ITTO950810A1 - Sistema per il confronto di immagini digitali. - Google Patents

Abstract

Sistema (1) per il confronto di immagini digitali in cui un primo ed un secondo blocco di trattamento dati (5, 6) ricevono in ingresso rispettivi flussi di dati (I, I') corrispondenti ad un immagine di riferimento (S) e ad un immagine rilevata (S') che deve essere confrontata con l'immagine di riferimento (S). I blocchi di trattamento dati (5, 6) sono atti a rilevare i punti di riferimento delle immagini generando dati (P1, P4) che sono forniti ad un blocco (10) che rileva, in prima approssimazione, l'applicazione Ao (X, Y, alfa) che lega le due immagini (S, S'). Il sistema comprende inoltre blocchi (17, 27) che realizzano raffinamenti successivi della applicazione che lega l'immagine di riferimento (S) all'immagine rilevata (S').[Fig. 1].

Description

D E S C R I Z I O N E

del brevetto per invenzione industriale

La presente invenzione è relativa ad un sistema per il confronto di immagini digitali.

Sono noti sistemi di elaborazione di immagini digitali atti a confrontare tra di loro due immagini simili, ad esempio due immagini di oggetti simili o due immagini di una stessa scena ripresa in momenti differenti.

In particolare, tali sistemi sono atti a comparare una immagine rilevata con una immagine di riferimento al fine di rilevare le differenze esistenti tra le due immagini. Sistemi di questo genere vengono utilizzati nei controlli di qualità, ad esempio per il controllo automatico di superfici (controllo di circuiti stampati, controllo di tessuti, ecc). Tali sistemi vengono inoltre utilizzati per il controllo di processi di stampa, ad esempio nel caso di carte valori per rilevare le differenze esistenti tra una banconota sottoposta ad esame ed una banconota di riferimento al fine di scartare la banconota esaminata quando le differenze rilevate superano un valore di soglia.

I sistemi sopra descritti vengono inoltre utilizzati nei sistemi di cartografia automatica al fine di raggruppare tra di loro immagini diverse (ad esempio immagini del suolo acquisite da satellite) facendo sovrapporre porzioni comuni di immagini adiacenti o per confrontare immagini della stessa scena prese in tempi diversi.

I sistemi noti del tipo sopra descritto utilizzano generalmente un procedimento di elaborazione dell'immagine che si svolge attraverso tre fasi principali: una prima fase in cui vengono selezionati punti di riferimento su una prima immagine, un seconda fase in cui vengono selezionati sulla seconda immagine punti di riferimento corrispondenti a quelli selezionati sulla prima ed una terza fase in cui vengono calcolati, ad esempio mediante un algoritmo di minimi quadrati, i parametri della trasformazione che collega tra di loro punti di riferimento corrispondenti delle due immagini.

La selezione dei punti di riferimento può essere di tipo manuale o semiautomatico. Nel primo caso, un operatore seleziona manualmente dei punti di riferimento sulla prima immagine; tale selezione può essere migliorata mediante l'uso del computer che affina la selezione effettuata dall'operatore. Questa modalità di selezione permette di selezionare un numero estremamente limitato di punti.

Nel caso di selezione automatica, vengono ricercati punti dell'immagine che definiscono segni di riferimento e figure di riferimento con caratteristiche determinate e riconoscibili, ad esempio intersezioni di linee, linee di contorno con elevata curvatura, centri di regioni chiuse, angoli di figure, ecc. Questa modalità di selezione presenta però l'inconveniente di dover richiedere un'elevata complessità di calcolo e di elaborazione. Inoltre, per calcolare la funzione che collega tra di loro le figure e/o i segni di riferimento corrispondenti delle due immagini sono necessarie un numero elevato di operazioni numeriche.

Scopo della presente invenzione è quello di realizzare un sistema di elaborazione di immagini digitali il quale consenta di confrontare due immagini digitali in modo semplice ed efficace.

Il precedente scopo è raggiunto dalla presente invenzione in quanto essa è relativa ad un sistema per il confronto di immagini digitali come definito dalla rivendicazione 1 .

L'invenzione verrà ora descritta con particolare riferimento ai disegni allegati che ne rappresentano una preferita forma di realizzazione non limitativa in cui:

la figura 1 illustra un diagramma a blocchi semplificato dell'architettura di sistema per il confronto di immagini digitali realizzato secondo i dettami della presente invenzione;

la figura 2 illustra in maggiore dettaglio il funzionamento dei singoli blocchi di figura 1;

le figure 3a,3b,3c illustrano immagini corrispondenti ad insiemi di dati elaborati in fasi successive dal sistema della presente invenzione;

le figure 4a,4b,4c illustrano immagini corrispondenti ad insiemi di dati elaborati in fasi successive dal sistema della presente invenzione;

la figura 5 illustra una fase di calcolo del sistema della presente invenzione; e

le figure 6 e 7 illustrano graficamente fasi di calcolo del sistema della presente invenzione.

Con particolare riferimento alla figura 1, con 1 è indicato nel suo insieme un sistema per il confronto di immagini digitali comprendente un primo ed un secondo blocco di trattamento dati 5, 6 i quali sono atti a ricevere in ingresso rispettivi flussi di dati.

In particolare, il blocco 5 riceve in ingresso un primo flusso di dati I corrispondente ad una prima immagine S (immagine di riferimento), mentre il blocco 6 riceve in ingresso un secondo flusso di dati I' corrispondente ad una seconda immagine S' (immagine rilevata), in particolare una immagine che deve essere confrontata con l'immagine S ad essa simile.

Le immagini S e S' sono immagini generalmente simili ed in particolare le immagini S,S' possono essere:

a) immagini dello stesso soggetto prese da punti di vista diversi (ad esempio fotografie aeree della stessa zona ripresé da diverse angolazioni);

b) immagini dello stesso soggetto riprese dallo stesso punto di vista ma con diversa illuminazione (ad esempio immagini rilevate in tempi diversi);

c) immagini dello stesso soggetto ripreso con diversi dispositivi di ripresa (ad esempio con diverse telecamere); e

d) immagini dello stesso soggetto aventi piccole zone di differenziazione (ad esempio immagini di banconote che differiscono tra di loro per piccole zone).

