Телевизионное устройство для селекции объектов

 

Изобретение относится к телевизионной измерительной технике и предназначено для применения в системах технического зрения роботов-манипуляторов при сортировке деталей или кристаллов природного сырья (алмазов), близких по размерам. Целью предлагаемого изобретения является уменьшение требуемых аппаратных ресурсов и повышение быстродействия устройства за счет уменьшения избыточности получаемой и обрабатываемой в ЭВМ информации . Телевизионное устройство для селекции объектов содержит соединенные между собой передающую телевизионную камеру, счетчик элементов строки изображения , блок выделения переднего и заднего фронтов видеосигнала, триггер признака информативности строки, счетчик строк изображения, регистры фиксации координат переднего и заднего фронтов видеосигнала , блоки выбора минимума и максимума, вычитатель, блок сравнения, мультиплексор , регистр коэффициента масштаба и вычислитель . Новым в устройстве является то, что в него дополнительно введены счетный триггер, регистр левой границы изображения , счетчик смещения, RS-триггер, первый и второй элементы ИЛИ и с первого по третий элементы И. 4 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (s>)s G 06 F 15/64

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4853322/24 (22) 20.07.90 (46) 15.02.93. Бюл. ¹ 6 (71) Курский политехнический институт (72) В.А,Паладьев, M. Á. Ôåëüäø Tåéí

Г,Д,Деведзи и И.С.Захаров (56) Авторское свидетельство СССР

N 1022187. кл. G.06 К 9/46, 1981.

Авторское свидетельство СССР

¹ 1472919, кл. G 06 F 15 /64, 1987. (54) ТЕЛЕВИЗИОННОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ

СЕЛЕКЦИИ ОБЪЕКТОВ (57) Изобретение относится к телевизионной измерительной технике и предназначено для применения в системах технического зрения роботов-манипуляторов при сортировке деталей или кристаллов природного сырья (алмазов), близких по размерам.

Целью предлагаемого изобретения является уменьшение требуемых аппаратных реИзобретение относится к телевизионной измерительной технике и предназначено для применения в системах технического зрения роботов-манипуляторов при сортировке деталей или кристаллов природного сырья (алмазов), близких по размерам, что требует высокой точности сьемки и измерения объектов, При этом при автоматической подаче сортируемых объектов, например, на ленте конвейера, неопределенность их положения может значительно превышать размеры самих объектов, Это вызывает необходимость расширять поле зрения телевизионной камеры.

„„!Ж„„1795478 А1 сурсов и повышение быстродействия устройства за счет уменьшения избыточности получаемой и обрабатываемой в ЭВМ информации. Телевизионное устройство для селекции обьектов содержит соединенные между собой передающую телевизионную камеру, счетчик элементов строки изображения, блок выделения переднего и заднего фронтов видеосигнала, триггер признака информативности строки. счетчик строк изображения, регистры фиксации координат переднего и заднего фронтов видеосигнала, блоки выбора минимума и максимума, вычитатель, блок сравнения, мультиплексор, регистр коэффициента масштаба и вычислитель. Новым в устройстве является то, что в него дополнительно введены счетный триггер, регистр левой границы изображения, счетчик смещения, RS-триггер, первый и второй элементы ИЛИ и с первого по третий элементы И. 4 ил, О

Между тем известно, что точность телевизи- (Л онных измерителей определяется размера- . ф, ми (частотой) элементов дискретизации изображения. Для повышения точности из- р мерения объектов малых размеров необходимо увеличивать частоту дискретизации изображения. Однако при расширении поля зрения телевизионной камеры увеличение частоты дискретизации ведет к значительному росту объема информации в кадре, в то время как для представления селектируемого объекта, занимающего малую часть кадра, требуется гораздо меньше информации. Это приводит к большой избы1795478 точности обрабатываемой информации, что вызывает дополнительные аппаратные и программные затраты на ее обработку.

