Устройство для определения положения объекта на изображении

 

Изобретение относится к цифровой обработке изображений и может быть использовано в системах распознавания, промышленных роботах и других областях техники. Цель изобретения - повышение точности определения координат объекта - достигается за счет использования бинарного изображения объекта при вычислении значений разностной корреляционной функции эталона и текущего изображения. Бинарное изображение объекта позволяет исключить из эталонного изображения участки фона. 10 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

С 06 К 9/36

Зи;L

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬС ГВУ Ж -д

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЦТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (61) 1427396 (21) 4439523/24-24 (22) 07.05.88 (46) 07.06.90. Бюл. №- 21 (71) Рязанский радиотехнический институт (72) Б.А.Алпатов, А.А.Селяев, А.И.Степашкин и С.И.Хлудов (53} 681.32.7,12 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 1427396, кл. С 06 К 9/36, 1987 ° (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОЛОЖЕНИЯ ОБЪЕКТА НА ИЗОБРАЖЕНИИ

Изобретение относится к автоматике, в частности к устройствам для определения положения объекта на изображении, может быть использовано в системах распознавания и совмещения изображений объектов и является усовершенствованием устройства по авт. св. ¹ 1427396, Цель изобретения — повышение точности устройства.

На фиг, 1 представлена блок-схема устройства; на фиг. 2 - схема коррелятора; на фиг. 3 — схема блока вычисления бинарного изображения объекта; на фиг. 4 — схема изображения. объекта; на фиг. 5-10 — временные диаграммы управляющих сигналов.

Устройство (фиг. 1} содержит первый блок 1 памяти, блок 2 временного сглаживания, коммутатор 3, блок 4 управления, второй блок 5 памяти, кор..SU„„ I 569853

2 (57) Изобретение относится к цифровой обработке изображений и может быть использовано в системах распознавания, промьппленных роботах и других областях техники. Цель изобретения— повышение точности определения координат объекта — достигается за счет использования бинарного изображения объекта прп вычислении значений разностной корреляционной функции эталона и текущего изображения. Бинарное изображение объекта позволяет исключить из эталонного изображения участки фона. 10 ил. релятор 6, блок 7 определения координат, блок 8 формирования бинарного изображения и третий блок 9 памяти, Коррелятор .6 содержит вычитатель

10, блок 11 постоянной памяти (БПП), . („Д сумматор 12 и регистр 13. С5

Блок 8 вычисления бинарного изо- р бражения объекта содержит блоки 14 и р

15 оперативной памяти (БОП), сумма.торы 16 и 17, вычитатель 18, блоки

19-21 постоянной памяти (БПП), регистры 22-24, элемент ИЛИ 25.

При составлечии временных диаграмм считалось, что текущее изображение G имеет размерность 8 8 элементов, эталонное изображение Н и бинарное изображение Z объекта — 4 4 элементов, сглаженное изображение V объекта " 6 6 элементов.

Устройство работает следующыч образом.

1569853

На вход блока 1 памяти текущего изображения поступает сигнал текущего телевизионного изображения. Период обработки этого сигнала устройст5 вом можно разделить на несколько этапов (фиг. 5): первый — запись текущего телевизионного изображения в блок 1 памяти; второй — определение координат объекта на текущем телевизионном иэображении в корреляторе б и блоке 7 определения координат; третий — межкадровое сглаживание иэображения объекта в блоке 2 времен- 15 ного сглаживания; четвертый — вычисление бинарного изображения объекта в блоке 8 и sa-. лись его в блок 9; пятый — обновление эталонного изо- 20 бражения в блоке 5 памяти эталонного изображения.

На первом этапе на вход блока 1 памяти поступает сигнал текущего телевизионного изображения. Одновремен- 25 но с этим на вход блока 4 управления поступает внешний управляющий сигнал У6-5, необходимый для синхронизации процесса записи" в блок 1, Первые шесть разрядов этого сигнала являются сигналами адреса, а седьмой разряд— сигналом записи. Внешний управляющий сигнал Уб-б, .поступающий одновременно с сигналом У6-5, обеспечивает прохождение сигнала Уб-5 через три коммутатора блока 4 управления на

35 управляющий вход блока 1 памяти. Работа устройства на этом этапе поясняется диаграммой, приведенной на фиг. 5.

