Устройство выделения окрестности объекта в телевизионном изображении

 

1. УСТРОЙСТВО ВЫДЕЛЕНИЯ ОКРЕСТНОСТИ ОБЪЕКТА В ТЕЛЕВИЗИОННОМ ИЗОБРАЖЕНИИ, содержащее последовательно соединенные формирователь сигнала изображения и блок стробирования, первый и второй выходы Которого подключены к первому и второму входам формирователя сигнала контурного изображения, а также блок формирования стробирующих импульсов, первь1Й и второй выходы которого подключены к второму и третьему входам блока стробирования, о тличающееся тем, что, с, целью сокращения времени выделения объекта, в него введен блок селекции первой пространственной гармоники, включенный между первым и вторым выходами формирователя сигнала контурного изображения и соответственно первым и вторым входами блока формирования стробирующих импульсов, причем первый и второй выходы блока формирования сигнаi ла контурного изображения подключены соответственно к третьему и четвертому входам СЛ блока формирования стробирующих импульсов.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ . СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

„„SU,» 105 4

3<5ц Н 04 и 7/18

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

M ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3004575/18 — 09 (22) 11.11.80 (46) 23.11.83. Бюл,. Р 43 (72) 10.Б.Зубарев, В.Н.Ульянов, И.Г.Александ1юва, В,Н.Черненков и В.Т.Ярыш (71) Московский ордена Трудового Красного

Знамени электротехнический институт связи (53) 621.376.32 (088.8) (56) 1. Патент США No 3562423, кл. 178 — 6.8, 1971.

2. Авторское свидетельство СССР Р 474812, кл. G 06 f 15/46, 1975 (прототип).. (54) (57) 1. УСТРОЙСТВО ВЫДЕЛЕНИЯ ОКРЕСТНОСТИ ОБЪЕКТА В ТЕЛЕВИЗИОННОМ

ИЗОБРАЖЕНИИ, содержащее последовательно соединенные формирователь сигнала изображения и блок стробирования, первый и второй выходы которого подключены к первому и второму входам формирователя сигнала контурного изображения, а также блок формирования стробирующих импульсов, первый и второй выходы которого подключены к второму и третьему входам блока стробирования, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что, с. целью.сокращения времени выделения объекта, в него введен блок селекции первой пространственной гармоники, включенный между первым и вторым выходами формирователя сигнала контурного изображения и соответственно первым и вторым входами блока формирования стробирующих импульсов, причем первый и второй выходы блока формирования сигнала контурного изображения подключены соответственно к третьему и четвертому входам блока формирования стробирующих импульсов.

56476

1О

2.Устройство по п. l,от лича ющее с я тем, что формирователь сигнала контурного изображения содержит последовательно соединенные блок дифференцирования по строке, вход которого является первым входом формирователя сигнала контурного изображения, и вычислитель модуля результата дифференцирования по строке, выход которого является первым выходом формирователя сигнала контурного изображения, а.также последовательно соединенные блок дифференцирования по кадру, вход которого является вторым входом формирователя сигнала контурного изображения, и вычислитель модуля результата дифференцирования по кадру, выход которого является вторым входом формирователя сигнала контурного изображения, 3, Устройство по и. 1, отличаю щ ее с я тем, что блок формирования стробирующих импульсов содержит формирователь строб

--импульсов по строке, вход которого является первым входом блока формирования стробирующих импульсов, а выход покдлючен к первому входу первого элемента И и является первым выходом блока формирования стробирующих импульсов, и формирователь стробимпульсов по кадру, вход которого является вторым входом блока формирования стробирующих импульсов, а выход подключен к первому входу второго элемента И и является вторым выходом блока формирования стробирующих импульсов, вторые входы первого и второго элементов И являются соответственно третьим и четвертым входами блока формирования стробирующих импульсов, а выходы их подключены к первому и второму входам сумматора, выход которого является выходом устройства. вход схемы И соединен с выходом блока пространственно — временной обработки в своем канале обработки; сумматор, входы которого соединены с выходами логических схем И в каналах горизонтальной и вертикальной обработки сигнала изображения (11.