Le immagini S e S' devono presentare una informazione sufficientemente strutturata per permettere la selezione di più punti di riferimento. Si suppone inoltre che, a meno di differenze di illuminazione o di piccole zone differenti, la applicazione che lega le due immagini sia approssimativamente una trasformazione affine e che non ci siano deformazioni considerevoli tra le immagini S e S'.

I flussi di dati I ed I' possono essere costituiti da matrici (ad esempio matrici quadrate aventi dimensioni N x N) formate da una pluralità di punti (pixel) ciascuno dei quali presenta un livello di grigio definito da un numero (ad esempio compreso tra 0 e 255, nel caso di una rappresentazione su otto bit).

II blocco 5 elabora, con le modalità che saranno chiarite in seguito, il flusso di dati I di ingresso e presenta tre uscite 5a,5b,5c sulla quali sono rispettivamente presenti dati M2, dati M3 e dati PI che provengono dall'elaborazione del flusso di dati I.

Il blocco 6 elabora, con le modalità che saranno chiarite in seguito, il flusso di dati I' di ingresso e presenta tre uscite 6a,6b,6c sulle quali sono rispettivamente presenti dati P2, dati P3 e dati P4 che provengono dall'elaborazione del flusso di dati I'.

Il sistema 1 comprende inoltre un blocco di stima iniziale 10 il quale riceve in ingresso i dati P4 e Pi provenienti rispettivamente dal secondo blocco di trattamento dati 6 e dal primo blocco 5 di trattamento dati

Il blocco 10 confronta tra di loro, con le modalità che saranno chiarite in seguito, i dati P4 e PI al fine di ottenere una prima stima dell'insieme dei parametri che descrivono l'applicazione che collega tra di loro le immagini S ed S'.

In particolare, il blocco 10 genera in uscita un vettore tridimensionale Ao(X,Y,alfa) che descrive l'applicazione di rototraslazione che lega in modo approssimato tra di loro le immagini S e S'. Cioè il vettore tridimensionale Ao(X,Y,alfa) descrive in prima approssimazione quanto (X,Y) l'immagine S' è traslata rispetto all'immagine di riferimento e quanto (alfa) l'immagine S' è ruotata intorno al centro rispetto all'immagine di riferimento S.

Il vettore tridimensionale A»(X,Y,alfa) viene applicato ad un primo ingresso 13a di un blocco di compensazione 13 il quale presenta inoltre un secondo ingresso I3b che riceve i dati P3 provenienti dal blocco di trattamento dati 6.

Il blocco di compensazione 13 modifica i dati P3 mediante l'applicazione descritta dal vettore tridimensionale Ae(X,Y,alfa) generando in uscita dati corretti f(P3) che descrivono un immagine S''che è correlata con l'immagine S' ed è comprensiva di una prima correzione effettuata sull'immagine S'. In particolare, la correzione effettuata sui dati P3 è atta a compensare la rototraslazione dell'immagine S' come rilevata dal blocco 10.

L'uscita del blocco di compensazione 13 è collegata con un primo ingresso 17a di un blocco di affinamento 17 il quale presenta inoltre un secondo ingresso 17b ricevente i dati M3 provenienti dal blocco di trattamento dati 5.

Il blocco 17 confronta tra di loro, con le modalità che saranno chiarite in seguito, i dati M3 e i dati corretti f(P3) al fine di ottenere parametri atti a perfezionare la descrizione dell'applicazione che lega le immagini S e S' e che è descritta in modo approssimato dal vettore Ao(X,Y,alfa).

In altre parole, l'insieme di parametri generati dal blocco 17 descrive di quanto l'immagine S'' differisca ancora rispetto all'immagine di riferimento S.

Il blocco 17 genera in uscita un vettore con dimensione sei dA(X,Y,c,s,r,g) che descrive l'applicazione affine che lega tra di loro le immagini S e S''.

Il vettore dA(X,Y,c,s,r,g) viene alimentato ad un blocco 20 dove questo viene composto, con le modalità che saranno chiarite in seguito, con il vettore tridimensionale Ao(X,Y,alfa) generando in uscita un vettore A(X,Y,c,s,r,g).

Il vettore A(X,Y,c,s,r,g) descrive, con maggiore accuratezza rispetto a quella svolta dal vettore Ao(X,Y,alfa) , la relazione esistente tra l'immagine S' e l'immagine di riferimento S.

Il vettore A(X,Y,c,s,r,g) generato dal blocco 20 viene fornito ad un primo ingresso 23a di un blocco di compensazione 23 il quale presenta inoltre un secondo ingresso 23b che riceve i dati P2 provenienti dal blocco di trattamento dati 6.

Il blocco di compensazione 23 modifica i dati P2 mediante l'applicazione descritta dal vettore A(X,Y/c,s,r/g) generando in uscita dati corretti f(P2) che descrivono un immagine S''' che è correlata con l'immagine S' ed è comprensiva di una correzione effettuata sull'immagine S'. In particolare, la correzione effettuata sui dati P2 da parte del blocco 23 è più precisa dalla correzione svolta dal blocco 13.

L'uscita del blocco di compensazione 23 è collegata con un primo ingresso 27a di un secondo blocco di affinamento 27 il quale presenta inoltre un secondo ingresso 27b ricevente i dati M2 provenienti dal blocco di trattamento dati 5.

Il blocco 27 confronta tra di loro, con le modalità che saranno chiarite in seguito, i dati M2 e i dati corretti f(P2) al fine di ottenere parametri atti a perfezionare la descrizione dell'applicazione che lega le due immagini S, S' rispetto alla descrizione svolta dal vettore A(X,Y,c,s,r,g).

In altre parole, l'insieme di parametri generati dal blocco 27 descrive di quanto l'immagine S''' differisca ancora rispetto all'immagine di riferimento S.

Il blocco 27 genera in uscita un vettore con dimensione sei dA2 (X,Y,c,s,r,g) che descrive l'applicazione affine che lega con migliore approssimazione tra di loro le immagini S e S'''.