На втором этапе на входы коррелятора 6 поступают значения текущего и эталонного изображений из блоков

1 и 5 соответственно. В блоке 6 реализуется разностный корреляционноэкстремальный алгоритм. На вход вычитателя 10 поступают значения элементов текущегб и эталонного изображения. Вычитатель 10 вычисляет разность, значение которой поступает на первый вход БПП 11, с помощью которого вычисляется произведение мо- . дуля этой разности на величину Z поступающую на второй вход БПП

11. На сумматоре 12 и регистре 13 организован. накапливающий сумматор, который перед началом вычисления обнуляется сигналом У4-1 (фиг. 6). Сигнал У4-2 является сигналом записи в регистр 13. Вычисленное значение поступает в блок 7 определения координат, где определяется минимальная величина среди всех значений. Эти значения поступают в блок 4 управления, где используются при выбор участка текущего изображения объекта, поступающего на сглаживание в блок 2. Для выдачи на выход устройства вычислен ные значения координат объекта преобразуются в другую систему координат, в которой координаты объекта равны О, если объект находится в центре текущего кадра.

На третьем этапе в блоке 2 производится сглаживание иэображения объекта. Сглаженное изображение объекта представляет собой сумму большого числа изображений объекта, взятых с монотонно убывающим весом. Так как каждое изображение объекта взято иэ соответствующего кадра относительно найденных в нем координат объекта, то суммирование изображений объекта приводит к уменьшению дисперсии аддитивной некоррелированной помехи.

Другим положительным следствием данного межкадровог0 сглаживания является сглаживание ошибок. На вход блока

2 поступают значения элементов участка текущего кадра, взятого относительно найденных координат объекта. Выбор соответствующего участка текущего кадра обеспечивается с помощью блока 4 управления. Значения координат объекта в текущем кадре (сигнал у8) поступают из блока 7 определения координат в блок 4 управления.

Четвертый этап можно разделить на три подэтапа: обнуление содержимого БОП 14 (4.1); вычисление гистограмм Р, Р, (4.2); вычисление элементов матрицы Р и бинарного изображения объекта Z (4.3)., Обнуление содержимого БОП 14 осуществляется сигналами У9-1, У9-2„

У9-3, У2-3 (фиг, 8). Сигнал У9- 1 (фиг. 8а) управляет режимом работы

БОП 14. Одновременно задним фронтом сигнала У9-1 осуществляется запись информации в регистр 22. Обнуляется регистр 22 нулевым уровнем сигнала

У9-2, который также подается на младший разряд первого входа сумматора

16. На остальные разряды первого входа сумматора постоянно подается нулевой код. Второй =ход сумматора

1569853

16 соединен с выходом регистра 22, Первый адресный вход БОП 14 соединен с выходом блока 2, Управляет считыванием цифровых значений яркости а элементов изоб-"àжения Ч, хранящегося в блоке 2, сигнал У2-3 (фиг.8 г-к) . Первые шесть разрядов сигнала являются адресными, а седьмой — режимом записи-считывания.

Иа второй адресный .вход БОП 14 поступает сигнал У9-3 (фиг. 8в), который имеет единичное значение, если на первый адресный вход БОП 14 поступает цифровое значение яркости а элемента v, E i, j j, принадлежащего .центральной части изображения V, имеющей размеры 4«4 элемента и нулевой уровень, если элемент v (i j$ принадлежит остальной части изображения V.

В течение этапа 4, t в БОП 14 по адресам, определяемым значениями яркости элементов v Pi, 3 и значением сигнала У9-3, осуществляется зались нулевого кода, который формируется на выходе сумматора 16, поскольку на первый вход сум»атора 16 подается нулевой код, образованный нулевым уровнем сигнала У9-2 и постоянным нулевь»м кодом, а на второй вход сумматора 16 также подается нулевой код с выхода регистра 22 °

Вычислениями на этапе 4.2 управляют также сигналы У9-1 — У9-3 и У2-3.