Целью предлагаемого изобретения является уменьшение требуемых аппаратур- 5 ных ресурсов и повышение быстродействия устройства за счет уменьшения избыточности получаемой и обрабатываемой в ЭВМ информации, На фиг. 1 представлена функциональная схема телевизионного устройства для селекции объектов; на фиг, 2 — временные диаграммы сигналов,. поясняющие работу устройства; на фиг. 3 — структурная схема алгоритма работы устройства; на фиг, 4— принцип построения системы взаимно ортогональных хорд и определение максимального соотношения их длин в качестве критерия селекции (1.L4 1 L0; 5Ш; 6 L2;

L7 J. L3). 20

Телевизионное устройство для селекции объектов, функциональная схема которого представлена на фиг. 1, содержит передающую телевизионную камеру 1, счетчик 2 элементов строки изображения, блок 25

3 выделения переднего и заднего фронтов видеосигнала, триггер 4 признака информативности строки, счетчик 5 строк изображения, регистры 6 и 7 фиксации координат переднего и заднего фронтов видеосигнала, блоки 8 и 9 выбора минимума и максимума, вычитатель 10, блок 11 сравнения, мультиплексор 12, регистр 13 коэффициента масштаба, счетный триггер 14, регистр 15 левой границы изобра>кения, счетчик 16 смеще- 35 ния, RS-триггер 17, первый элемент 18 ИЛИ, первый-третий элементы 19-21 И, второй элемент 22 ИЛИ и вычислитель 23 (ЭВМ).

Блоки 8 и 9 содержат регистры 24 и 25 и узлы

26 и 27 сравнения соответственно, 40

Выход видеосигнала телевизионной камеры 1 соединен со входом блока 3 выделения фронтов видеосигнала и входом сброса триггера 4 признака информативности строки, выход которого соединен со счетным 45 входом счетчика 5 строк изображения, вход сброса которого соединен со входами сброса регистров 6,7 фиксации координат переднего и заднего фронтов видеосигнала, входом записи регистра 13 коэффициента масштаба, со вторым входом второго элемента 22 ИЛИ, с управляющими входами блоков 8 и 9 выбора минимума и максимума и со счетным входом счетного триггера 14 и подключен к выходу кадровых синхроим- 55 пульсов телевизионной камеры 11, вход установки "1" триггера 4 признака информативнОсти строки соединен со входом сброса счетчика 2 элементов строки изображения, со входом разрешения параллельной записи счетчика 16 смещения, с установочным входом RS-триггера 17 и подключен к выходу строчных синхроимпульсов телевизионной камеры 1, выход счетчика 2 элементов строки изображения соединен с информационными входами регистров 6 и 7 фиксации координат переднего и заднего фронтов видеосигнала, входы разрешения записи которых подключены к соответствующим входам стробов переднего и заднего фронтов блока 3 выделения переднего и заднего фронтов видеосигнала, выход регистра 6 фиксации координат переднего фронта видеосигнала соединен с информационным входом блока 8 выбора минимума и подключен к информационному входу первого входного порта ЭВМ 23, выход регистра 7 фиксации координат заднего фронта видеосигнала соединен с информационным входом блока 9 выбора максимума и подключен к информационному входу второго входного порта вычислителя 23, выход блока,9 выбора максимума подключен ко входу уменьшаемого вычитателя 10, выход блока 8 выбора минимума соединен cG входом вычитаемого вычитателя 10 и с информационным входом регистра 15 левой границы изображения, выход вычитателя 10 соединен со вторыми информационными входами блока 11 сравнения и мультиплексора 12, первые информационные входы которых соединены с выходом счетчика 5 строк изобра>кения, выход блока 11 сравнения соединен с управляющим входом мультиплексора 12, выход которого соединен с информационным входом регистра 13 коэффициентов масштаба, выход которого подключен к информационному входу третьего входного порта ЭВМ

23, выход регистра 15 левой границы изображения соединен с информационным входом параллельной записи счетчика 16 смещения, счетный вход декрементирова-. ния которого соединен с выходом третьего элемента 21 И, а выход обратного переноса соединен со входом сброса RS-триггера 17, прямой выход которого соединен с первым входом третьего элемента 21 И, а инверсный выход соединен с первым входом элемента 18 ИЛИ, второй вход которого соединен с первым входом второго элемен-. та 22 ИЛИ и с инверсным выходом счетного триггера 14, а выход соединен с первым входом первого элемента И 19, второй вход которого соединен со вторым входом третьего элемента 21 И и подключен к выходу .