Il vettore dA2(X,Y,c,s,r,g) viene inviato ad un blocco 30 dove questo viene composto, con le modalità che saranno chiarite in seguito, con il vettore A(X,Y,c,s,r,g) generando in uscita un vettore A2(X,Y,c,s,r,g) ·

Il vettore A2(X,Y,c,s,r,g) generato dal blocco 30 viene utilizzato per correggere l'insieme di dati I'.

Con particolare riferimento alla figura 2, il sistema 1 per il confronto delle immagini della presente invenzione verrà descritto con maggiore dettaglio.

Il primo blocco di trattamento dati 5 comprende un primo filtro digitale 40 il eguale presenta un ingresso 40a ricevente il flusso di dati I ed un'uscita 40b comunicante con un ingresso di un secondo filtro digitale 41. Il filtro digitale 41 presenta una prima uscita 4la comunicante con l'ingresso di un terzo filtro digitale 42 ed una seconda uscita 41b comunicante con un circuito 43. Alla prima uscita 41a del filtro digitale 41 è presente il segnale di ingresso filtrato (ed eventualmente sottocampionato), mentre alla seconda uscita 41b è presente il residuo cioè il segnale di ingresso al filtro 41 meno il segnale filtrato dallo stesso oppure il segnale di ingresso filtrato in modo complementare in frequenza.

Il filtro digitale 42 presenta una prima uscita 42a comunicante con l'ingresso di un circuito 44 ed una seconda uscita 42b comunicante con un circuito 45. Alla prima uscita 42a del filtro digitale 42 è presente il segnale di ingresso filtrato (ed eventualmente sottocampionato) , mentre alla seconda uscita 42b è presente il residuo cioè il segnale di ingresso al filtro 42 meno il segnale filtrato dallo stesso oppure il segnale di ingresso filtrato in modo complementare in frequenza .

I circuiti 43,44,45 sono atti a rilevare i punti di riferimento dell'immagine che nell'esempio di realizzazlone descritto corrispondono ai punti di massima e di minima luminosità locale dell'immagine filtrata dall'immagine S o dell'immagine residua. I circuiti 43,44,45 sono quindi atti a rilevare quali sono le zone (pixel) più scure e quali sono le zone più chiare dell'immagine filtrata dall'immagine S stessa.

A tale proposito, per distinguere i punti P di massimo da quelli di minimo, viene associato ad ogni punto un indicatore binario (FLAG) che caratterizza il punto stesso indicando se esso è un punto di massimo o di minimo, ad esempio FLAG=1 primo tipo di punto (punto di massimo locale), FLAG=0 secondo tipo di punto (punto di minimo locale).

Le uscite dei circuiti 43,45 e 44 comunicano inoltre rispettivamente con le uscite 5a,5b e 5c del blocco di trattamento dati 5.

I filtri 40,41,42 sono filtri passa basso e sono convenientemente implementati mediante filtri FIR (finite-impulse-response) di tipo bidimensionale.

I filtri 40,41,42 filtrano in successione il flusso di dati I in modo tale che all'uscita 5c è presente il contenuto a bassa frequenza dell'immagine S, all'uscita 5b è presente il contenuto a media frequenza dell'immagine S e all'uscita 5a è presente il contenuto ad alta frequenza dell'immagine S. I filtri 40,41,42 realizzano una sfocatura via via maggiore dell'immagine S. Tale fatto è evidenziato dalle figure 3a,3b,3c in cui sono rispettivamente presentate immagini corrispondenti ai dati all'uscita dei filtri 40,41 e 42.

Il secondo blocco di trattamento dati 6 comprende un primo filtro digitale 50 (identico al filtro 40) il quale presenta un ingresso 50a ricevente il flusso di dati I' ed un'uscita 50b comunicante con un ingresso di un secondo filtro digitale 51 (identico al filtro 41). Il filtro digitale 51 presenta una prima uscita 5la comunicante con l'ingresso di un terzo filtro digitale 52 (identico al filtro 42) ed una seconda uscita 51b comunicante con un circuito 53. Alla prima uscita 51a del filtro digitale 51 è presente il segnale di ingresso filtrato (ed eventualmente sottocampionato), mentre alla seconda uscita 51b è presente il residuo cioè il segnale di ingresso al filtro 51 meno il segnale filtrato dallo stesso oppure il segnale di ingresso filtrato in modo complementare in frequenza.

Il filtro digitale 52 presenta una prima uscita 52a comunicante con l'ingresso di un circuito 54 ed una seconda uscita 52b comunicante con un circuito 55. Alla prima uscita 52a del filtro digitale 52 è presente il segnale di ingresso filtrato (ed eventualmente sottocampionato) , mentre alla seconda uscita 52b è presente il residuo cioè il segnale di ingresso al filtro 52 meno il segnale filtrato dallo stesso oppure il segnale di ingresso filtrato in modo complementare in frequenza .

I circuiti 53,54,55 sono atti a rilevare i punti di riferimento, in particolare i punti di massima e di minima luminosità locale dell'immagine filtrata dall'immagine S' o dell'immagine residua.

Le uscite dei circuiti 53, 55 e 54 comunicano inoltre rispettivamente con le uscite 6a,6b e 6c del blocco di trattamento dati 6.

I filtri 50,51,52 filtrano in successione il flusso di dati I' in modo tale che all'uscita 6c è presente il contenuto a bassa frequenza dell'immagine S', all'uscita 6b è presente il contenuto a media frequenza dell'immagine S' e all'uscita 6a è presente il contenuto ad alta frequenza dell'immagine S'. I filtri 50,51,52 realizzano una "sfocatura" via via maggiore dell'immagine S'. Tale fatto è evidenziato dalle figure 4a,4b,4c in cui sono rispettivamente presentate immagini corrispondenti ai dati all'uscita dei filtri 50,51 e 52.

II blocco 10 comprende un circuito 58 il quale riceve in ingresso i dati provenienti dai circuiti 54 e 44 e presenta un'uscita comunicante con un circuito 59 che realizza alla sua uscita il vettore tridimensionale A» (X,Y,alfa).