Временные диаграммы сигналов У9-1, У9-3, У2-3 во время выполнения этапа 4.2 совпадают с временными диаграммами, соответствующими этапу 4.1, Сигнал У9-2 в процессе выпсленния этапа 4.2 в отличие ст этапа 4.1 постоянно имеет единичный уровень. Благодаря этому содержимое ячейки БОП

14, выбранное пс адресным вхоцам значением сигнала У9-3 н цифровым значением яркости а элемента v Pi, ) <, записывается задним фронтом сигнала

У9-1 в регистр 22, затем увеличивается на единицу в сумматоре 16 и снова записывается пс тому же адресу в

БОП 14, 1

В результате повторения такой последовательности сгераций для каждого элемента ч Pi, j) изображения V в

БОП 14 формируются гистограммы P < и Р„, значения кстсрьгх представляют частоту появления элемента изображе-. ния V с яркостью а соответственно в цейтральнсй и периферийной областях иэображения U.

На этапе 4 ° 3 в блоке 8 происходит вычисление элементов матрицы к .бинарного иэображения, Вычисление со5 ответствующего элемента матрицы Р и . бинарного изображения объекта ?. для каждого элемента < $i, j) центральной части иэображения V происходит за три такта внешнего сигнала Уб-3

1О (фиг. 9a)

В первом такте из БОП 14 по адре« су, определенному нулевым уровнем сигнала У9-3 (фиг. 9б) и цифровым значением яркости а элемента V (1, Я, считывается значение величины

1<(а/ч (».,)) 6 1),кстopсe подается на первый адресный вход БПП 19. Одновременно из hOII 15, управляемого сигналом У9-7 (фиг.9 е-к), первые четыре

20 разряда которого являются адресньи<», а пятый управляет Режимом записи-считывания БОП 15, считывается значение величины Р(v $1 Д Z<),êîòîðàå подается на первый адресньп1 вход БПП ?1.

25 На второй адресный вхсд БПП 2 1 поступает сигнал У9-6 (фнг. 9д). В БПП 21 реализовано вычисление табличным методом следующего выражен»»я:

P(v (i, j) е Z< ), если У9-6 = 1, 1-P(v (i,j) е Z, } если У9-6 = О, где  — цифровое значение результата на выхспе БПП 21.

В течение первого такта сигнал. У9-6 имеет нулевой уровень. Поэтому на выходе БПП 21 Aopмируется значение величины P{v (i,j 1 "-„), которое поступает на второй адреснььй вход БПП

19. В рсзультате в первсм такте на выходе БПП 19 формируется значение л вел»»чинь< P(v(i ))е7. ). Р, (а/V (1, j)E с) которое передним фронтом сигнала У9-4 (фиг. Бв) зап»сывается в регистр 24.

45 В течение второго такта сигналы

У9-3 и У9-б имеют едпничньп» уровень, поэтому на выходе &IIII 19 формирует-. ся значение величины P{vgi,ß Е 7»}«

« Рс(а/v(i,ЯЕО), которое передним

5О, фронтом сигнала У9-5 (фиг. Зг) записывается в регистр 23.

В третьем такте значение велнчи,нь< P(v (i,Д E Z, ) f (a/vs,jg Е О) с выхода регистра 23 подается на перВый адресный вход БПП 20 и на пеРвый вход сумматора 17 На второй вход сумматора 17 подается значение величины P(v ti,)) E 2„» Р, {а/vp.,11е<с< с выхода регистра 24. Выход сумматс1569853 ра 17- соединен с вторым адресным входои БПП 20. С помощью БПП 20 реализовано вычисление табличным методом операции деления. Таким образом, в третьем такте на выходе БПП 20 формируется значение величины.

p(v I i,ßÅZ,/à), которое нулевым уровнем старшего разряда сигнала

У9-7 (фиг; 9к) записывается в БОП 15 на место значения величины

P(vs, Я C Z /a)и одновременно подается на первый вход вычитателя 18.