"Частота элементов" телевизионной камеры

1, а выход. подключен к счетному входу счет- . чика 2 элементов строки изображения, прямой выход счетного триггера 14 соединен с синхронизирующим входом записи регист1795478 ра 15 левой границы изображения и с первым входом второго элемента 20 И. второй вход которого соединен с выходом строба заднего фронта блока 3 выделения переднего и заднего фронтов видеосигнала, а выход подключен к управляющему входу второго входного порта вычислителя 23, управляющий вход третьего порта которого соединен с выходом второго элемента 22 ИЛИ, Устройство работает следующим обра- 10 зом в соответствии с временными диаграммами, приведенными на фиг. 2, и с алгоритмом, структурная схема которого приведена на фиг. 3, Ввод изображения объекта осуществляется за один полный телевизионный кадр, состоящий из двух полукадров в соответствии со стандартной черезстрочной разверткой, формируемой телевизионной камерой

1. При этом в первом полукадре определя- 20 ется положение объекта в поле зрения камеры 1, а во втором полукадре осуществляется ввод в 3ВМ координат контура его изображения. .На мишени телевизионной камеры 1 создается проекция изображения селектируемого объекта {фиг. 2а). В начале первого полукадра кадровым синхроимпульсом (фиг. 2б) сбрасываются счетчик 5 строк изображения, регистры 6 и 7 фиксации координат переднего и заднего фронтов видеосигнала, ретистр 24 и регистр 25 блоков 8 и 9 выбора минимума и максимума и счетный триггер 14 {фиг. 2ж). Сброшенное состояние триггера 14 через элементы 20 И и 22 ИЛИ блокирует поступление сигналов на управляющие входы второго и.третьего входных портов вычислителя 23.

При построчном считывании информации с телевизионной камеры 1 в начале каждой строки строчным синхроимпульсом (фиг. 2в) сбрасывается счетчик 2 элементов строки изображения, а триггер 4 признака информативности строки устанавливается B единицу. Единичным сигналом на инверсном выходе счетного триггера 14 через элементы l8 ИЛИ и 19 И обеспечивается разрешение подачи сигналов "Ч стота элементов" (фиг, 2г), формируемых синхрогенератором, входящим в состав телевизионной камеры 1, на счетный вход счетчика 2 элементов строки изображения (фиг. 2з).

С выхода видеосигнала телевизионной камеры 1 на входы блока 3 выделения переднего и заднего фронтов видеосигнала и триггера 4 признака информативности строки поступает нормированный видеосигнал (фиг; 2д). При его поступлении, т.е, при наличии информации в текущей строке развертки, триггер 4 признака информатив25

55 ности строки сбрасывается, в результате чего по заднему фронту сигнала на выходе триггера 4 содержимое счетчика 5 изображения инкрементируется. Таким образом, счетчик 5 строк изображения накапливает размер изображения по кадру Nk. Блок 3 выделения переднего и заднего фронтов видеосигнала из поступившего на его вход видеосигнала выделяет передний и задний фронты и формирует на соответствующих выходах стробов переднего и заднего фронтов сигналы, стробирующие занесение ин-. формации в соответствующие регистры б и

7 фиксации координат переднего и заднего фронтов видеосигнала информации с выхода счетчика 2 элементов строки изображения, представляющей собой абсолютные координаты Ипф(абс), N>y (абс) соответственно переднего и заднего фронтов видеосигнала от начала строки (фиг. 2е), которые определяются путем подсчета сигналов "Частота элементов" счетчиком 2 элементов строки изображения. С выхода регистра 6 фиксации координат переднего фронта видеосигнала информация непрерывно поступает в блок 8 выбора минимума, на выходе которого постоянно и рисутствует наименьшее из поступивших на его вход значений.

