Способ выделения контуров изображения объекта

 

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и предназначено для использования в промышленных работах. Цель изобретения - повышение точности выделения контуров изображений. Для каждого направления сканирования изображения объекта формируют видеосигнал, генерируют последовательность опорных импульсов, сравнивают видеосигнал с опорными сигналами, регистрируют моменты их совпадения, формируют исходную последовательность импульсов, сравнивают ее с опорной последовательностью импульсов и регистрируют моменты их совпадения, измеряют интервалы времени между зарегистрированными моментами совпадения импульсов и выделяют минимальные интервалы, на основе которых строят контур изображения объекта. Данная последовательность операций обеспечивает высокое отношение сигнал/шум при выделении. 7 ил.

СОЮЗ СО8ЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) (511 4 С 06 К 9/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А BTOPCKOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

1 (21) 4327673/24-24 (22) 16,11,87 (46) 23.11.89. Бюл, ¹ 43 (71) МВТУ им, Н,З,Баумана (72) Н1.И.Рассадкин и И,Б,Пимонов (53) 681,327(088 ° 8) (56) Претт У, Цифровая обработка изображений, — N.: Мир, 1982.

Авторское свидетельство СССР № 1119042, кл, С 06 К 9/00, 1983, (54) СПОСОБ В6ЩЛЕНИЯ КОНТУРОВ ИЗОБРАЖЕНИЯ ОБЪЕКТА (57) Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и предназначено для испо;ьзования в промышленных роботах, Цель изобретения повышение точности выделения контуИзобретение относится к автоматике и вычислительной технике и предназначено для использования в промышленных роботах, Целью изобретения является повышение точности выделения контуров изображения объектов, На фиг.1 изображены кривые, поясняющие процесс получения линий уровня яркости изображения; на фиг.2 — графики значений критерия эффективной локализации перепадов от отношения сигнал/шум, полученных при реализации предлагаемого способа и известного с использованием различных операторов контрастирования, на фиг.3 графики значений критерия эффективной локализации перепадов, полученных при реализации предлагаемого спосо2 ров изображений, Для каждого направления сканирования изображения объек та формируют видеосигнал, генерируют последовательность опорных импульсов, сравнивают видеосигнал с опорными сигналами, регистрируют моменты их совпадения, формируют исходную послед овательность импульсов, сравнивают ее с опорной последовательностью импульсов и регистрируют моменты их совпадения, измеряют интервалы времени между зарегистрированными моментами совпадения импульсов и выделяют минимальные интервалы, на основе которых строят контур изображения объекта, Панная последовательност1 операций обеспечивает высокое отнсшение сигнал/шум при выделении. 7 ил. ба и известного с использованием различных операторов контрастирования; на фи г, 4 — функциональная сх ема ус тройства, обрабатывающего по предлагаемому способу изображение, полученное с помощью телевизионного датчика, имеющего аналоговый выход ви деосигнала; на фиг.5 — временные диаграммы, поясняющие работу устройства; на фиг,б — изображение, вводимое с телевизионного датчика на вход устройства, обрабатывающего изображение по предлагаемому способу, и на вход ЭВМ, печатаюшей изображение; на фиг.,7 изображение, вводимое в ЭВМ, печатающую изображение с выхода устройства, обрабатывающего изображение по предлагаемому способу, 1524073 (1 ) 15

I = f(x, y) (2)

const, (3) (4) (5) Т Т (Т

- mr!! -1 - mrna >

I1-1 С3 где Т, „и T соответственно макзначение величины

i-й плоскости; некоторое постоянное значение разности между соседними

50

Устройство (фиг.4) для реализации предлагаемого способа содержит блок 1 формирования опорных сигналов, группу 2 коммутаторов, группу формирователей 3 импульсов, группу элементов

2 ИЛИ 4, элемент N — ИЛИ 5, элемент НЕ

6, триггер 7 .

Все элементы функциональных схем

Bbll1oëIIcHb! в соответствии со стандарт«IoII схемотехникой, Способ можно проиллюстрировать на примере сечения некоторой поверхности функции го ризонт!!льн«11и параллельными плоскостями установленными на равном расстоянии друг от друга, в ди,".пазоне от мини>1ального до максимального значений р;1ссматриваемой поверхнос TH функции (1) (фиг. 1) . 25

В точках пересечения плоскостей (2) с поверхностью функции (1) получают некоторые кривые L для которых

Т; +51; =I, + QI

1 ) симальное и минимальное значения

35 функции (1); плоскостями.

