Устройство для нормализации размера плоских изображений для систем распознавания образов

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

332477

Союз Советских

Социалистических

Республик

Зависимое от „âò. .сгидетельства №. 1. Кл. О 06k 9, 04

Заявлено 13.VI I 1.1970 (№ 1468633/18-24) с присоединением заявки.№

Приоритет

Опубликовано 14.III.1972. Бюллетень ¹ 10

Дата опубликования описания 18Х.1972

Комитет по делам изобретений и открытий при Совете Министров

СССР

УДК 621.391.19(088.8) Авторы изооретения

Е. П. Путятин, И. В. Шульгин, В. П. Юрченко и О. M. Абрамов

Харьковский институт радиоэ.пектроники

Заявитель

УСТРОЙСТВО ДЛЯ НОРМАЛИЗАЦИИ РАЗМЕРА ПЛОСКИХ

ИЗОБРАЖЕНИЙ ДЛЯ СИСТЕМ РАСПОЗНАВАНИЯ ОБРАЗОВ

Изобретение относится к области автоматического распознавания образов, в IBcTIIoc1 и устройствам автоматического приведения изображений к эталонному виду.

Известны устройства для распознавания образов, содержащие поворотную платформу с ра "положенными на ней телевизионной трубкой с отклоняющими катушками, фотоэлектрическим блоком вычисления координат центра тяжести изображения, фотооб1.ективами, фотодатчиками со щелевыми масками; блок электропривода поворота платформы, вход которого соединен с выходами фотодатчиков, а выходы — через линию задержки с управляющим входом видеоусилителя, включенного между выходом телевизионной трубки и ьидеоконтрольным и вычислительным блоками, генераторы строчной и кадровой развертки.

Однако эти устройства ие учитывают таких преооразований изображений как произвольное изменение ма"øòàáîâ по осям координат.

Предлагаемое устройство нормализацll! I для систем распознавания образов, использующее принцип оптического интегрирования для вычисления координат центра тяжести и телевизионный ввод изображений, отличается от известных тем, что в нем выход генератора строчной развертки подключен к отклоИЯ IО111(. I I (. I! с Г II (. Т(. л (!! Из II() п11 0 и т P v() I(I! !(1)().1 множительный блок, на второй вход которого подается напряжение, пропорциональное координате абсцисс центра тяжести входного изображения. Выход генератора кадровой развертки подкл(очеи к отклоняющей системе телевизионной трубки через другой множительный блок, на второй вход которого подается напряжение, пропорциональное орд1шате центра тяжести входного напряжения.

10 Благодаря этому изображения, отличающиеся .;!ежду собой масштабами и расположенные в поле зрения так, что оси абсцисс и ординат являются касательными соответственно cl!11зу и слева от изображения, приводятся к не15 которым эталонным размерам. Для нормализации прп произвоlbIIQM смещенш1 изображе-! шя в поле зрения, совпадающем с положительным квадрантом, устройство снабжено двумя фотоприемшп(ами, перекрытыми све20 томасками со щелями, совпадающими в одной из них с осью ординат, выходы фотоприемников подключены автономно через схемы запрета и x oIIлители I(11сполнитепьпым двигателям, осуществляющим сшгхрониос персмс25 щенпе в двух взаимно перпендикулярных плоскостях передающей телевизионной трубки, дат !Ика коо(р)динат центра тяжести и с>lмих фотоприемников со светомасками до появления фототока на выходе фотоприемии30 кон.

332477

На фиг. 1 представлена блок-схема устройства, на фиг. 2 — эскиз фотомасок со щелями.

Устройство содержит передающую телевизионнуюую трубку 1 (например, суперортикон) с отклоняющими катушками 2, с генераторами кадровой 8» строчной 4 развертки, вычислительный блок 5, осуществляющий сравнение с эталонами, видеоконтрольный блок б для визуального наблюдения эффекта нор м ализации, видеоусилитель 7, фотоэлектрический блок вычисления координат центра тяжести входного изображения 8, множительные блоки 9 и 10, фотообъективы 11 и 12, светоделительную пластину 18, светомаски 1-1 и 15 со щелями, фотоприемники (например, фотосопротивления) 1б и 17, потенциальные схемы запрета 18 и 19 (построенные, например, на базе триггера и схемы совпадения), усилители мощности 20 и 21, исполнительные двигатели 22 и 28, платформу 24, на которой жестко смонтированы передающая трубка, блок 8 и фотоприемники 1б, 17 с оптической системой, и линию задержки 25.