Таким образом, при окончании первого полукадра на выходе блока 8 выбора минимума формируется координата крайней левой точки изображения объекта.

В начале второго полукадра кадровым синхроимпульсом (фиг. 2б) снова сбрасываются счетчик 5 строк изображения, регистры 6 и 7 фиксации координат переднего и заднего фронтов видеосигнала, регистр 24 и регистр 25 блоков 8 и 9 выбора минимума и максимума, а счетный триггер 14 устанав- . ливается в состояние "1" (фиг. 2ж). В результате этого через элементы 20 И и.-22 ИЛИ разрешается прохождение сигналов сброса заднего фронта и кадрового синхроимпульса на управляющие входы второго и третьего входных портов ЭВМ 23, и по переднему фронту сигнала на прямом выходе триггера

14 информация с выхода блока 8 выбора минимума записывается в регистр 15 левой границы изображения.

Считывание информации с телевизионной камеры 1 осуществляется так же, как и в первом полукадре, При этом в начале каждой строки строчным синхроимпульсом (фиг, 2в) помимо сброса счетчика 2 и установки триггера 4 устанавливается в состояние "1" также RS-триггер 17 (фиг. 2и}, а в счетчик 16 смещения переписывается информация с выхода регистра 15 левой границы изображения. Единичные состояния триггеров 14 и 17 через элементы 18 ИЛИ и

1795478

19 И блокируют поступление сигналов "Частота элементов" (фиг, 2г) на счетный вход счетчика 2 элементов строки изображения (фиг. 2з), а триггер 17 через элемент 21 И обеспечивает разрешение подачи этих сигналов на счетный вход декрементирования счетчика 16 смещения. По каждому из этих сигналов содержимое счетчика 16 смещения декрементируется, и при его обнулении на выходе обратного переноса формируется нулевой сигнал (фиг. 2к), вызывающий сброс

RS-триггера 17. В результате этого через элементы 18 ИЛИ и 19 И разрешается подача сигналов "Частота элементов" (фиг. 2г) на счетный вход счетчика 2 элементов строки изображения (фиг, 2з), и через элемент 21 И блокируется подача этих сигналов на счетный. вход декрементирования счетчика 16 смещения, В результате этого счетчик 2 начинает отсчет координат не от начала строки телевизионной развертки (абсолютные координаты), а от положения крайней левой точки изображения объекта (относительные координаты). Блок 3 выделения переднего и заднего фронтов видеосигнала, триггер 4 признака информативности строки, счетчик 5 строк изображения, регистры 6 и 7 фиксации координат переднего и заднего фронтов видеосигнала работают так же, как и в первом полукадре. При этом в регистры 6 и

7 записываются уже относительные координаты N

Одновременно с вводом в вычислитель

23 с выхода регистра 6 информация непрерывно поступает в блок 8 выбора минимума, на выходе которого формируется наименьшее из поступивших на его вход значений, а с выхода регистра 7 информация непрерывно поступает в блок 9 выбора максимума, на выходе которого формируется наибольшее из поступивших íà его вход значений.

С выхода блока 9 информация поступает на вход уменьшаемого вычитателя 10, а с выхода блока 8 информация поступает на вход вычитаемого вычитателя 10, на выходе которого формируется разность между наибольшим и наименьшим значениями кооринформационные входы блока 11 сравне5 ния и мультиплексора 12. Одновременно с

40

45 где in (n) — целая часть числа и.

Затем из исходного массива введенных координат контура изображения в памяти вычислителя производится восстановление

50 нормированного изображения с учетом вычисленного коэффициента масштаба (фиг. 3, блок 7). Для этого вся память, отведенная под изображения, предварительно заполняется нулями, а затем в нее построчно вписываются единицы в ячейки, координаты которых ограничены координатами контура изображения в данной строке. Таким образом, в памяти вычислителя в определенном масштабе восстанавливается изображение объекта.