Il circuito 58 riceve in ingresso i punti di riferimento, ad esempio i punti di massimo e di minimo locale delle immagini filtrate dalle immagini S e S' e rilevati dai circuiti 44 e 54.

Il funzionamento del circuito 58 verrà illustrato con riferimento alla figura 5.

Con particolare riferimento alla figura 5, i dati PI comprendono una pluralità di punti P corrispondenti alle zone di massima e di minima luminosità locale dell'immagine a bassa frequenza filtrata dall'immagine S, mentre i dati P4 comprendono una pluralità di punti Q corrispondenti alle zone di massima e di minima luminosità locale dell'immagine filtrata a bassa frequenza dall'immagine S'.

A causa della relazione esistente tra le immagini S ed S' esiste una corrispondente relazione tra i punti P e Q. Il blocco 10 rileva in modo approssimato la relazione tra le immagini S e S' rilevando una possibile applicazione di rototraslazione che mette in relazione i punti P con i punti Q.

In particolare, viene analizzata una prima coppia di punti indicata genericamente con P1,P2. Tale coppia di punti P1,P2 viene confrontata con tutte le possibili coppie di punti Qm,Qn sull'immagine S' e viene calcolata per ogni coppia di punti Qm,Qn la trasformazione di deformazione e rototraslazione F che porta a coincidere i punti P1,P2 con i punti Qm,Qn rispettivamente, cioè F[(P1/P2) ] ========>(Qm,Qn)

Tale trasformazione F è caratterizzata da un insieme di quattro parametri X,Y ,alfa e delta.

Il parametro di deformazione delta verrà successivamente ignorato intendendo che le deformazioni esistenti tra le due immagini S, S' siano trascurabili.

Le operazioni sopra descritte vengono ripetute per tutte le altre possibili coppie di punti P, ed il circuito 58 calcola tutte le possibili trasformazioni che fanno corrispondere tutte le possibili coppie di punti P con tutte le possibili coppie di punti Q.

Ogni volta che viene individuata una trasformazione caratterizzata da X,Y,alfa il circuito 58 assegna alla coppia X,Y un "voto" di valore complesso e<Aj >che viene accumulato con i "voti" eventualmente già assegnati alla coppia X,Y.

Dopo che sono state considerate tutte le possibili combinazioni di coppie X,Y di punti P,Q, ogni coppia X,Y sarà associata ad un numero complesso che è la somma dei "voti" ottenuta per tutte le possibili combinazioni di coppie di punti P,Q.

Il circuito 59 rileva la coppia X,Y che ha ottenuto la somma di "voti" con modulo massimo (figura 6).

Di tale voto viene inoltre valutata la fase alfa che rappresenta la rotazione della trasformazione, in questo modo, vengono individuati tutti i parametri X,Y,alfa della rototraslazione.

Con particolare riferimento alla figura 2, il blocco 17 comprende un primo circuito 63 il quale riceve in ingresso i dati M3 provenienti dal primo blocco di trattamento dati. I dati M3 rappresentano una pluralità di punti P (figura 7) corrispondenti ad i punti di massimo e di minimo locali (punti di riferimento) dell'immagine residuo a media frequenza dell'immagine di riferimento S.

Il circuito 63 calcola per ogni punto P un intorno I atto a delimitare una piccola porzione dell'immagine sulla quale viene svolta una ulteriore analisi.

La dimensione dell'intorno I può essere definita in vari modi; ad esempio, il circuito 63 può calcolare un intorno circolare avente raggio R pari alla metà della minima distanza tra due punti PI e P2 dello stesso tipo (dove il tipo è definito dal valore binario del FLAG) oppure il circuito 63 può calcolare intorni circolari con raggio R costante.

In ogni modo, il calcolo degli intorni viene svolto separatamente per punti P corrispondenti ai minimi ed ai massimi locali di luminosità.

Il circuito 63 coopera con un circuito 64 a cui affluiscono inoltre i dati M3 e i dati corretti f(P3) provenienti dal blocco 13. In questo modo, il circuito 64 riceve i dati corrispondenti ai punti dell'immagine S'' (punti W trasformati) su cui è stata applicata (attraverso il blocco 13) la trasformazione atta a compensare la trasformazione tra le immagini S e S'.

Il circuito 64 confronta i punti P con i punti W al fine di migliorare la relazione tra l'immagine S'' e l'immagine S'.

Se la compensazione svolta dal blocco 13 è stata buona è comprensibile supporre che i punti W siano prossimi ai punti P. In particolare, il circuito 64 verifica se un punto W cade nell'intorno di un punto P dello stesso tipo.

In tal caso, viene stabilita una relazione di corrispondenza tra il punto P ed il punto w.

L'applicazione che mette in relazione le immagini S e S' viene calcolata da un circuito 65 che coopera con il circuito 64. In particolare, il circuito 65 utilizza l'algoritmo (di tipo noto) dei minimi quadrati (LEAST MEAN SQUARE) che ricerca la trasformazione che minimizza la somma dei quadrati delle distanze tra i punti P e W trasformati corrispondenti. L'algoritmo L.M.S. del circuito 65 genera in uscita il vettore dA(X,Y,c,s,r,g). La struttura del blocco 27 è simile a quella del blocco 17 in quanto il blocco 27 comprende un primo circuito 73 il quale riceve in ingresso i dati M2 provenienti dal primo blocco di trattamento dati. I dati M2 rappresentano una pluralità di punti P (figura 7) corrispondenti ad i punti di massimo e di minimo locale dell'immagine di riferimento S.

Il circuito 73 calcola, separatamente per i punti di massimo e di minimo analogamente a quanto fatto dal circuito 63, un intorno I, ad esempio un intorno circolare avente raggio R pari alla metà della distanza presente tra un punto P ed il punto dello stesso tipo ad esso più prossimo.

Il circuito 73 coopera con un circuito 74 a cui affluiscono inoltre i dati M2 e i dati corretti f(P2) provenienti dal blocco 23. In questo modo, il circuito 74 riceve i dati corrispondenti ai punti dell'immagine S*'' (punti W' trasformati) su cui è stata applicata (attraverso il blocco 23) la trasformazione atta a compensare la relazione geometrica tra le immagini S e S'.