Недостатком данного устройства является малое быстродействие, обусловленное необходимостью предварительного определения размеров и места положения окрестности объекта, осуществляемого оператором.

Наиболее близким техническим решением является автоматический анализатор парамет30

Изобретение относится к телевидению и может быть использовано в системах распознавания образов и в устройствах слежения за объектом.

Известно устройство выделения окрестности объекта, которое содержит канал обработки сигнала изображения по горизонтали и канал обработки сигнала изображения по вертикали, каждый из которых включает в себя блок регулировки размеров и места положения обла- tO сти стробирования, блок формирования стробирующих импульсов, вход которого соецинен с выходом блока регулировки; блок стробирования, один из входов которого соединен с выходом блока формирования стробирующих импульсов; блок пространственно — временной обработки сигнала изображения, вход которого соединен с выходом блока стробирования и параллельно — с одним из входов логической схемы И в соседнем канале обработки; второй 2р

2 ров совокупности объектов, в частности, выделяющий окрестность объекта в телевизионном изображении, содержащий последовательФ но соединенные блок формирования сиг ала иэобра>кения, блок анализа изображения, блок определения координат крайних точек объекта, блок формирования сигнала контурного изображения, блок формирования стробирующих импульсов и блок стробирования, сигнальный вход которого соединен параллельно с выходом блока формирования сигнала изображения и с входом блока определения координат крайних точек объекта, а выходы — с соответствующими входами блока формирования сигнала контурного изображения (21.

Недостатком известного устройства является последовательный анализ изображения на наличие обьекта, что значительно увеличивает время выделения окрестности объекта в телевизионном изображении. Кроме того, известное устройство позволяет вьщелять окрестности точько объектов с четко выраженными границами без разрывов и не обладает устойчивостью к помехам.

Цель изобретения — уменьшение времени вьщеления окрестности объекта, Поставленная цель достигается тем, что в устройство выделения окрестности объекта в телевизионном изображении, содержащее последовательно соединенные формирователь сигнала изображения и блок стробирования первый и второй выходы которого подключены к первому и:второму входам формирователя

1056476 сигнала контурного изображения; а также бло формирования стробирующих импульсов, первый и второй выходы которого подключены к второму и третьему входам блока стробирования, введен блок селекции первой пространственной гармоники, включенный между первым и вторым выходами формирователя сиги ла контурного изображения и первым и вторым входами блока формирования стробирующих импульсов, причем первый и второй выхо ды блока формирования сигнала контурного иэображения подключены соответственно к третьему и четвертому входам блока формирования стробирующих импульсов.

При этом формирователь сигнала контурного изображения содержит последовательно соединенные блок дифференцирования по строке, вход которого является первым входом форм рователя сигнала контурного изображения, и вычислитель модуля результата дифференцирования по строке, выход которого является первым выходом формирователя сигнала контурного изображения, а также последовательно соединенные блок дифференцирования по кадру вход которого является вторым входом формирователя сигнала контурного изображения, и вычислитель модуля результата дифференцирования по кадру, выход которого является вторым выходом формирователя сигнала контурного изображения.

Кроме того, блок формирования стробирующих импульсов содержит формирователь стробимпульсов по строке, вход которого является первым входом блока формирования стробирующих импульсов, а выход подключен к первому входу первого элемента И и является первым выходом блока формирования стробирующих импульсов, и формирователь стробимпульсов по кадру, вход которого является вторым входом блока формирования стробирующих импульсов, а выход подключен к первому входу второго элемента И и является вторым выходом блока формирования стробирующих имт ульсов, вторые входы первого и второго элементов И являются соответственно третьим и четвертым входами блока формирования стробирующих импульсов, а выходы их подключены к первому и второму входам сумматора, выход которого является выходом устройства.

На фиг. 1 представлена стуктурная электрическая схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 — эпюры сигналов в некоторых точках схемы.