30 динат иэображения, т.е. определяется максимальный размер изображения по строке (Nc), значение которого поступает на вторые этим счетчик 5 считает количество информативных строк изображения, т.е. определяется максимальный размер изображения по кадру (йк), значение которого поступает на первые информационные входы блока 11 сравнения и мультиплексора 12. Блок 11 производит сравнение поступивших íà его вход величин. Если величина Ng превышает величину Nc, на выходе блока 11 формируется низкий потенциал, по которому мультиплексор 12. передаст на свой выход информацию со своего первого входа. В противном случае на выходе блока 11 формируется высокий потенциал, по которому мультиплексор 12 передаст на свой выход информацию со своего второго входа. Таким образом, на вход регистра 13 коэффициента масштаба поступает наибольшее из значений Np или Nc (Nmsx}, которое фиксируется кадровым синхроимпульсом B конце второго полукадра.

После завершения второго полукадра по кадровому синхроимпульсу, поступающему через элемент 22 ИЛИ на управляющий вход третьего входного порта вычислителя 23, в этот порт с выхода регистра 13 коэффициента масштаба записывается значение Nmax (фиг. 3, блоки 4-6), и на этом завершается процедура ввода координат контура изображения объекта и начинается процедура их программной обработки в ЭВМ 23.

Первоначально определяется коэффициент масштаба изображения М:

1. если Nmsx <32;

М=

Int (log2 (Nmax ) — 3), если Nmax = 32, (1) 10

1795478

10 ортогональные оси координат, отношение

Р = L1(f)/L2(B), (4) 15

Формула изобретения

Телевизионное устройство для селек- 50 ции объектов. содержащее передающую телевизионную камеру, счетчик элементов строки иэображения, блок выделения переднего и заднего фронтов видеосигнала, триггер признака информативности строки, 55 счетчик строк изображения, регистры фиксации координат переднего и заднего фронтов видеосигнала. блоки выбора минимума и максимума, вычитатель, блок сравнения, мультиплексор, регистр коэффициента масЗатем программно определяются координаты центра изображения (фиг. 3, блок 8):

Уц = g Y) А! 1 g AIJ, (2)

i = О i =О i = О1где Хц — координата центра изображения по строке:

Уу- координата центра изображения по кадру;

Хь Yi — соответственно номер элемента по строке и по кадру;

Alj — значение ячейки памяти, соответствующей i-му элементу в j-й строке;

m,n — размеры области памяти, отведенной для восстановленного изображения.

Определение размеров изображения проводится следующим образом. Через определенные ранее координаты Хц, Уу строится система взаимно ортогональных хорд, наклоненных к горизонтали (строке) на определенный угол t (фиг. 3, блок 9, фиг. 4).

Построение хорд производится программно путем вычисления координат (Х, Y) из точек по формулам:

Х=+fnt(K N В )+Хц, Y = +- int(K N С )+ Уц, (3) где N — номер шага вычислений;

Вь С вЂ” целочисленные коэффициенты угла наклона хорды, К вЂ” коэффициентдля исключения пропуска точек при малых углах t и (90 — t).

Построение производится в области памяти, содержащей восстановленное изображение, до пересечения хорды с

40 границей контура изображения, т.е. до достижения точки, содержащей в соответствующей ячейке памяти ноль. Координаты этих точек фиксируются в вычислителе и используются для вычисления отношения длин хорд.

Так как отношение длин взаимно ортогональных отрезков на плоскости равно отношению их проекций на взаимно длин взаимно ортогональных хорд опредЕляется как отношение длин их проекций по строке и по кадру: где И(Г) — длина проекции хорды L1, проведенной под углом t к горизонтали (строке развертки), на горизонтальную ось, т.е. на строку, L2(B) — длина проекции хорды L2, проведенной под углом (90 +t), т.е. перпендикулярно L1, на вертикальную ось, т,е. на кадр.

Программным перебором значений Вь

С> производится изменение угла t и, следовательно, поворот пары взаимно ортогональных хорд, после чего для новой пары определяется значение 0ь Затем из полученного ряда значений 0 выбирается наиболее значение Опх, которое и является селективным признаком объекта (фиг, 3, блок 10).

