RU2013029C1 - Method of determination of coordinates of center of gravity of image - Google Patents
Method of determination of coordinates of center of gravity of image Download PDFInfo
- Publication number
- RU2013029C1 RU2013029C1 SU4310325A RU2013029C1 RU 2013029 C1 RU2013029 C1 RU 2013029C1 SU 4310325 A SU4310325 A SU 4310325A RU 2013029 C1 RU2013029 C1 RU 2013029C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- image
- center
- coordinates
- gravity
- signals
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Image Analysis (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к автоматике и измерительной технике и может использоваться в различных контрольно-измерительных устройствах в частности в системах обработки изображений, в устройствах в частности в системах обработки изображений, в устройствах позиционирования. The invention relates to automation and measuring equipment and can be used in various instrumentation, in particular in image processing systems, in devices in particular in image processing systems, in positioning devices.
Известен способ определения координат центра формы плоских неподвижных объектов в декартовой системе координат методом уравновешивания площадей (журнал Зарубежная радиоэлектроника, 1983 г. , N 11, с. 93-97), заключающийся в том, что изображение объекта проэцируют на матрицу фотоприемников, последовательно опрашивают ячейки фотоприемной матрицы и находят абсциссу Хс = l центра формы из условия
h-hh-h0, l= (1) и координату Yc = k из условия
h(i)-h(i)h(i)-h(i)0, к= (2) где ||h|| - норма матрицы, i - номер строки; j - номер столбца; n - размер матрицы; так, чтобы площади фигуры, лежащие по обе стороны от прямой Х = l и прямой Y = k были равны с заданной точностью.There is a method of determining the coordinates of the center of the shape of flat stationary objects in a Cartesian coordinate system using the area balancing method (Journal of Foreign Radio Electronics, 1983,
h - h h - h 0, l = (1) and the coordinate Y c = k from the condition
h (i) - h (i) h (i) - h (i) 0, k = (2) where || h || is the norm of the matrix, i is the row number; j is the column number; n is the size of the matrix; so that the areas of the figure lying on both sides of the line X = l and the line Y = k are equal with a given accuracy.
Недостатком этого способа является , во-первых, то, что центр формы определяется неоднозначно, его координаты зависят от ориентации объекта относительно осей координат и не являются инвариантными относительно преобразований изображения; во-вторых, то, что для нахождения центра формы требуется большой объем вычислений и длительное время; в-третьих, то, что способ позволяет работать с изображениями, имеющими только две градации яркости, что ограничивает его функциональные возможности. The disadvantage of this method is, firstly, that the center of the shape is determined ambiguously, its coordinates depend on the orientation of the object relative to the coordinate axes and are not invariant with respect to image transformations; secondly, the fact that to find the center of the form requires a large amount of computation and a long time; thirdly, the fact that the method allows you to work with images that have only two gradations of brightness, which limits its functionality.
Известен способ определения координат центра тяжести изображения плоского объекта (Анисимов Б. А. , Курганов В. Д. , Злобин В. К. Распознавание и цифровая обработка изображений, М. : Высшая школа, 1983 г. , с. 81-89), заключающийся в том, что изображение объекта воспринимается фотоприемным устройством, затем вычисляют площадь фигуры через координаты точек ее контура, находят координаты центра тяжести фигуры путем деления статических моментов инерции на площадь. A known method for determining the coordinates of the center of gravity of the image of a flat object (Anisimov B. A., Kurgan V. D., Zlobin V. K. Recognition and digital image processing, M.: Higher school, 1983, S. 81-89), consisting in the fact that the image of the object is perceived by the photodetector, then the area of the figure is calculated through the coordinates of the points of its contour, the coordinates of the center of gravity of the figure are found by dividing the static moments of inertia by the area.
Этот способ имеет следующие недостатки: для вычислений используются приближенные формулы, что снижает точность; требуется большой объем вычислений и длительное время для определения координат центра тяжести изображения, работать можно только с изображениями, имеющими две градации яркости, сложность аппаратурной реализации. This method has the following disadvantages: approximate formulas are used for calculations, which reduces accuracy; it requires a large amount of computation and a long time to determine the coordinates of the center of gravity of the image, you can only work with images that have two gradations of brightness, the complexity of the hardware implementation.