Il circuito 64 confronta i punti P con i punti W' al fine di migliorare la relazione tra l'immagine S''' e l'immagine S.

Se la compensazione svolta dal blocco 23 è stata buona è comprensibile supporre che i punti W' siano prossimi ai punti P. In particolare, il circuito 74 verifica se un punto W' cade nell'intorno di un punto P dello stesso tipo.

In caso viene stabilita una relazione di corrispondenza tra i punti P e W'.

L'applicazione che mette in relazione i punti P e W' viene calcolata da un circuito 75 che coopera con il circuito 74. In particolare, il circuito 75 utilizza l'algoritmo dei minimi quadrati (LEAST MEAN SQUARE) che ricerca la trasformazione affine che minimizza la somma dei quadrati delle distanze tra i punti P ed i punti W' trasformati corrispondenti. Il circuito 75 genera in uscita il vettore dA2(X,Y,c,s,r,g).

In uso, il blocco di stima iniziale 10 riceve in ingresso i dati P4 e PI comprensivi dei punti di riferimento P e Q delle immagini filtrate dall'immagini S' ed s.

Il blocco 10 confronta tra di loro, con le modalità precedentemente descritte, i punti di riferimento P e Q generando in uscita il vettore tridimensionale Ao(X,Y,alfa) che descrive, in prima approssimazione, mediante una rototraslezione l'applicazione che lega tra di loro le immagini S e S'.

Il vettore tridimensionale A» (X,Y,alfa) viene alimentato al blocco di compensazione 13 il quale corregge i dati P3 mediante il vettore tridimensionale Ao(X,Y,alfa) generando in uscita i dati corretti f(P3). Ai dati corretti f(P3) corrisponde l'immagine S'' che è una prima correzione dell'immagine S'. In questo modo, il sistema 1 realizza una prima fase di correzione dell 'immagine rilevata.

Il blocco 17 confronta tra di loro, con le modalità precedentemente descritte, i dati M3 (immagine S) e i dati corretti f(P3) ottenendo in uscita il vettore dA(X,Y,c,s,r,g) che descrive mediante una rototraslazione l'applicazione affine che lega tra di loro le immagini S e S''.

Il vettore dA(X,Y,c ,s,r,g) viene alimentato al blocco 20 dove questo viene composto con il vettore tridimensionale Ao(X,Y,alfa) generando in uscita il vettore A(X,Y,c,s,r,g) che descrive, in seconda approssimazione, la relazione che lega tra di loro le immagini S e S'.

L'uscita dal blocco 20 verso il blocco 23 ha luogo dopo una serie di cicli iterativi di calcolo mediante il quale il vettore dA(X,Y,c,s,r,g) viene successivamente "affinato" attraverso calcoli successivi. Il sistema 1 rimane infatti nell'anello chiuso definito dal blocco 17, dal blocco 20 e dal blocco di compensazione 13 per un numero prestabilito di cicli operativi oppure finché l'applicazione descritta dal vettore A(X,Y,c,s,r,g) non raggiunge un grado di approssimazione desiderato.

Il vettore A(X,Y,c,s,r,g) viene applicato al blocco di compensazione 23 il quale corregge i dati P2 mediante il vettore A(X,Y,c,s,r,g) generando in uscita i dati corretti £(P2). Ai dati corretti f(P2) corrisponde l'immagine S''' che è una seconda correzione dell'immagine S'. In questo modo, il sistema 1 realizza una seconda fase di correzione dell'immagine rilevata.

Il blocco 27 confronta tra di loro, con le modalità precedentemente descritte, i dati M2 (immagine S) ed i dati corretti f(P2) ottenendo in uscita il vettore dA2 (X,Y,c,s,r,g) che descrive l'applicazione affine che lega tra di loro le immagini S e S'''.

Il vettore dA2(X,Y,c,s,r,g) viene alimentato al blocco 30 dove questo viene composto con il vettore A(X,Y,c,s,r,g) generando in uscita il vettore A2(X,Y,c,s,r,g) che descrive, in terza approssimazione, la relazione che lega tra di loro le immagini S e S'.

Verranno ora illustrate le operazioni di composizione del vettore dA2 col vettore A per ottenere il vettore A2.

In particolare, sia A il vettore (X,Y,c,s,r,g) e dA2 il vettore (dX2,dY2,dc2,ds2,dr2,dg2), il vettore A2 (X2,Y2,c2,s2,r2,g2) si ottiene dalle seguente relazione:

X2 = dX2 dc2X ds2Y

Y2 = dY2 dr2X dg2Y

c2 = dc2c ds2r

s2 = dc2s ds2g

r2 = dr2c dg2r

g2 = dr2s dg2g.

Nel caso che il vettore A sia quello di uscita al circuito 10 e quindi sia A = (X,Y,alfa) ci si può ricondurre alle formule precedenti in quanto A = (X,Y,alfa) è equivalente ad un vettore A = (X,Y,c,s,r,g) dove c = cos(alfa), s = sin(alfa), g=cos(alfa), r=-sin(alfa) .

L'uscita dal blocco 30 ha luogo normalmente dopo una serie di cicli iterativi di calcolo mediante il quale il vettore A2(X,Y,c,s,r,g) viene successivamente "affinato" attraverso calcoli successivi. Il sistema 1 rimane infatti nell'anello chiuso definito dal blocco 27, dal blocco 30 e dal blocco di compensazione 23 per un numero prestabilito di cicli operativi oppure finché l'applicazione descritta dal vettore A2(X,Y,c,s,r,g) non raggiunge un grado di approssimazione desiderato.

Il vettore A2(X,Y,c,s,r,g) viene applicato ad un blocco di compensazione 100 il (piale corregge il flusso di dati I' mediante l'applicazione descritta dal vettore A2(X,Y,c,s,r,g) generando in uscita un insieme di dati I'''(figura 1) a cui corrisponde un immagine S"" che rappresenta la registrazione (REGISTRATION) sull'immagine di riferimento S.

In particolare, i punti dell'immagine S<,r>'' coincidono in modo sostanziale con i punti dell'immagine S e l'immagine S'''<r >"ricopre" pertanto l'immagine di riferimento S.

