Устройство для распознавания изображений

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ РАСПОЗНАВАНИЯ ИЗОБРАЖЕНИЙ, содержащее блоки формирования признаков, каждый из которых состоит из последовательно соединенных компаратора, элемента М и счетчика, выходы которых подключены к одним из входов блока классификации, блок памяти и генератор импульсов, отличающееся тем, что, с целью упрощения устройства, оно содержит оптически связанные узел вращения изображения и позиционно-чувствительный фотоприемник, блок задания порогов, распределитель импульсов, первый и второй формирователи импульсов и нуль-орган, входы которого подключены к выходам позиционно-чувствительного фотоприемника, выход которого подключен к входам компараторов блоков формирования признаков, входы первого формирователя импульсов соединены с выходом нуль-органа и узла вращения изображения, выход блока классификации подключен к входу второго сл формирователя импульсов, выход которого соединен с входом блока памяти , выход которого подключен к входу распределителя импульсов, выход которого соединен с другим входом блока классификации. эо 4 4 эь

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИ)(РЕСПУБЛИН (19) (11).

3(50 С 06 К 9 00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ! К ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OTHPbITMA (21) 3476603/18-24 (22) 30.07.82 (46) 07.03.84. Бюл. М 9 (72) О.К. Аробелидзе, Е.N. Беломестнов и В.Д. Зотов (71) Ордена Ленина институт проблем управления (53) 621.391.19(088.8) (56) 1. Катыс Г.П. Оптические информационные системы роботов-манипуляторов, М., "Машиностроение", 1977, с. 39-40.

2. Патент СИА )C 3959771, кл. 340-146 ° 3, опублик. 1976.(прототип). (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ РАСПОЗНАВАННЯ НЗОБРАЖЕНИЙ, содержащее блоки формирования признаков, каждый из которых состоит из последователь. но соединенных компаратора, элемента П и счетчика, выходы которых подключены к одним vç входов блока классификации, блок памяти и генератор импульсов, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью упрощения устройства, оно содержит оптически связанные узел вращения изображения и позиционно-чувстви тельный фотоприемник, блок задания порогов, распределитель импульсов, первый и второй формирователи импульсов и нуль-орган, входы которого подключены к выходам позиционно-чувствительного фотоприемника, выход которого подключен к входам компараторов блоков формирования признаков, входы первого формирователя импульсов соединены с выходом нуль-органа и узла вращения изображения, выход блока классификации подключен к входу второго формирователя импульсов, .выход которого соединен с входом блока памяти, выход которого подключен к входу распределителя импульсов, выход которого соединен с другим входом блока классификации.

1078446

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике, в частности к устройствам распознавания изображений, и может быть использовано для распознавания промышленнь>х иэделий роботами при автоматизации технологических операций.

Известно устройство для распознавания изображений, используемое в промышленных роботах, содержащее блок визуального управления, блок управления, телекамеру и сервопривод. Это устройство обеспечинает распознавание объектов, движущихся с постоянной скоростью на подвижном конвейере (1) .

Недостатком известного устройстна является его сложность и высокая стоимость вследствие необходимости применения сложных электроиных блоков интерфейса и мощной ЭВМ с 1в16ы1сооо1к<1и<м М б 6ыстродействием и больщим объемом оперативной памяти.

Наиболее близ ким к предлагаемому по технической сущности является устройство для распознаванйя изображе ний, содер><ащее блоки формирования признаков, каждый из котор.хх состоит из последовательно соединенн ных компаратора, элемент а И и счетчика, выходы которых подключены к одним из входов блока классификации, блок памяти и генератор импульсов.

