Вычислитель градиента яркости изображения

 

Изобретение относится к области технической кибернетики и может применяться в системах технического зрения. Целью изобретения является упрощение устройства и повышение его точности. За счет исключения операции по извлечению корня квадратного , а также замены операций сложных более простыми, выполняемыми на сумматорах , сдвиговых регистрах и блоке весовых коэффициентов, строится алгоритм вычисления подобный действию оператора Собеля.2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)з G 06 К 9/64

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР ф 1:,, !

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ х = -(а + 2h + j) + (с + 2d + е), у = (а + 2Ь + с — (j + 2 f + е), Ст = х2 + У2

4 (л) ) x = -(а — е) + (с — )) + 2(б — h), у = (а — е) + (с — j) + 2(Ь вЂ” f), ,> (й

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4686129/24 (22) 03,05,89 (46) 30,05.92. Бюл, М 20 (71) Житомирский филиал Киевского политехнического института (72) А,Н. Коржук и Т,Н. Черная (53) 681.327(088.8) (56) Патент США М 4433438, кл, G 06 К 9/64, 1984. (54) ВЫЧИСЛИТЕЛЬ ГРАДИЕНТА ЯРКОСТИ ИЗОБРАЖЕНИЯ

Изобретение относится к технической кибернетике и может применяться в системах технического зрения.

Цель изобретения — упрощение устройства и повышение его точности.

На фиг, 1 представлена структурная схема устройства; на фиг, 2 — локальный участок изображения.

Вычислитель содержит входной операнд 1, элементы.2 и 3 задержки на строку изображения, элементы 4-9 задержки на элемент изображения, сумматоры 10-14, преобразователи 16 и 17 кодов (дополнительного в прямой), коммутатор 18, шифраторы 19 и 20, сумматор 21 (вычитающий), счетный триггер 22, сдвиговые регистры 23, 24, сумматор 25 (вычитающий), сумматор 26, кодео 27 в совокупности с элементами И

28 — 31, составляющие блок 32 весовых коэффициентов, сумматоры 33 и 34, преобразователь 35 кодов и сумматор 36 (в ыч ита ющий).

Работа устройства основана на вычислении оценки градиента яркости изображе„„5Q„„1737472 А1 (57) Изобретение относится к области технической кибернетики и может применяться в системах технического зрения. Целью изобретения является упрощение устройства и повышение его точности. За счет исключения операции по извлечению корня квадратного, а также замены операций сложных более простыми, выполняемыми на сумматорах, сдвиговых регистрах и блоке весовых коэффициентов, строится алгоритм вычисления подобный действию оператора Собеля. 2 ил. ния е окне раемерое 3 х 3 аеемента фиг. 2 с использованием оператора Собеля

Работа устройства описывается следующими математическими соотношениями, которые аппроксимируют оператор Собеля с погрешностью, не превышающей 0,8%

Ixl, если int logz fxf int logz 1y1

Р=

lyl, если int logzfxf< int logz j у

Ixl, если int logz } xf int logz y f

R=

lyl, если int logz(x(< int!о92 f y

1737472 ч = !пав loge Р !пт!092 R, (1)

К=2 ч

22+2 +2,еслич=О

2 +2 +26, если ч=1

25, если ч =2

2, если ч=3

О, если ч =4

Q -=

G = (P + KR) + I КР-R I ° (2 з + 2 = — Q (Р + KR).

Устройство работает следующим образом.

Входной операнд 1 представляет собой значения яркости элементов изображения, поступающих последовательно в пределах строки и построчно в пределах кадра. изображения. Окно изображения размером 3 х

3 элемента формируется путем комбинации задержек на строку и элемент изображения.