Тогда при проекции кривых 1.„ на !.Iocêocòü ХО« по !Учают линии уровня

1; поверхности функции (1), лежащие внутри части этой же плоскости, огра«и!ченной линиями 1,, „ и 1,„,, полученными также путем проекции линий границ or. ënñ, и максимальн«!х и минимальных 111,1чений поверхности !))ункции (1) соотв тс твенно (фиг, 1;l, Линии уровня стягиваются друг к другу при возрастании скорости изменения функции поверхности, т, е, расстояние между точками линий уровн>1, в которых скорость «!зменения функции поверхности достигает максимальное значение, и ближайшими точками соседних линий уровня имеет наименьшее значение.

Вследствие изложенного признаком яркостного перепада является наличие множества линий уровня на некотором участке горизонтальной плоскости изображения, сливающихся в одну линию при резких изменениях яркости, а центр яркостного перепада при плавных изменениях яркости характеризуется минимальным расстоянием ду соседними линиями уровня.

С целью pûÿâëåíèÿ эффективности локализации яркостных перепадов предлагаемым способом проводят эксперименты на тестовом изображении размерностью 64х64 элементов, яркость которых менялась в диапазоне 0-255. R центре тестового изображения находится вертикально ориентированный перепад яркости с переменным контрастом и крутизной наклона яркостного перепада. На изображение перепада наложен независимый гауссов шум со среднеквадратичным отклонением!.)

Результирующая картина ограничена по уровню в соответствии с диапазоном яркостей (0-255), Отношение сигнал/шум определяют как

S/N = H /1) 2 (6) где H — высота перепада, Качество локализации яркостного перепада оценивается величиной

R = (1/I ) 5 1/(I+gd ), (7) где Т =трах (I Т );

Ь!

I и Т вЂ” число точек перепадов

Г А в идеальном и реальном контурных препаратах; масштабный множитель; !! — расстояние между точкой действительного перепада и линией, состоящей из точек, идеального перепада, измеренное по нормали к этой линии, На фиг.2 приведены графики зависимости величины от отношения сигчал/шум для нескольких детекторов известного способа при следующих заданных параметр ах: о =1/9; H = 25; 1 = 1, где H — высота перепада; ширина перепада.

10 где Н

Il т — о

30 (9) h —. Н, 35

5 152

Также приведен график зависимости величины R от отношения сигнал/шум для предлагаемого способа с пятью секущими плоскостями при тех же заданных параметрах. Значения уровней секущих плоскостей определяются как

Т., = Т +((H-h )/(n-l))i, (8) высота яркостного перепада> амплитуда шума; максимальное число секущих плоскостей; минимальное значение яркостного перепада; номер секущей плоскости.

На фиг,3 приведены графики зависимости величины от ширины яркостного перепада для нескольких детекторов прототипа при следующих заданных параметрах:

Q =1/9; H = 25; S/N = 100, Кроме того, .приведен график зависимости величины К от ширины яркостного перепада для предлагаемого способа с пятью секущими плоскостями, Как видно из приведенных графиков (фиг.2 и 3), предлагаемый способ не уступает по качеству локализации яркостного перепада в диапазоне известному с наиболее удачными детекторами.

Устройство (фиг,4) содержит блок

1 формирования опорных сигналов, информационный вход которого соединен с соответствуюшим выходом управляющей ЭВМ и является вторым информ»ционным входом устройства, первый управляющий вход блока 1 формирования опорных сигналов является входом кадрового сигнала устройства, второй управляющий вход блока 1 формирования опорных сигналов соединен с соответ— ствующим выходом управляющей 3ВМ и является входом сигнала записи в устройство, третий упрлзляющий вход блока 1 формирования опорных сигналов является входом сигнала включения питания устройства, выходы блока 1 формирования опорных сигналов соединены с соответствующими входами группы компараторов 2, информационные входы которых соединены между собой и являются первым информационным входом устройства, а их прямые и инвертирующие

4073 6 выходы соединены с входами устройств группы формирователей 3 импульсов, входы которых попарно соединены с входами группы элементов 2-ИЛИ 4, а их выходы соединены с входами элемента

N-ИЛИ 5, выход которого соединен с первым управляющим входом триггера

7, второй управляющий вход которого является тактовым входом устройства, Устройство работает следующим образом.