Схемы запрета 18, 19, усилители мощности

20, 21 и исполнительные двигатели 28, 24 составляют блок электропривода поворота платформы 2б.

На входе устройства на темном фоне предъявляются плоские изображения отраженной либо светящейся яркости. Кроме передающей трубки 1, входное изображение проектируется через фотообъектив 11, блок 8, а также через фотообъектив 12, светоделительную пластину 18, светомаски 14 и 15 на фотоприемники 16 и 17, предназначенные вместе со схемами запрета 18 и 19 для управления остановкой исполнительных двигателей 22 и 28, перемещающих их платформу 24, при автоматическом приведении изображения в нормальное положение поля зрения фотоприемников. Поле зрения устройства совпадает с положительным квадрантом; при этом осями координат являются стороны линейных оптических клиньев блока 8, а также совпадающие с ними щели светомасок 14 и 15.

В качестве нормального положения изображения выбрано такое, когда ось абсцисс является касательной изображения снизу, а ось ординат является касательной слева.

Устройство работает следующим образом.

Изображения, отличающиеся лишь масштабами по осям координат, могут быть представлены некоторой функцией распределения лучистой яркости В(ХХ, уУ), где Х и у — произвольные коэффициенты, Среди множества изображений, отличающихся лишь масштабами (например, множества фотографий одного и того же лица), выберем одно эталонное

В(Х, У). Тогда все стальные могут быть получены масштабными преобразованиями эталона. Эталонов должно быть столько, сколько имеется различных классов изображений, подлежащих распознаванию. Процесс приведения изображений к эталонным размерам состоит в автоматическом определении коэффициентов Х и 1 тождества В (Х, У) =

=В(),Х,уУ). Коэффициенты ). и у полностью характеризуют масштабно-подобные изображения и, будучи вещественными числами, являются, в общем случае, функционалами изображения, т. е, ),=Ф (В); у=Ф (В). Таким образом, при автоматизации процесса нормализации оператор приведения изооражения к эталонным размерам будет иметь вид:

1(В) =В(Х, У) =В(Х e,(Â), У Ф,(В)).

В качестве функционалов Ф (В) и Ф (В) в предполагаемом устройстве выбраны коорди15 наты центра тяжести входного изображения

11 В (х,у) ах dx ау

@ (В)= "

11 В (х, у) dx dy o

11 В (х, у) Оу d v с(у

Ф,(В) =

11 В (х,у) с1х dy o (2) где D — область поля зрения фотоприемников блока вычисления координат центра тяжести и телевизионной трубки, а и б — некоторые константы светофильтров ах и by типа оптических клиньев, 30

Х)0, Y)0.

Пусть имеем некоторое эталонное изображение В(х,у) и некоторое произвольное, по35 лучаемое из эталонного В(лХ,уУ). Тогда для эталонного оператор с учетом (2) будег иметь вид

F (В) = В (х, у) = В

40 11 В (x, у) ах dx dy

X Х

11 В (х,у)dx dy

11 В (х,у) by dx dy, o

11 В (х, у) dx dy

45

Для изображения В ().Х, уУ) имеем:

Я В (i..v,;y) axdx dy

F (В) = В i.Ë

1,1 В (.х,.(у) сУл сну

I I В (i.x,;y) Оу йх dó (У В ! 1 В (i.х,, у) dx dy

6 (4) 55

Сделаем замену переменных под знаком интеграла: Х=Х, уУ=У, в результате пол спим

F(B) =В X (11 В (х, y) ах dx dy 11 В (х,») by dx dy

У Х Y

11В (х, y) dx dy 11 В (х, у) dx dy

1) Ь вЂ” В(х, g);

332477

15 гю г5

В последнем преобразовании связанные переменные Х и Г мы снова обозначим через

Х и У. Кроме того, мы сделали естественное предположение, что рассматриваемые масштабные преобразования изображений В (i.Õ, у) ) не выводят за пределы 0 поля зрения.

Это позволило пе изменять пределы интегрирования при замене переменных.

Оператор (3) реализуется предлагаемым устройством, Очевидно, всегда можно принимать (хотя и не обязательно), что изображениям с эталонными размерами, т. е. В(Х, т 1, соответствуют значения функционалов Ф! = 1, Ф2=1. Значение функционалов Ф! (В)

Ф2(В) для произвольного изображения определяют блок 8.