Da quanto sopra detto risulta chiaro come il sistema della presente invenzione risolve gli inconvenienti dei sistemi noti in quanto la selezione dei punti di riferimento dell'immagine viene effettuata in modo del tutto automatico e mediante procedure non particolarmente gravose dal punto di vista computazionale. In questo modo, viene selezionato un grande numero di punti dell'immagine (normalmente almeno un centinaio) e comunque un numero superiore di quello selezionabile manualmente. Il sistema 1 permette inoltre ridurre i tempi di elaborazione. La selezione dei punti di riferimento non viene infatti svolta né in modo manuale né mediante il riconoscimento di figure predefinite sull'immagine, ma mediante i circuiti 43,44,45 e 53,54,55 che realizzano la selezione dei punti di riferimento.

Il successivo calcolo della relazione che lega tra di loro le varie immagini viene svolta per approssimazioni successive (blocchi 10,17 e 27) e con algoritmi semplici.

Il sistema della presente invenzione realizza inoltre un approccio di elaborazione dell'immagine estremamente generale (non è infatti necessario avere immagini in cui sono presenti figure riconoscibili) e può pertanto essere utilizzato per il confronto di una grande varietà di immagini.

Inoltre, gli algoritmi di calcolo utilizzati sono estremamente semplici e "robusti'· rispetto al rumore e realizzano una procedura di calcolo di tipo del tutto automatico .

Risulta infine chiaro che modifiche e varianti possono essere apportate al sistema descritto senza peraltro uscire dall'ambito protettivo della presente invenzione.

Ad esempio, ciascun blocco di trattamento dati 5, 6 potrebbe essere provvisto di un numero maggiore di filtri digitali connessi in cascata e di un corrispondente numero di circuiti per il rilevamento dei punti di riferimento delle immagini filtrate. Più genericamente, il sistema 1 potrebbe essere provvisto di blocchi di trattamento dati 5,6 provvisti di N filtri digitali, di N circuiti per il rilevamento dei punti di riferimento e di N uscite. In tale caso, il sistema 1 sarebbe provvisto di un blocco di stima iniziale (del tipo descritto dal blocco 10) e di N-l blocchi di affinamento (del tipo dei blocchi 17 e 27).

Claims (1)