Входной операнд 1 подключен ко входу элемента 2 задержки на строку изображения, выход которой подключен ко входу элемента 3 задержки на строку изображения. По истечении времени поступления двух строк на выходах элементов задержки 2 и 3 на строку изображения формируются значения яркости элементов соответственно первой и второй строки, а входной операнд представляет собой значения яркости элементов третьей строки изображения, На выходах элементов 4 — 7 задержки на элемент изображения формируются значения яркости соответственно элементов f, j, i, Ь, В и а окна. При этом на выходах элементов 2 и 3 задержки на строку изображения формируется значения яркости соответственно элементов d и с окна, а входной операнд представляет собой значение яркости элемента е окна, Таким образом, по истечении времени поступления двух строк и двух элементов изображения полностью формируется окно размером 3 х 3 элемента.

На выходе сумматора 10 образуется значение ( — f), которое поступает на третий вход 14 сумматора со сдвигом на один разряд влево. Сдвиг эквивалентен умножению на 2, На выходе сумматора 11 формируется значение (с — j), которое поступает на первые входы первого сумматора 14 и сумматора 15. На выходе сумматора 13 формируется значение (а — е), которое поступает на вторые входы сумматора 14 и сумматора

15, на выходе которых образуются соответственно значения У и Х, которые поступают на входы соответственно преобразователей

16 и 17 кода дополнительного в прямой, управляют работой которых знаковые разряды чисел Y и Х. На выходах преобразователей 16 и 17 кода формируются числа !У(и

lXl, которые поступают соответственно на первый и второй входы коммутатора 18, Первый и второй выходы коммутатора 18 подключены соответственно ко входам первого 19 и второго 20 шифраторов, на выхо5 дах которых образуются коды старшей значащей единицы в представлении операндов на первом и втором выходах коммутаторов 18. Эти коды с выходов первого 19 и второго 20 шифраторов подаются соответ10 ственно на первый и второй входы сумматора 21 (вычитающего), выход знакового разряда которого подключен ко входу счетного триггера 22, который управляет работой коммутатора 18.

15 Пусть в начальный момент на выходе счетного триггера 22 находится лог. "0", а на первом и втором выходах коммутатора 18 находится соответственно числа !У! и !Х1, тогда, если код старшей значащей единицы

20 операнда !Х! больше кода старшей значащей единицы операнда lÓl, то на выходе знакового разряда сумматора 21 появится лог. "1", счетный триггер 22 переключится по фронту, и на первом выходе коммутатора

25 18 находится число !Х!, а на втором — число

1У1. В случае, если код старшей значащей единицы оперранда !Х! не превышает кода старшей значащей единицы операнда)У1, то на выходе знакового разряда сумматора 21

30 будет находиться сигнал лог. "0", и счетный триггер 22 останется в прежнем состоянии.

На первом и втором выходах коммутатора

18 будут находиться соответственно числа !

У! и Х . Аналогично рассматривается случай, 35 когда в начальный момент на выходе счетного триггера 22 находится лог, "1". Таким образом, по истечении удвоенного времени задержки коммутатора 18, времени задержки шифратора 19 или 20, времени задержки

40 сумматора 21 и времени переключения счетного триггера 22, на первом и втором выходах коммутатора 18 будут сформированы соответственно значения P и R, а на выходе сумматора 21 — значение V > О. согласно.(1).

45 Значения P u R с первого и второго выходов коммутатора 18 поступают на входы соответственно первого 23 и второго 24 сдвиговых регистров, управляет работой которых операнд V. Первый 23 и второй 24

50 сдвигового регистра осуществляют сдвиг операндов P u R íà V разрядов вправо, На выходах первого 23 и второго 24 дискового регистров образуется соответственно числа KP и KR, которые поступают на

55 первые входы сумматора 25 (вычитающего) и сумматора 26, на вторые входы которы подаются числа R u P соответственно со второго и первого входов коммутатора 18.

На выходах сумматоров 25-26 формируют1737472 ся соответственно значения (KP — R) и(Р +

KR). С выхода сумматора 21 операнда Ч, представленный своими разрядами

V .. VgVzV1, поступает на вход блока весовых коэффициентов, 5

Выбор коэффициентов определяется по таблице.