Устройство содержит также блок управления ма11ипулятоpом (=BN) телекамеру и осуществляет опознавание объектов, движущихся на конвейерной ленте. Телекамера соединена через схему отбора и схему квантования с первыми входами элементов И, вторые входы которых соед1>иены с выходами соответствующих генераторов стробирующих сигналов и через соответствующие элементы

И>П!,.:; <åò÷èêê и ко 1параторы с блоко."; управления 2) . Эд а о с.>ож11ос ь и стоимость это-, Го с". >л<стн а о OT BKT ся высокиъ<и и 1С 1 O:3BO>! ßÞÒ ШИРОКО ПРИМЕ Н ЯТЬ В ПРО мь>н1лен1:о 1 автоматике. Кроме того„ это устр >йство не обеспечивает рас,1оз пав,>н1>е сс;ъектон, произвольно эрне нтиронан вы>. в поле зрения (от"утстнует иннариантность к повороту обьектов) .

Цель изобретения — упрощение устpoйства.

Указанна;. цель,цостигаетс.- тем, :>то устройство для распознавания изображений, соде<>жащее блоки фор-, мирования признаках., каждый из которьпс состоит 13 посл донательно соединенных компаратгй а,, элемента И и счет".1и кз, я> YG,?;6):- 07 0p61>< подключены к одним <з н><опон C.ï- o><.:< клас.с !-.ô;! ка 5

15 ю

55 дии, блок памяти и генератор импульсов, содержит оптически связанные узел вращения изображения и позицион но-чувствительный фотоприемник, блок задания порогов, распределитель импульсов, первый и второй формирователи импульсов и нуль-срган, входы которого подключены к выходам позицHoHHo-÷óâñòâèòåëüíoão фотоприемника, выход которого подключен к входам компараторов блоков формирования признаков, входы первого формирователя импульсов соединены с выходом нуль-органа и узла вращения изображения, выход блока классификации подключен к входу второго формирователя импульсов, выход которого соединен с входом блока памяти, выход которого подключен к входу распределителя импульсов, выход которого соединен с другим входом блока классификации.

На фиг. 1 приведена блок-схема устройства для распознавания изображенис, на фиг. 2 — структурная схема узла нращения изображения, на фиг. 3 — функциональная схема одного из возможных вариантов позиционно-чувствительного фотоприем ника, на фиг. 4 — вариант реализации блока задания порогов, на фиг.5 вариант реализации блока классификации, на фиг. б — временная диаг.рамма выделения импульсов в одном из идентичных каналов блока форми— рования импульсов.

Устройство для распознавания изобра>кения содержит (фиг. 1) блок

1 преобразования иэображения, блоки 2 формирования признаков, блок

3 задания порогов, генератор 4 импульсов, формирователь 5 импульсов, блок 6 памяти, распределитель

7 импульсов, блок 8 классификации.

Блок 1 преобразования изображения содержит узел 9 вращения изображения, позиционно-чувствительный фотоприемник 10, нуль-орган 11 и формирователь 12 импульсов, а каждый из блоков 2 формирования признаков содержит компаратор 13, элементы И 14 и 15 и счетчики 16 и 17.

Узел 9 вращения иэображения (фиг. 2) содержит призму 18 Доне, источники 19 и 20 и приемники 21 и 22 излучения, диск 23 с прорезью, усилители 24 и 25, триггеры 26 и 27, корпус 28.

Позиционно-чувствительный Фотоприемник (фиг, 3) содержит полупроводниковую пластину 29, токосъемные электроды 30 — 33 центральный электрод 34, кольцевой электрод

35, источник 36 напря>кения радиаль. ного электрического поля и усилители 37 и 38.

1078446

Блок 3 задания порогов (фиг. 4) содержит амплитудный детектор 39, эмиттерный повторитель 40, делитель

41 напряжения.

Блок 8 классификации содержит (фиг. 5) регистры 42-44, узлы 45 вычитания, схемы 46 сравнения, элементы ИЛИ 47, дешифраторы 48-50, элементы И 51-56.

УстройСтво распознавания изображения работает следующим образом.

Изображение распознаваемого объекта, движущегося на конвейерной линии, проецируется на чувствительную поверхность позиционночувствительного фотоприемника 10, токосъемные электроды 31 и 32 которого через нуль-орган 11 определяют совпадение энергетического центра изображения с геометрическим центром позиционно-чувствительного, фотоприемника 10. В это же время в узле 9 вращения изображения вырабатывается сигнал, определяющий период вращения изображения, который с сигналом с нульоргана 11 в формирователе 12 обеспечивает формирование стробирующего .сигнала, подаваемого на элементы И 14 в блоках 2 формирования признаков.