Если на вход устройства подается, например, изображение B(0,2Õ; 0,5г ), то с блока 8 будут сняты напряжения, пропорциональные

Х„.=5, 1,=2, т. е. Х„= —; У,= —. На блоках 9

1 1 и 10 происходит умножение cHI.H3лов генераторов строчной 4 и кадровой 8 развертки соответственно а величины Х, и 1 „ благодяр>! чему увеличивается крутизна нарастания пилообразных напряжений строчной развертки в Х,=5 раз, и кадровой в Y,=2 раза. Ясно, что действие таких преобразованных разверток на Отклонягощие катушки 2 оказываег

«нормализугощее» действие на размеры изображения. В результате после окончания переходных процессов в отклоняющих катушках видеосигналы, снимаемые с видеоусилителя 7, соответствуют изображениям стандартных размеров. На видеоконтрольном блоке б можно наблюдать образы изображений, одинаковых размеров, не зависимых от изменения их размеров на входе. Автоматическая нормализация изображений существенно упрощает задачу сравнения с эталонами, решаемую блоком 5.

Для автоматического приведения входных изображений к нормальному положению при-. меняются дополнительные фотоприемники !б и 17 со светомасками 18 и 14. В исходном сотоянии платформа 24, на которой закреплены приемная трубка и фотоприемники, ориентирована так, что поле зрения представляет собой положительный квадрант, т. е. оси координат занимают предельные нижнее и леВое положения. При этом изображение може! появляться в любом месте поля зрения. Опорное напряжение U,„ïðîõîäèò через схемы запрета 18 и 19, усилители 20 и 21 и подается на исполнительные двигатели 22 и 28. Исполнительные двигатели перемещают платформу вверх и вправо, при этом фотоприемники, расположенные на ней, и приемная трубка сканируют поле зрения вдоль положительногî íàïðàâëåíèÿ îñåé àáñöèññ è îðдинат до тех пор, пока световой поток Oi изображения не попадет сквозь щели светомасок 14 и 15 на фотоприемники 1б и 17.

С !!гнал Ы С фОТОГ! рие. 1!!!ИКОВ зг! П ре1113ЮТ и ро30

ХОЖДЕНИЕ ОПОРНОГО НаПРЯжЕНИЯ Ьоп Нгl ИСПОЛнительные двигатели, и перемещение платформы прекращается. В этом положении платформы координаты абсцисс и ординл Г являются касательными к изображсншо.

Напряжение U, запирающее IIHgeoycHu!!тель 7 на время сканирования, автоматически снимается и отпирает видеоусилитель 7 через интервал времени, искл1очяющий воздействие переходных процессов в отклоняю. щих катушках на результа Г распознавания образов. Последнее достигается применением линии задержки 25.

Экспериментальный образец устройств нормализации выполнен иа 033с промышленНОЙ телеВизионпой 3 станОВКН типа ПТ -101.

В качестве фотоприемников для опрсдсления коордггнат центра тяжести использованы фотоумножители типа ФЭУ-29 со светофильтрлIIH TH!13 «OIITII ICCÊHÉ КППН>>. ДЯТ 1ПКИ CHCTe»II I сканирования выполнены Н3 фотодиодах Tllna ФД-1, набря ы по длине щели свстомаски. В качестве схем умножения использованы ба 13HcHblc модуляторы пл полупроводниковых диода.:.

Предмет изобретен HH

1. Устройство для норма ll!3

11ëîñêHx изображений для систеi l рлспоз113вания образов, содержащее поворотну1

2. Устроиство по п. 1, от.гичаюгцееея тем, <го в нем блок электропривода поворота

1<а ятформы содеp?I(IIT дВЯ ка пал 3 пос:!едОВЯтельно соедгшепных схемы запрета. усилителяя мощности и исполнительного двигателя, причем одни входы схем запрета соед!шены ." выходами соответствующих фотодатчиков, другие — с выходом источника опорного напряжения, а вторые выходы каждой схемы запрета !I03coc3инсны к соответствующим выходам блока элсктроприводл.

332477

cl>l1C. /

Фиг. 2

Редактор Л. Утехина

Заказ 1825/19 Изд. М 332477 Тираж 448 Подписное

ЦНИИПИ Ко!иитетя по дела!и изобретений и открытий при Совете Министров СССР

Москва, Ж-35, Раушскаи наб., д. 4/5

Гии()! р!и1и!и, ир C.я нуионя, 2

Составитель В. Кудрявцев

Техрсд А. Камышникова

Корректоры: М. Коробова и Л. Корогод