Устройство выделения объекта в телевизионном сигнале содержит формирователь 1 сигнала изображения, блок 2 стробирования, блок 3 формирования сигнала контурного изображения, блок 4 формирования стробирующих HMJTYJlbcoB блок 5 селекции первой про странственной гармоники, блоки стробирования по строке 6 и по кадру 7, блоки дифференцирования по строке 8 и по кадру 9, вычислители модуля результата дифференцирования по строке 10 и по кадру 11, блоки сеа- лекции первой пространственной гармоники по строке 12 и по кадру 13, формирователи стробимпульсов по строке 14 и lio кадру 15у

-10 первый элемент И 16, второй элемент И 17 и сумматор 18.

На фиг. 2 представлены эпюры сигналов: а, 2 — сигнал на одном из выходов блока 5 (фиг. !) селекции первой пространственной

15 гармоники, б, д — сигнал на том же выходе блока 5 после фиксации, 8 е — сигнал на одном из выходов формирователя 4 стробируи- ющих импульсов.

Устройство работает следующим образом.

20 Сигнал изображения с выхода блока 1 поступает на информационный вход блока 2 стробирования, где подвергается стробированию по строке (гориэонтали) и по кадру (вертикали) импульсами, сформированными в блоке 4

25 формирования стробирующих импульсов. Стробирующие импульсы, поступающие на второй вход блока 2 стробирования, являющийся управляющим входом блока 6 стробирования по строке (т.е. горизонтального), и на третий вход блока 2 стробирования, являющийся управляющим входом блока 7 стробирования по кадру (т.е. вертикального), формируются из ограниченных первых пространственных гармоник

Фурье — разложения изображения по горизонта- .

35 ли и по вертикали, выделенных блоками 12 и 13 из сигнала изображения, повергнутого пространственно — временной обработке.

Пространственно —.временная обработка сигнала изображения заключается в дифферен40 цировании сигнала изображения по строкам и по кадру и вычислении модулей результатов дифференцирования. Дифференцирование сигнала изображения осуществляется в блоке 8 дифференцирования по строке и в блоке 9 диффе45 ренцироваыия по кадру. Модули результатов дифференцирования вычисляются для обеспечения однополярности сигнала контурного изображения в вычислителе 10 модуля результата дифференцирования по строке и в вычислителе 11 модуля результатов диффиренцирования по кадру.

Таким образом, на входы блоков 12 и 13 поступает однополярный сигнал контурного изображения.

Первая пространственная гармоника Фурье—

55 разложения контурного изображения по горизонтали, выделенная блоком 12, поступает на вход формирователя 14 стробимпульсов tlo строке. Первая пространственная гармоника

105647б

Фурье — разложения по вертикали, выделенная блоком 13, поступает на вход формирователя

15 стробимпульсов по кадру.

Формирователи 14 и 15 включают в себя схемы фиксации первой пространственной гар- 5 моники и собственно формирователи импульсов стробирования (не показаны).

В формирователе 14 осуществляется автоматическая регулировка горизонтальных размеров области стробирования объекта на телевизион- 10 ном изображении.

Формирователь 15 выполняет функцию регулятора вертикальных размеров области стробирования.

На фиг, 2 изображены эпюры первой про- 15 странственной гармоники Фурье — разложения изображения в случае, когда изображение находится целиком внутри области стробирования (фиг, 2а) и в случае, когда изображение объекта сечется областью стробирования (фиг. 2 r). 20

Когда область стробирования сечет изображение объекта (т.е., когда размеры области стробнрования меньше, чем требуется) происходит резкое уменьшение амплитуды первой пространственной гармоники Фурье — разложения изоб-25. ражения.

Уровень фиксации, обозначенный И и показанный пунктирной линией на фиг. 2б и д, постоянен, Поэтому при уменьшении амплитуды первой пространственной гармоники после ее фиксации происходит увеличение угла отсечки, увеличение длительности стробируюшего импуль са, т.е. увеличение области стробирования объекта.

Стробированный сигнал изображения под35 вергается дифференцированию по строке в блоке 8 и по кадру в блоке 9, Затем в блоках 10 и 11 осуществляется вычисление модулей результатов дифференцирования.