Таким образом, у=тройство формирует, а вычислитель обрабатывает не абсолютные, а относительные координаты контура изображения объекта, что значительно снижает их разрядность. Поэтому как из аппаратурной, та" и иэ программной обработки полностью исключается всякая избыточность информации, что ведет к уменьшению аппаратурн ых ресурсов устройства и повышению скорости программной обработки информации на вычислителе. штаба и вычислитель, причем выход видеосигнала телевизионной камеры соединен с входом блока выделения франтов видеосигнала и входом сброса триггера признака информативности строки, выход которого соединен со счетным входом счетчика строк изображения, вход сброса которого соединен с входами сброса регистров фиксации координат переднего и заднего фронтов видеосигнала, входом записи регистра коэффициента масштаба и с управляющими входами блоков выбора минимума и макси1795478 мума и подключен к выходу кадровых синхроимпульсов телевизионной камеры, вход установки "1" триггера признака информативности строки подключен к выходу строчных синхроимпульсов телевизионной камеры и соединен с входом сброса счетчика элементов строки изображения, счетный вход которого соединен с входом синхросигнала "Частота элементов" телевизионной камеры, а выход соединен с информационными входами регистров фиксации координат переднего и заднего фронтов видеосигнала, входы разрешения записи которых подключены к соответствующим выходам стробов переднего и заднего фронтов блока выделения переднего и заднего фронтов видеосигнала, выход регистра фиксации координат переднего фронта видеосигнала соединен с информационным входом блока выбора минимума и подключен к информационному входу первого входного порта вычислителя, выход регистра фиксации координат заднего франта видеосигнала соединен с информационным входом блока выбора максимума и подключен к информационному входу второго вход. ного порта вычислителя, выходы блоков выбора минимума и максимума подключены соответственно к входам вычитаемого и уменьшаемого вычитателя, выход которого соединен с вторыми информационными входами блока сравнения и мультиплексора, первые информационные входы которых соединены с выходом счетчика строк изображения, выход блока сравнения соединен с управляющим входом мультиплексора, выход которого соединен с информационным входом регистра коэффициента масштаба, выход которого подключен к информационному входу третьего входного парта вычислителя, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью уменьшения аппаратурных ресурсов и повышения быстродействия устройства за счет уменьшения избыточности. получаемой и обрабатываемой информации, в него дополнительно введены счетный триггер, регистр левой границы изображения, счетчик смещения, RS-триггер, первый

5 и второй элементы ИЛИ и с первого по третий элементы И, причем информационный вход регистра левой границы изображения соединен с выходом блока выбора минимума, а выход соединен с информационным

10 входом параллельной записи счетчика смещения, вход разрешения параллельной записи которого соединен с установочным входом RS-триггера и с выходом строчных синхроимпульсов телевизионной камеры, 15 счетный вход декрементирования соединен с выходом третьего элемента И, а выход обратного переноса соединен с входом сброса RS-триггера, прямой выход которого соединен с первым входом третьего элемен20 та И, а инверсный выход соединен с первым входом первого элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с первым входом второго элемента ИЛИ и с инверсным выходом счетного триггера, а выход соединен с пер25 вым входом первого элемента И, второй вход которого соединен с вторым входом третьего элемента И и подключен к выходу "Частота элементов" телевизионной камеры, а выход подключен к счетному входусчетчика элемен30 тов строки изображения, счетный вход счет. ного триггера, соединенный с вторым входом второго элемента ИЛИ, подключен к выходу кадровых синхроимпульсов телевизионной камеры, а прямой выход соединен с синхро35 низирующим входом записи регистра левой границы изображения и с первым входом второго элемента И, второй вход которого соединен с выходом страба заднего фронта блока выделения переднего и заднего фронтов ви40 деосигнала, а выход подключен к управляющему входу второго входного порта вычислителя, управляющий вход третьего порта которого соединен с выходом второго элемента ИЛИ.

1795478

1795478 Ъл Ю ж+ь е uw(oA &zawur оглноиания юл и ою ей мк 6 » Ь ; (7

Составитель Л.Логачева

Техред М,Моргентал Корректор О.Юрковецкая

Редактор В.Фельдман

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

Заказ 432 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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