Аналоговый сигнал с позиционночувствительного фотоприемника 10 через усилитель 38 поступает на компараторы 13, где происходит их сравнение с пороговыми напряжениями, выработанными в блоке 3 задания порогов, и их преобразование в дискретный сигнал. Дальнейшая обработка сигнала производится по двум каналам каждого блока 2 формирования признаков.

В первом канале определяется суммарная длительность импульсов за период вращения иэображения с компараторов 13, дл . этой цели на счетные входы счетчиков 16 поступают сигналы с генератора 4 импульсов, стробируемые сигналы с компараторов 13 и формирователя 12.

Стробирование происходит в элементах .И 14. Счетчики 16 считывают импульсы за время, которое соответствует одному полному обороту изображения. На выходах счетчиков 16 для каждого блока 2 формирования признаков получаются числа, пропорциональные количеству импульсов генератора 4 импульсов, которые составляют код данного распознаваемого объекта.

Во втором канале блоков 2 считывается число импульсов с компараторов 13 за период вращения изображения. Для этой цели на счетные входы счетчиков 17 поступает сигнал через элементы И 15 с компараторов 13. Счетчики 17 считывают эти импульсы, которые как и импульсы, сосчитанные счетчиками 16 являются значениями кодов признаков распознаваемых объектов. Сигналы кодов со счетчиков 16 и 17 поступают на соответствующие входы блока 8 классификации, где происходит их сравнение с эталонными кодами и фор10 мирование сигнала, определяющего распознаваемый объект „т .е. при нятие решения об объекте. При отсутствии сигнала распознавания на выходе блока 8 классификации формирователем 5, выполненным в виде много35 входового элемента HJIH, формируется управляющий сигнал смены эталона °

Рассмотрим работу отдельных блоков предлагаемого устройства. Блок

1 преобразования изображения служит

2О для преобразования оптического иэображения распознаваемого объекта в электрический счгнал и содержит узел вращения иэображения, позиционночувствительный фотоприемннк 10, 25 нуль-орган 11 и формирователь 12.

В блоке преобразования изображения осуществляется радиально-круговая развертка изображения (когда оценивается суммарное значение освещен3() HocTи всех точеg вдоль радиу=а, вращаемого при развертке). Для этой цели в узле 9 вращения изображения (фиг. 2) происходит вращение иэображения распознаваемого объекта при помощи, например, призмы 18 Дове.

Симметрично относительно оси вращения расположены две пары оптически связанных источника 19 (20) излучения и приемника 21 (22) излучения, Meжду которыми вращается

4О диск 23 с прорезью, жестко механически связанный с призмой Дове.

Призма 18 Дове с диском 23 вращаются с постоянной скоростью, при этом через щель поочередно освещаются

45 приемники 21 и 22 излучения (например, фотодиоды). Сигналы, получаемые от приемников 21, 22 излучения представляют собой метки начала и конца периода вращения изображе50 ния. Одному обороту изображения соответствует время между срабатыванием одного 21 и второго 22 приемника излучения. Сигналы от приемников 21 и 22 излучения усиливают55 ся в усилителях 24 и 25 и поступают .на триггеры 26 и 27, где формируется сигнал периода вращения изображения, который поступает на формирователь 12. Через узел 9 вращения

60 иэображения изображение объекта проецируется на чувствительную поверхность позиционно-чувствительного фотоприемника 10. В качестве фотоприемника могут быть применены по65 зиционно-чувствительные Фотоприем1078446 ники: кнандрантный фотодиод, пози— ционно-чувствительный фотоприемник с продольным эффектом и позиционночувствительный фотоприемник с радиальным электрическим полем. Наиболее эффективно применение фотоприемника с радиальным электрическим полем, который представляет собой (фиг. 3) монокристаллическую полупроводниковую пластину 29, содержащую четыре ортогонально располо10 женных токосъемных электрода 30-33, центральный 34 и кольцевой 35 электроды. Позиционно-чувствительный фотоприемник 10 такого типа энергетического центра оптического изображения объекта, так и преобразовать оптическое изображение в и нформацио н ный эле ктриче ский си гнал, и з которого определяют з начения признаков изображения.