Далее осуществляется двумерное стробиро40 ванне области изображения объекта в каналах горизонтального и вертикального выделения контуров. Сигнал, стробированный по горизон- тали, после дифференцирования и вычисления модуля результата дифференцирования под45 вергается операции логического умножения с сигналом в канале вертикальной обработки изображения, а сигнал, стробированный по вертикали, подвергается логическому умножению в канале вьщеления горизонтальных контуров. Операция логического умножения вы50 полняется логическими элементами И 16 (ка- нал выделения горизонтальных контуров) и

17 (канал вьщеления вертикальных контуров).

Для полного вьщеления окрестности объекта в телевизионном изображении результаты логического умножения суммируются сумматором 18 (фиг. 1).

Известные устройства выделения окрестности объекта как с ручным, так и с автоматическим выделением обладают недостаточно высоким быстродействием и низкой помехоустойчивостью по сравнению с предлагаемым, так как они не позволяют выделить объект до его распознавания, Необходимым этапом обработки в известных системах выделения окрестности объекта, в том числе, и в автоматических, является целеуказание объектов, подлежащих выделению, осуществляемое либо вручную, либо дополнительным устройством, осуществляющим последовательный анализ всех участков изображения на наличие объекта. В первом случае время выделения окрестности объекта определяется. скоростью реакции оператора, а во втором случае — производительностью существующих вьгяслительных средств, а также количеством информации., содержащейся в обрабатываемом изображении, которое значительно увеличивается при наличи помех в поле зрения телевизионного датчика.

Таким образом, при последовательном анализе всех участков изображения на наличие объекта возникает проблема обработки большого количества информации, содержащейся в изображении, поэтому техническая реализация известных устройств вь деления окрестности объектов возможна лишь для очень экого класса выделяемых объектов, имеющих очень высокий относительный контраст, четко выраженные границы без.разрывов, и при условии использования специальных методов подавпения помех, Предлагаемое устройство, в отличие от известных„позволяет производить целенаправленный анализ изображения в условиях помех в реальном масштабе времени развертки изображения, который осуществляется за счет выделения селекторами из контурного сигнала изображения (т.е. из последовательности прямоугольных импульсов перепадов яркости изображения) напряжения, пропорционального первой пространственной гармонике Фурье — разложения изображения по строкам и напряжения, пропорционального первой пространственной гармоники Фурье †разложен изображения по кадру, и формирования из них стробирующих импульсов, При этом в предлагаемом устройстве использовано известное из теории линейных электрических цепей свойство совпадения положения максимума первой гармоники последовательности прямоугольных импульсов положению самих импульсов, а также использована пропорциональная зависимость между длительностью импульсов и амплитудой первой гармоники разложения этих импульсов в ряд Фурье.

10564

Использование этих свойств в предлагаемом устройстве позволяет автоматически определить местоположение и размеры стробирующих им. пульсов по фазе и амплитуде первой гармоники Фурье-разложения последовательности им- 5 пульсов, представляющих собой контурный сигнал изображения самих объектов, т;е. отстробировать иэображение объекта оптимальным образом и в реальном масштабе времени, т.е. при использовании указанных свойств отпадает необходимость в предварительном анализе всего иэображения на наличие объекта и сокращается время выделения объекта.

Кроме того, использование блока селекции первой пространственной гармоники Фурье — раз- 15 ложения изображения позволяет, не увеличивая время анализа, повысить помехоустойчн76 8 вость устройства вьщеления окрестности объектов, поскольку блок селекции является узкополосным блоком, имеющим очень слабую чувстBHTeJlbHocIb к флуктуационным и импульсным помехам, а также к разрывам в контуре изображения объекта.

Следует отметить, что предлагаемое устройство выполняет лишь функцию предварительной обработки изображения.

Применение предлагаемого устройства в системах распознавания позволяет решить одну из важнейших проблем распознавания, известную в литературе как проблема порочного круга", и заключающуюся в том, что для то-. го, чтобы распознать объект, необходимо прежде его выдел пь, но чтобы выделить, нужно его распознать.

НИИПИ Заказ 9345 57 Ти ж 677 По слое .

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4