УстройВо а>зтоматически выделяет не только этот класс искусственных объектов, но и срабатывает при попадании в поле зрения автомата протяженнЫх прямых краев -- перепад яркости межцу двумя областями изображения. Протяженнь>е пряь?ыe края пpeсбраэуют I3 изОбpeжeHНH не только эле?ленты искусственного происхождения (фотографии причалов, буровых платформ, судов и т, д.), но и естествен?ьые элементы ландшафта (фотографии береговой линии, разломы горных пород, отдельные крупные камны, ВпаДины, наносы, слеДы 1>яби)е Автоматическое выделение этих элементов устройством увеличивает число ложных изображений-срабатываний, снижая тем самым надежность автоматического распознавания протяженн|х линейных объектов. Исключив срабатывания от протяженных прямых краев, можно значительно повысить надежность распоз ?авания протяже.нных линейных объектов. Цель изобретения — поьышение на— дежности автоматического распознавания протяженных линейных объектов путем учета дополнительного признака :токальности объекта-узкой области, В которой сосредоточен объект. В натуральных условиях объекты искусственного происхождения имеют в изображении хотя бы один четко выраженный протяженный прямой край (пер?зый признак) и поперечные размеры намного меньше анализируемого поля, т, е. объект локализирован в небольшой области (второй признак), " ирина объекта как правило мала, достигает Всего нескольких элементов, расположенных заранее, не определена из-за изменяющегося масштаба изображения. Известно лишь, что ширина объекта не может превышать, например, пятикратной ширины анализирующей прямоугольной цели — пространственного фильтра, осуществляющего выделение протяженного линейного объекта. Объект искуссственного происхождения обычно наложен на двумерное поле, т. е. закрывает ту часть структуры поля, которая находится под ним, Структура поля в малых областях по оо»е стороны от объекта обычно остается одинаковой, мало различающейся между собой по яркости. Для надежно. 826372 го распознавания протяженного линей- ного объекта определяют наличие края иэображения объекта — наличие перепада яркости между объектом и фоном (первый признак — наличие прямолинейного перепада яркости) и устанавливают, что отсутствует в этот же момент различие сигналов яркости фона по обе стороны объекта (второй признак — локальность объекта). Срав- 10 некие сигналов яркости фона производят в прямоугольных областях, находящихся друг от друга на расстоянии наибольшей возможной ширины объекта. Эту операцию производят, срав- 15 кивая величину текущего сигнала с величиной сигнала, задержанного на время, равное времени прохождения прямоугольной апертурой наибольшей возможной ширины объекта. При одновременном zp наличии этих двух признаков принимают решение о распознавании именно протяженного линейного объекта. Указанная цель достигается тем Э что в известное устройство, содержа- 25 щее оптически связанные объектив, блок развертки изображения и многоэлементный фотоприемник, каждый элемент которого подключен через соответствующие последовательно соединен- 30 ные фильтр и амплитудный ограничитель ко-входу сумматора, выход которого соединен со входом порогового элемента, введены блоки задержки, блоки вычитания, ключ и дополнительные 3S амплитудные ограничители, сумматор и пороговый элемент, выход каждого элемента фотоприемника подключен к одному входу соответствующего блока вычитания непосредственно, а к дру- 40 гому — через блок задержки, выход блока вычитания через соответствующий дополнительный амплитудный ограничитель соединен со входом дополнительнсго сумматора, подключенного ко вхо- 45 ду дополнительного порогового элемента, выходы пороговых элементов подключены ко входам ключа. Введенные в известное устройство новые взаимосвязанные блоки позволяют установить отсутствие различия в сигналах яркости между двумя участками фона, расположенными по обе стороны от объекта — установить область локализации объекта при наличии в этот момент протяженного прямолинейного перепада яркости между объектом и фоном. Введение дополнительного признака — локальности объекта- позволяет существенно снизить число ложных срабатываний от протяженных прямолинейных краев и повысить тем самым надежность автоматического распознавания протяженных линейных объектов. На чертеже приведена функциональная схема предлагаемого устройства. Устройство содержит объектив 1, блок 2 развертки изображения, многоэлементный фотоприемник 3, фильтры (верхннх частот) 4, амплитудные огоаничители 5 счмматоо б, пороговый элемент 7, ключ 8, блоки 9 задержки, блоки 10 вычитания, дополнительные амплитудные ограничители ll дополнительный сумматор 12 и дополнительный пороговый элемент 13. На чертеже также изображены анапизируемый участок поля 14 объект 15 и индикатор 16. Устройство работает следующим образом. Объект 15, предъявленный для автоматического оаспознавания на анализируемом участке поля 14, проецируется объективом 1 на блок 2 развертки изображения с прямоугольной щелью. В момент фронтального