1. R IV EN D ICA Z ION I 1.- Sistema per il confronto delle immagini digitali caratterizzato dal fatto di comprendere: - primi mezzi di trattamento dati (5) riceventi in ingresso un primo flusso di dati (I) corrispondente ad una prima immagine (S), in particolare una immagine di riferimento; - secondi mezzi di trattamento dati (6) riceventi in ingresso un secondo flusso di dati (Ι') corrispondente ad una seconda immagine (S '), in particolare una immagine atta ad essere confrontata con l'immagine di riferimento; la detta seconda immagine (S') essendo legata alla detta prima immagine (S) attraverso una applicazione approssimativamente affine; detti primi (5) e secondi (6) mezzi di trattamento dati comprendendo primi e secondi mezzi rilevatori (43,44,45;53,54 ,55) riceventi rispettivamente in ingresso dati provenienti dal detto primo (I) e secondo (!') flusso di dati; detti primi e secondi mezzi rilevatori (43,44,45;53/54 ,55) generando in uscita almeno primi (Pi) e secondi insiemi di dati (P4) rappresentativi di punti di riferimento (P,Q) rilevati sulla detta prima (S) e seconda (S') immagine; detti primi e secondi mezzi rilevatori (43,44,45;53 ,54,55) essendo atti a definire i detti punti di riferimento (P,Q) rilevando su detta prima (S) e seconda (S') immagine i punti aventi una caratteristica prefissata; detto sistema (1) comprendendo inoltre primi mezzi di elaborazione (10) riceventi in ingresso detto primo insieme di dati (PI) e detto secondo insieme di dati (P4) ; detti primi mezzi di elaborazione (10) essendo atti a rilevare un primo vettore Ao(X,Y,al£a) che definisce, in prima approssimazione, l'applicazione esistente tra punti di riferimento corrispondenti (P,Q) di detta prima (S) e di detta seconda (S') immagine. 2.- Sistema secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detta caratteristica prefissata è almeno una massima luminosità locale o una minima luminosità locale. 3.- Sistema secondo la rivendicazione 1 o 2, caratterizzato dal fatto di comprendere primi mezzi di correzione (13) riceventi in ingresso un terzo insieme di dati (P3) correlato alla detta seconda immagine (S') e detto primo vettore AB(X,Y,alfa); detti primi mezzi di correzione (13) essendo atti a modificare detto terzo insieme di dati (P3) mediante detto primo vettore A»(X,Y,alfa) generando un primo insieme di dati corretti f(P3) rappresentativo di una prima immagine corretta (S''); detti primi mezzi di correzione (13) essendo atti ad applicare su detta seconda immagine (S') una correzione atta a compensare la applicazione come rilevata (S') dai detti primi mezzi di elaborazione (10). 4.- Sistema secondo la rivendicazione 3, caratterizzato dal fatto di comprendere secondi mezzi di elaborazione (17) riceventi in ingresso quarti insiemi di dati (M3) correlati alla detta prima immagine (S) e detto primo insieme di dati corretti f(P3); detti secondi mezzi di elaborazione (17) essendo atti a generare un secondo vettore dA(X,Y,c,s,r,g) che definisce l'applicazione esistente tra punti di riferimento di detta prima immagine corretta (S'') ed i punti di riferimento di detta prima immagine (S). 5.- Sistema secondo la rivendicazione 4, caratterizzato dal fatto di comprendere primi mezzi di composizione (20) riceventi in ingresso il detto primo vettore A<> (X,Y,alfa) ed il detto secondo vettore dA(X,Y,c,s,r,g) e generanti in uscita un terzo vettore A(X,Y,cfs,r,g) che definisce, con approssimazione maggiore di quella definita dal detto primo vettore Ao(X,Y,alfa), l'applicazione esistente tra detta prima (S) e detta seconda (S') immagine. 6.- Sistema secondo la rivendicazione 5, caratterizzato dal fatto di comprendere secondi mezzi di correzione (23) riceventi in ingresso una quinto insieme di dati (P2) correlato alla detta seconda immagine (S') e detto terzo vettore A(X,Y,c,s,r,g); detti secondi mezzi di correzione (23) essendo atti a modificare detto quinto insieme di dati (P2) mediante detto terzo vettore A(X,Y,c,s,r,g) generando un secondo insieme di dati corretti f(P2) rappresentativo di una seconda immagine corretta (S'''); detti secondi mezzi di correzione (23) essendo atti ad applicare a detta seconda immagine (S') una correzione atta a compensare la applicazione come rilevata dai detti primi e dai detti secondi mezzi di elaborazione (10,17). 7.- Sistema secondo la rivendicazione 6, caratterizzato dal fatto di comprendere terzi mezzi di elaborazione (27) riceventi in ingresso un sesto insieme di dati (M2) correlati alla detta prima immagine (S) e detto secondo insieme di dati corretta f(P2); detti terzi mezzi di elaborazione (27) essendo atti a rilevare un quarto vettore dA2(X,Y,c,s,r,g) che definisce l'applicazione esistente tra punti di riferimento di detta seconda immagine corretta (S''') ed i punti di riferimento di detta prima immagine (S). 8.- Sistema secondo la rivendicazione 7, caratterizzato dal fatto di comprendere secondi mezzi di composizione (30) riceventi in ingresso il detto quarto vettore dA2 (X,Y,c,s,r,g) ed il detto terzo vettore A(X,Y,c,s,r,g) e generanti in uscita un quinto vettore A2(X,Y,c,s,r,g) che definisce, con approssimazione maggiore di quella definita dal detto terzo vettore A(X,Y,c,s ,r,g), l'applicazione esistente tra detta prima (S) e detta seconda (S') immagine. 9.- Sistema secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che i detti primi mezzi di trattamento dati (5) comprendono una pluralità di filtri digitali (44,45,43) di cui almeno un primo (40) a riceve in ingresso il detto primo flusso di dati (I); i detti filtri digitali (40,41,42) essendo disposti in serie tra di loro ed essendo provvisti di almeno tre uscite (42a,42b,41b) a cui sono rispettivamente presenti dati relativi al contenuto a bassa frequenza della detta prima immagine (S), al contenuto a media frequenza della detta prima immagine (S) e al contenuto ad alta frequenza della detta prima immagine (S). 10.- Sistema secondo la rivendicazione 9, caratterizzato dal fatto che i detti primi mezzi rilevatori (43,44,45) comprendono almeno tre blocchi rilevatori (43,44,45) riceventi in ingresso rispettivamente i dati relativi al detto contenuto a bassa frequenza, al detto contenuto a media frequenza e al detto contenuto ad alta frequenza di detta prima immagine (S); i detti blocchi rilevatori essendo atti a rilevare i punti di massima e minima luminosità locale di detta prima immagine. 11.- Sistema secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che i detti primi mezzi di trattamento dati (5) comprendono: - un primo filtro digitale (40) ricevente in ingresso (40a) il detto primo flusso di dati (I); - un secondo filtro digitale (41) collegato in ingresso con un'uscita (40b) del detto primo filtro (40); - un terzo filtro digitale (42) collegato in ingresso con una prima uscita (4la) di detto secondo filtro (41); detto secondo filtro (41) presentando una seconda uscita (41b) comunicante con l'ingresso di un primo blocco rilevatore (43); detto terzo filtro (42) presentando una prima uscita (42a) comunicante con l'ingresso di un secondo blocco rilevatore (44) ed una seconda uscita (42b) comunicante con terzo blocco rilevatore (45); alla detta prima uscita (42a) del terzo filtro (42) essendo presente il segnale di ingresso filtrato ed alla detta seconda uscita (42b) essendo presente un segnale residuo formato dal segnale di ingresso al detto terzo filtro (42) diminuito del segnale filtrato dallo stesso; detti primi, secondi e terzi blocchi rilevatori (43,45,44) essendo atti a rilevare ì punti di massima e/o di minima luminosità locale della detta prima immagine (S). 12.- Sistema secondo la rivendicazione 11, caratterizzato dal fatto che il detto secondo blocco rilevatore (44) genera in uscita il detto primo insieme (PI) di dati. 13.