Vn ЧЗ V2 V1 W l W2 W3 W4

0 1 1

1 1 1

0 1 0

0 0 1

0 0 0

0...0 0 0 1

0...0 0 1 0

0...0 1 0 0

0...0 1 1 0

0...1 0 0 0

1...1 1 1 0 0 0 0

На выходе сумматора 33 будут поданы соответственно числа W> Р + KR) 2

W (Р + KR) 2, О/з(Р+ KR) 2 и Щ(Р+ KR) 2, На выходе сумматора 37 формируется 25 результат 0 (P + KR) в соответствии с (1).

С выхода сумматора 25 опенад (KP — R) поступает на вход третьего 35 преобразователя кода, управляет работой которого знаковый разряд операнда (КР— P). С выхода 30 третьего 33 преобразователя кода операнд (KP — R) поступает на второй и третий входы сумматора 34 со сдвигом соответственно на три и шесть разрядов вправо. На первый вход сумматора 34 поступает операнд (P + 35

KR) с выхода сумматора 26, На выходе сумматора 34 формируется результат (P

+ KR) + IKP — R l(2 + 2 ), который поступает на первый вход сумматора 36 (вычитающего), на второй вход которого пода- 40 ется число Q (Р + KR) с выхода 33 сумматора.

На выходе сумматора 35 образуется значение G, которое поступает на выход устройства, 45

Формула изобретения

Вычислитель градиента яркости изображения, содержащий шесть элементов задержки, двенадцать сумматоров и коммутатор, вход первого элемента задержки яв- 50 ляется входом вычислителя, выход которого подключен к входу второго элемента задержки и первому входу первого сумматора, выход второго элемента задержки соединен с первым входом второго сумматора, выход 55 третьего элемента задержки подключен к входу четвертого элемента задержки, выход которого соединен с первым входом третьего сумматора, выход четвертого элемента соединен с вторым входом первого сумматора и входом пятого элемента задержки, выход которого соединен с первым входом четвертого сумматора, выход первого сумматора соединен с первым входом пятого сумматора, а выход четвертого сумматора подключен к первому входу шестого сумматора, отличающийся тем, что, с целью упрощения устройства и повышения его точности, в него введены седьмой и восьмой элементы задержки, три преобразователя кодов, триггер, два сдвиговых регистра, два . шифратора и блок весовых коэффициентов, вход седьмого элемента задержки соединен с входом устройства, а выход — с входами третьего и восьмого элементов задержки, а также. с вторым входом тертьего сумматора, выход восьмого элемента задержки подключен к входу пятого элемента задержки и второму входу второго сумматора, выход которого подключен к вторым входам пятого и шестого сумматоров, выход третьего сумматора соединен с третьим входом шестого сумматора, выход четвертого сумматора подключен к третьему входу пятого сумматора, выходы которого соединены с входами первого преобразователя кодов. выходы шестого сумматора соединены с входами второго преобразователя кодов, выходы первого и второго преобразователей кодов подключены к соответствующим входам коммутатора, управляющий вход которого соединен с выходом триггера, вход которого подключен к первому выходу седьмого сумматора, первый выход коммутатора соединен с первым входом восьмого сумматора, первым входом первого сдвигового регистра и через первый шифратор — с первым входом седьмого сумматора, второй выход коммутатора подключен к первому входу второго сдвигового регистра, первому входу девятого сумматора и через второй шифратор — к второму входу седьмого сумматора, выход которого соединен с первым входом блока весовых коэффициентов и вторыми входами сдвиговых регистров, выходы которых соответственно соединены с вторыми входами восьмого и девятого сумматоров, выход восьмого сумматора через преобразователь кодов подключен к первому входу десятого сумматора, второй вход которого соединен.с выходом девятого сумматора и с вторым входом блока весовых коэффициентов, выходы которого подключены к входам одиннадцатого сумматора, выход которого соединен с первым входом двенадцатого сумматора. второй вход которого соединен с выходом десятого сумматора,.а выход является выходом устройства.

1737472

12

2Â

27

1737472

35

45

Составитель А. Кашин

Техред М.Моргентал Корректор О. Кундрик

Редактор А. Долинич

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

Заказ 1893 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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