пересечения прямоугольной щелью прямого края изображения объекта l5 на выходе фотоприемников 3 появляются перепады электрических сигналов, Эти сигналы поступают на фильтры 4, где подавляется низкочастотная составляющая сигнала, вызванная разной абсолютной яркостью отдельных участков анализируемого поля 14. Выделяются только перепады яркостей изображения. На выходе фильтров 4 формируются импульсы, амплитуда которых определяется величиной и крутизной перепадов электрических сигналов, поступающих на вход. Далее электрические сигналы, поступающие с выходов фильтров 4, ограничиваются по амплитуде амплитудными ограничителями 5. Этим устраняется влияние на работу устройства яркости объектов и фона и контраста объекта 15 относительно фона. Нормированные по амплитуде сигналы с выходов амплитудных ограничителей 5 одновременно поступают на сумматор 6, С выхода сумматора 6 сигнал, пропорциональный количеству поступающих на его входы однополярных импульсов, поступает на пороговый элемент 7. При превышеI 826372 нии сигналом выставленного порогового уровня устройство вырабатывает сигнал наличия прямолинейного края изображения объекта 15.Этот сигнал при открытом ключе 8 приводит к срабатыванию иццикатора 16. Дополнительно введенные блоки обеспечивают выработку сигнала локальности протяженного линейного объекта, В блоках 10 вычитания производится вычитание текущего значения сигнала, поступающего с каждого фотоприемника 3, на значения сигнала, задержанного в блоке 9 задержки на время сканирования прямоугольной щелью 15 блока 2 развертки изображения наибольшей возможной ширины протяженного линейного объекта. Этим обеспечивается сравнение сигналов яркости фона по обе стороны от объекта zo для определения его локальности, Разностные сигналы, поступающие с выходов блока 10 вычитания, ограничиваются по амплитуде дополнительными амплитудными ограничителя- 25 ми li. Этим устраняется влияние на принятое решение абсолютной яркости фона и определяется только нали, чие или отсутствие различий в яркостях фона по обе стороны от объекта. 3о Нормализованные по амплитуде сигналы с выходов дополнительных амплитудных ограничителей 11 одновременно поступают на дополнительный сумматор 12. С выхода дополнительного сумматора 12 >5 сигнал, пропорциональный количеству поступающих на его входы однополярных импульсов, поступает на дополнительный пороговый элемент 13. При превышении сигналом выставленного поро- <О гового уровня вырабатывается сигнал, отсутствия локальности объекта, т. е, принимается решение, что это не протяженный линейный объект, а прямой край, так как есть различие в яркос- 45 тях фона по обе стороны от объекта. Этот .сигнал запирает ключ 8 по управляющему входу и не пропускает сигнал наличия прямоугольного края изображения объекта 15 с порогового 5о элемента 7 и на выход индикатора 16. Если сигнал с выхода дополнительного сумматора 12 не превышает выставленного порогового уровня в дополнительном пороговом элементе 13, то это оз- 55 начает, что нет различий в яркостях фона по обе стороны от объекта. Ключ 8 будет открыт,и. сигнал наличия края объекта с выхода порогового элемента 7 поступит на вход индикатора 16, включение которого сигнализирует о наличии протяженного линейного объекта. Изобретение позволяет значительно повысить надежность автоматического распознавания протяженных линейных объектов и может быть эффективно использовано при автоматизации процесса поиска и обнаружения этого класса объектов в натурных условиях и при анализе изображений на носителях информации, Формула изобретения Устройство для распознавания протяженных линейных объектов, содержащее оптически связанные объектив, блок развертки изображения и многоэлементный фотоприемник, каждый эпемент которого подключен через соответствующие последовательно соединенные фильтр и амплитудный ограничитель ко входу сумматора, выход которого соединен со входом порогового элемента, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения надежности распознавания, оно содержит блоки задержки, блоки вычитания, ключ и дополнительные амплитудные ограничители, сумматор и пороговый элемент, выход каждого элемента фотоприемника подключен к одному входу соответствующего блока вычитания непосредственно, а к другому — через блок задержки, выход блока вычитания через соответствующий дополнительный амплитудный ограничитель соединен со входом дополнительного сумматора, подключенного ко входу дополнительного порогового элемента, выходы пороговых элементов подключены ко входам ключа. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1, Авторское свидетельство СССР 9 336673, кл. G 06 К 9/13, 1972. 2. Авторское свидетельство СССР И 630524, кл. G 06 К 9/13, 1978, 3. Авторское свидетельство СССР Р 597274, кл. G 06 К 9/13, 1977 (прототип). 826372 Составитель О.Постников Редактор Е.Кинив Техред 3.Фанта| Корректор Н.Бабинец Заказ 2380/35 Тираж 745 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий ll3035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4