При включении питания устройства импульс сигнала включения питания через соответствующий вход устройства попадает на соответствующие управляющие входы блока 1 формирования опорных сигналов, в результате чего сбрасывается содержание его регистров . После этого управляющая ЭВ11 устанавливает на втором инфор.1ацион— ном входе устройства величину сигнала в цифровой форме и годает сигнал

"Запись" с соответствующего ее выхода на соответствующий вход устройства, Видеосигнал с телевизионног датчика, поступающий на первый информационный вход устройс твл, по1:.»влет нл информационные входь1 I руlilli комп»рлторов 2„ а на их входь1 опорного сигнала поступает сигнал блок» 1 формировлния опорных сигналов, ь результлте ч =го происходит срлвнен11« 1111д«о сигн;лл с различными зн»чепцами о .орного сигнал», В случае, если ви;1««в сигнал изменяет свое положени1 или иную сторо11у по отношению к . «в тановл «иному на с оо тв е тс тв ующем в: д«одного из комплрл горов г; у;i>ii! -,»..1плр»торов 2, то на выходе этого комплра.ора сиги»л T»ê г изменяет сво« значение на противоположно«, li с выхо да соответствуюшего форми, ов»теля 11мпульсов группы формировлтелей 3 импульсов импульс через соотв«теткуKI щий элемент группы элементов 2-И.1И 4 поступает нл вход элемента N-И 1И 5., с выхода которого поступлет н» второй управляющий вход триггера 6, и в результате нл выходе триггер» 6 уст» навливается единичный сигнал, Тактовый сигнал елевизионн1 го длтчика, поступлюший нл соответствующий вход устройства, инвсртируется элементом HF. 6, н с его выхода пос тупает нз первый управляющий вход триггера 6, в резулi>т;1 I «чего выхoäной

1524073 сигнал триггера 7 все время сбрасывается в нулевое состояние инвертированным тактовым сигналом, Управляющая ЭВМ в процессе работы устройства обсчитывает текущий кадр

5 изображения с целью получения гистограммных характеристик изображения и по ним рассчитывает величины сигналов ! которые должны быть установлены на выходе блока 1 формирования опорных сигналов, По первому после записи кадровому импульсу на выходах блока I формирования опорных сигналов устанавливаются заданные сигналы. Таким образом, в процессе работы устройства значения сигналов на выходах блока 1 формирования опорных сигналов все время корректируются в соответствии с изменением изображения. 20

Устройство для реализации осуществляет фиксацию точек, в которь1х видеосигнал принимает значения, заданные управляющей ЭВМ, т. е, осуществляет 25 сечение поверхности изображения гориз онтальными параллельными плоскос тями и фиксирует линии уровня яркости изображения, 30

Выход устройства соединяется с входом любой ЭВМ, имеющей память, объем которой позволяет записать в нее кадр бинарного изображения, полученного от данного телевизионного

35 датчика, и способной построить контур изображения за некоторое допустимое время, удовлетворяющее техническим требованиям.

Проверку работоспособности устройства лр.водят следующим образом, С выхода телевизионного датчика видеосигнал одновременно подается на вход устройства и вход ЭВМ, которая записывает в свою память изображение.

Одновременно с этим другая ЭВМ, вход которой соединен с выходом устройства, записывает в свою память результаты обработки изображения устройством по предлагаемому способу. После этого оба записанных изображения распечатаны на печатающих устройствах этих ЭВМ, формула изобретения

Способ выделения контуров изображения объекта, заключающийся в формировании видеосигнала для каждого направления сканирования изображения объекта, генерирации последовательности опорных импульсов, сравнении видеосигнала с опорными сигналами, регистрации момента совпадения значений амплитуд видеосигнала с опорными сигналами и формировании исходной последовательности импульсов, о т л и— ч а ю шийся тем, что, с целью повышения точности, сравнивают исходную последовательность импульсов с опорной последовательностью импульсов и регистрируют моменты их совпадения, формируют интервалы времени, пропорциональные моментам совпадения импульсов, выделяют минимальные интервалы, регистрируют импульсы исходной последовательности, соответствующие минимальным интервалам времени, и по совокупности полученных сигналов для каждого направления сканирования судят о контуре изображения объекта, 1524073

Hahw

N hw Н7 /1 евгение пласкостяии

60

10

Восточиый лурсо5ой оператор

Ф г.

ОпеРатор Кирша

ramie

15 4073

80 бО точныц" р содой

eparvop

Оператор Робертса с суммой аос. разностей

Фиг.5

Taxm. (ю датчика) (urn ucm num.) ) 524073

Видео

>пп Н оп1 оп t

Вих. 2

5hg. 2.

Вых. Z

Вых 2. дых. 2.

Вых.

Вых. И

Вых. 4

Вых. It.H

Вых 5

Такт

Вых. 7

1524073

1 °

II

II

° И ° ° g

I ,I

1 l.

° 1 1

° l ! ° I

1

1 1 ! ° )!

)

Составитель А.Краснов

Редактор М,Бланар Техред М.Ходанич Корректор В.Кабаций

Заказ 7045/51

Тираж 668

Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101