Нуль-органы 11 используются для определения момента совпадения энергетического центра оптического изображения с .геометрическим центром позиционно-чувствительного фотоприемника 10 и отработки строби20

25 рующего сигнала, подаваемого на формирователь 12 импуль"îâ,,где совместно с сигнало л от узла 9 вращения изображения вырабатывается сигнал, поступающий на элементы И 14 каждого блока 2 формирования признаков.

Распознаваемые объекты движутся на конвейерной пинии и зафиксированы по одной координате (например, по вертикальному направлению у).

Поэтому задача совпадения центров сводится к совпадению координаты центров по горизонтальному напранпению (координата X). 40

Блоки 2 формирования при знаков

;: ужат для обработки электрического сигнала, поступающего с блока 1

<<реобразования изображения.

Принцип выделения импульсов для 45 формирования признаков на примере одно го;:..ала поясняет ся временной,::а..:аммой (фиr. 6) . Количество бло ков 2 определяется классом распоз аваемых объектов и требованиями к тс чности распознавания. Блоки формирования признаков отличаются только уровн.--.м порогового напряжения, подана-".-мого на компараторы

13 с блока 3 задания порогов.

Блок 3 задания порогов (фиг. 4) служит для автоматического формирования порогового напряжения„ подаваемого на установочные входы компараторон 13 блоков 2 формирования признаков. Амплитудный детектор 39 определяез величину мак50

60 позволяет определить как координаты 1 5 симального сигнала с позиционно— чувствительного фотоприемника 10 и . через эмиттерныи повторитель 40 подае этот сигнал на делитель 41 напряжения, где и формируются пороговые напряжения для компараторов

13 каждого блока 2 формирования признаков.

Генератор 4 импульсов служит для выработки прямоугольных импульсов с частотой, намного превышающей частоту обрабатынаемого электрического сигнала с компараторов 13.

Предлагаемое устройство обеспечивает формирование признаков изобра женин, инвариантных и к освещенности, и к ориентации обрабатываемых изображений (число импульсов с компараторов за период вращения и их суммарная длительность не зависят от ориентации изображения). Это гозволяет описывать изображение набо— ром инвариантных признаков.

Кроме того обеспечивается инвариантность к скорости вращения, так как каждый из блоков 2 обеспечивает получение признака, пропорционального длительности периода вращения.

В блоке 8 классификации информация со счетчика 16 и регистра 42 о текущем и эталонном признаках в виде числа импульсов поступает на узел

45 вычитания, где эти два числа (признака) вычитаются и результат в схеме 46 сравнения сравнивается с допускаемым значением близости признаков, который определяется экспериментально в процессе обучения устройства и поступает íà регистр 43 с блока 6 памяти. B схеме 46 сравнения происходит анализ близости признаков и в случае выполнения условий близости через элемент ИЛП 47 дается разрешение на дешифрацию информации н дешифраторе

48 со счетчиков 16 блоков 2 форми— ронания признаков. С помощью элементов 54-56 формируются сигналы о распознаваемом объекте в совокупности по всем каналам.

Таким образом, благодаря использованию полупроводникового позиционно-чувствительного фотоприемника в блоке преобразования изображений вместо телекамеры, а также включе— нию высокопроизводительной 3ВМ и использованию вместо нее блока классификации из небольшого количества логических элементов обеспечивается упрощение известного устройства.

Предпагаемое устройство более экономично, позноляет осуществить распознавание„ инвариантное к повороту, уменьшить габариты и энергоемкость.

1078446

1078446 кан 2, У,И

1078446

1078446

Ug„

Составитель Т. Ничипорович

Редактор H. Руднева Техред С,Легеза 1:орректор О. Билак

Заказ 965/43 Тираж 699 Подписное вНИНПН Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, й-35, Раушская наб., д. 4/5

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