- Sistema secondo la rivendicazione 11 dipendente dalle rivendicazioni 4 e 7, caratterizzato dal fatto che i detti primi (43) e terzi (45) blocchi rilevatori generano rispettivamente in uscita detto sesto insieme di dati (M2) e detto quarto insieme di dati (M3). 14.- Sistema secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che i detti secondi mezzi di trattamento dati (6) comprendono una pluralità di filtri digitali (50,51,52) di cui almeno un primo (50) a riceve in ingresso il detto secondo flusso di dati (I'); i detti filtri digitali (50,51,52) essendo disposti in serie tra di loro ed essendo provvisti di almeno tre uscite (52a,52b,51b) a cui sono rispettivamente presenti dati relativi al contenuto a bassa frequenza della detta seconda immagine (S'), al contenuto a media frequenza della detta seconda immagine (S') e al contenuto ad alta frequenza della detta seconda immagine (S'). 15.- Sistema secondo la rivendicazione 14, caratterizzato dal fatto che i detti secondi mezzi rilevatori (54,55,53) comprendono almeno tre blocchi rilevatori (53,54,55) riceventi in ingresso rispettivamente i dati relativi al detto contenuto a bassa frequenza, al detto contenuto a media frequenza e al detto contenuto ad alta frequenza di detta seconda immagine (S'); i detti blocchi rilevatori essendo atti a rilevare i punti di massima e/o minima luminosità locale di detta seconda immagine (S'). 16.- Sistema secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che i detti secondi mezzi di trattamento dati (6) comprendono: un primo filtro digitale (50) ricevente in ingresso (50a) il detto secondo flusso di dati (!'); - un secondo filtro digitale (51) collegato in ingresso con un'uscita (50b) del detto primo filtro (50); un terzo filtro digitale (52) collegato in ingresso con una prima uscita (51a) di detto secondo filtro (51); detto secondo filtro (51) presentando una seconda uscita (51b) comunicante con l'ingresso di un primo blocco rilevatore (53); detto terzo filtro (52) presentando una prima uscita (52a) comunicante con l'ingresso di un secondo blocco rilevatore (54) ed una seconda uscita (52b) comunicante con terzo blocco rilevatore (55); alla detta prima uscita (52a) del terzo filtro (52) essendo presente il segnale di ingresso filtrato, mentre alla detta seconda uscita (52b) del detto terzo filtro essendo presente un segnale residuo formato dal segnale di ingresso al terzo filtro (52) diminuito del segnale filtrato dallo stesso; detti primi secondi e terzi blocchi rilevatori (53,55,54) essendo atti a rilevare i punti di massimo e di minimo di luminosità locale della detta seconda immagine (S'). 17.- Sistema secondo la rivendicazione 16, caratterizzato dal fatto che il detto secondo blocco rilevatore (54) genera in uscita il detto secondo insieme di dati (P4). 18.- Sistema secondo la rivendicazione 16 dipendente dalle rivendicazioni 3 e 6, caratterizzato dal fatto che i detti primi (53) e terzi (55) blocchi rilevatori generano rispettivamente in uscita detto quinto insieme di dati (P2) e detto terzo insieme di dati (P3). 19.- Sistema secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che i detti primi mezzi di elaborazione (10) comprendono un blocco di calcolo complesso (58) ricevente in ingresso i punti di riferimento (P) della detta prima e seconda immagine (S,S'); il detto blocco di calcolo complesso (58) essendo atto ad analizzare tutte le possibili coppie di punti di riferimento (Pn,Pm) della prima immagine (S) ed essendo atto, per ogni coppia di punti di riferimento (Pn,Pm) analizzata, a calcolare tutte le trasformazioni lineari (F) che portano a far coincidere la coppia di punti analizzata (Pn,Pm) della prima immagine con le possibili coppie di punti di riferimento (Qm,Qn) della seconda immagine; detta trasformazione (F) essendo caratterizzata da quattro parametri (X,Y,alfa, delta) tra cui due parametri di traslazione (X,Y) ed una rotazione angolare (alfa) ; detto blocco di calcolo complesso (58) essendo atto ad assegnare ad ogni coppia di parametri di traslazione (X,Y) calcolati un voto di valore complesso (e^jalfa) che viene accumulato con i voti eventualmente già assegnati alla de di parametri di traslazione (X,Y); i detti primi mezzi di elaborazione (10) comprendendo inoltre un blocco di selezione (59) cooperante con detto blocco di calcolo complesso (58) ed atto a rilevare la coppia di parametri di traslazione (X,Y) che ha ottenuto la somma di voti con modulo massimo; il detto blocco di selezione (59) essendo atto a valutare la fase (alfa) di detto voto; la detta fase (alfa) rappresentando la rotazione angolare della trasformazione che lega la prima immagine alla seconda immagine (S,S'). 20.- Sistema secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 4 a 13, caratterizzato dal fatto che i detti secondi mezzi di elaborazione (17) comprendono un primo blocco delimitatore (63) ricevente in ingresso detto quarto insieme di dati (M3) ed atto a definire, per ogni punto di riferimento del quarto insieme di dati (M3), un intorno con dimensioni prefissate; il detto primo blocco delimitatore (63) ricevendo inoltre in ingresso una pluralità di punti di riferimento trasformati (W) corrispondenti ai punti di riferimento della detto primo insieme di dati corretti f(P3) rappresentativo della prima immagine corretta (S"); detti secondi mezzi di elaborazione (17) comprendendo inoltre primi mezzi di corrispondenza (64) atti a verificare se un punto di riferimento trasformato (W) cade nell'intorno di un punto di riferimento selezionato (P); detti primi mezzi di corrispondenza (64) essendo atti a calcolare, per i punti in selezionati (P) e trasformati (W) di cui è stata rilevata una corrispondenza, l'applicazione (dA(X,Y,c,s,r,g) ) che mette in relazione i punti stessi. 21.- Sistema secondo la rivendicazione 20, caratterizzato dal fatto che i detti primi mezzi di corrispondenza (64) generano in uscita il detto secondo vettore dA(X,Y,c,s,r,g). 22.- Sistema secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 7 a 20, caratterizzato dal fatto che i detti terzi mezzi di elaborazione (27) comprendono un secondo blocco delimitatore (73) ricevente in ingresso il detto sesto insieme di dati (M2) ed essendo atto a selezionare punti di riferimento (P) della detta prima immagine (S); detto secondo blocco delimitatore (73) calcolando, per ogni punto di riferimento selezionato (P) della prima immagine (S), un intorno con dimensioni prefissate; il detto secondo blocco delimitatore (73) ricevendo inoltre in ingresso una pluralità di punti di riferimento trasformati (W'J corrispondenti ai punti di riferimento della detto secondo insieme di dati corretti f(P2) rappresentativo della seconda immagine corretta (S'"); detti secondi mezzi di elaborazione (17) comprendendo inoltre secondi mezzi di corrispondenza (74) atti a verificare se un punto trasformato (W') cade nell'intorno circolare di un punto di riferimento selezionato (P); detti secondi mezzi di corrispondenza (74) essendo atti a calcolare, per i punti in selezionati (P) e trasformati (W) di cui è stato rilevato una corrispondenza, l'applicazione (d2A(X,Y,c,s,r,g)) che mette in relazione i punti stessi. 23.- Sistema secondo la rivendicazione 22, caratterizzato dal fatto che i detti secondi mezzi di corrispondenza (74) generano in uscita il detto quarto vettore d2A(X,Y,c,s,r,g). 24.- Sistema secondo le rivendicazioni 11 e 16, caratterizzato dal fatto che ciascun filtro digitale (40,41,42) dei detti primi mezzi di trattamento dati (5) presenta struttura uguale a quella di un corrispondente filtro digitale (50,51,52) appartenete ai detti secondi mezzi di trattamento dati (6). 25.- Sistema per il confronto delle immagini, sostanzialmente come descritto ed illustrato con riferimento ai disegni allegati.