На второй вход вычитателя подается пороговое значение (o(, = 0,5). Если вычисленное значение P(v(i,jg б Е. (/а) больше порога, то знак разности, вычисленной на вычитателе 18, равен единице, которая через элемент ИЛИ

25 поступает на первый вход блока 9 20 памяти бинарного изображения объекта.

В противном случае в блок 9 записывается нулевое значение. Управляет блоком 9 сигнал У10 (фиг. 9 е-к), первые четыре разряда которого являются адресными, а пятый разряд управляет режимом записи-считывания. В итоге после выполнения описанной последовательности вычислений для каждого элемента центральной части изо- 30 бражения V в БОП 15 и в блоке 9 сформированы соответственно матрица P u бинарное изображение объекта Z. Временные диаграммы сигнала У2-3 для этапа 4.3 приведены на фиг. 9 л-с.

В предлагаемом устройстве производится смена эталонного изображения в каждом телевизионном кадре и в качестве нового эталона выбирается текущее значение сглаженного иэобра- 40 жения. Для этого производится. последовательное считывание элементов сглаженного изображения из блока 2 временного сглаживания и запись их в блок памяти эталонного изображения 45 (фиг. 10). Первые четыре разряда сигналов У2-3 и УЗ являются сигналами, адреса, а пятый разряд — сигналами записи-считывания. Характерной особенностью алгоритма межкадрового сглаживания является то, что изображения объекта, взятые из различных кадров, входят в сглаженный сигнал с, разными весами, причем с наибольшими весами в сглаженный сигнал .входят изображения последних кадров.

Во время обработки первого кадра выполняются только 1,3,4 и 5-й этапы, в течение которых производится на" чальная запись эталонного изображения в блок 5, начальная установка сглаженного изображения в блоке 2, формирование исходной матрицы Р, все элементы которой равны 0,5, в блоке 8 и бинарного изображения объ-. екта Z все элементы которого равны единице, в блоке 9. Формирование исходной матрицы P и исходного бинарного изображения объекта Z осуществляется путем подачи в,течение этапа

4.3 на второй адресный вход БПП 21 единичного уровня сигнала У9-6, а на второй вход схемы ИЛИ 25 — единичного уровня сигнала У9-8, который при обработке всех последующих кадров имеет нулевой уровень. Такой режим работы устройства в течение первого кадра обеспечивается внешними сигналами У6-1, У6-2 и сигналами, формируемыми в блоке управления D1,.

В4.

Предлагаемое устройство для опре- деления положения объекта на изображении позволяет повысить точность определения координат объекта на изображениях со сложным фоном. Это осуществляется за счет применения при вьгчислении значений разностной корреляционной функции бинарного изображения объекта. Использование бинарного иэображения объекта значительно снижает влияние элементов эталонного изображения, принадлежащих участкам фона, на значения разностной корреляционной функции. В результате увеличивается вероятность соответствия положения минимума разностной корреляцион= ной функции действительному положению объекта. Покадровое обновление бинарного изображения объекта позволяет учитывать все изменения формы и ориентации объекта. формула и з о б р е т ения

Устройство для определения положения объекта на изображении по авт. св. У 1427396, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что, с целью повышения точности устройства, в него введены третий блок памяти и блок формирования бинарного изображения, причем первый вход блока формирования бинарного иэображения подключен к выходу блока временного сглаживания, второй вход подклк1чен к седьмому вк>-.оду блока управления, выход блока формирования

1569853 10 бинарного иэобракения подключен к ин- подключен к Восьиому выходу блока упформационному входу третьего блока равленкя, а выход - к четвертому вхопамяти, управляюпрФ вход которого ду коррелятора.

BJfp, N1p

Юф,УЯф

_#_4p, Иф

Ж 5р, И4р

Юф,®ИХ

Zp

i7p

9f 4р

$p

6р

7,Р

И-1

У4-8

Уб-1

9$-Г

fp

2р

Лр

4р

5р

Gp

7р

1р

8р

УК фр

Ер

1569853 б д д е

6

6 е д и

l и о п

1569853

УЛ

1р

Хр

P 0

Составитель А.Баранов

Редактор В,Петраш Техред М.Ходанич

Корректор N.Øàðoøè

Заказ t451 Тираж 566 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

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