Известен способ нахождения центра изображения и центрирования изображения (В. П. Кожемяко. Оптоэлектронные-логиковременные информационно-вычислительные среды, Тбилиси, Мецниереба, 1984 г. , с. 236, рис. 6.31), заключающийся в том, что изображение проэцируют на фотоприемную матрицу, центр которой совпадает с началом декартовой системы координат ХОY, определяют разность яркостей в полуплоскостях ОY и О(-Y) и ОХ и О(-Х), на основании полученных значений определяют направление смещения, производят одновременное смещение всех точек изображения по оси ОХ и по оси ОY на [log2(2N1)] и [log2 (2N2)] , где [N] обозначает целую часть числа N, заключенного в скобки, и размеры матрицы по осям ОХ и ОY, затем определяют новое значение разностей суммарных яркостей в полуплоскостях и производят смещение изображения на вдвое меньшую величину, чем на предыдущем шаге и продолжают этот процесс до тех пор, пока суммарные яркостные составляющие относительно осей координат не станут равными с точностью до одного дискрета: при этом центр изображения совпадает с центром матрицы, а исходные координаты изображения можно определить по величинам и направлениям производящихся смещений.A known method of finding the center of the image and centering the image (V. P. Kozhemyako. Optoelectronic-logical-time information-computing environments, Tbilisi, Metsniereba, 1984, p. 236, Fig. 6.31), namely, that the image is projected onto a photodetector matrix , the center of which coincides with the beginning of the Cartesian coordinate system ХОY, determine the brightness difference in the half-planes ОY and О (-Y) and ОХ and О (-Х), on the basis of the obtained values determine the direction of displacement, produce simultaneous displacement of all image points along the OX axis and along the OY axis on [log 2 (2N 1 )] and [log 2 (2N 2 )], where [N] denotes the integer part of the number N enclosed in brackets and the dimensions of the matrix along the axes OX and OY, then a new value is determined the differences in the total brightnesses in half-planes and produce an image shift by half as much as in the previous step and continue this process until the total brightness components relative to the coordinate axes become equal to within one discrete: in this case, the image center coincides with the center of the matrix , and the original image coordinates can be Gödel in magnitude and direction of the generating displacement.
Этот способ имеет следующие недостатки: необходимый центр изображения определяют неоднозначно, его положение зависит от ориентации изображения относительно осей координат и он не является инвариантным по отношению к ориентации и преобразованиям изображения (поворот изображения); вследствии инерционного характера центрирования изображения увеличивается время, необходимое для нахождения центра изображения, сложность аппаратурной реализации. This method has the following disadvantages: the necessary center of the image is determined ambiguously, its position depends on the orientation of the image relative to the coordinate axes and it is not invariant with respect to the orientation and transformations of the image (image rotation); Due to the inertial nature of image centering, the time required to find the center of the image and the complexity of the hardware implementation increase.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому способу является способ определения координат центра тяжести изображения неподвижных объектов, заключающийся в том, что изображение объекта воспринимается фотоприемным устройством; 1) осуществляется последовательный опрос ячеек матрицы, 2) определяют массу объекта через площадь изображения как норму матрицы, в которой элементам, принадлежащим изображению, соответствует единица, а не принадлежащим - нуль, путем подсчета ячеек, принадлежащих изображению, 3) определяют статические моменты инерции относительно осей системы координат путем суммирования моментов инерции элементов изображения объекта относительно осей координат и определяют абсциссу Хс и ординату Yc центра тяжести путем деления соответствующих моментов инерции на норму матрицы по формулам
Xc= Hh (3)
Yc= Hh (4) где ||Нnn|| - норма матрицы, соответствующая фотоприемной Hnn матрице; i - номер строки; j - номер столбца.The closest in technical essence to the proposed method is a method for determining the coordinates of the center of gravity of the image of stationary objects, which consists in the fact that the image of the object is perceived by a photodetector; 1) a sequential interrogation of the matrix cells is carried out, 2) the mass of the object is determined through the image area as the matrix norm, in which the elements belonging to the image correspond to one and not to the elements belonging to zero, by counting the cells belonging to the image, 3) determine the static moments of inertia relative to axis coordinate system by summing the moments of inertia of the picture elements of the object relative to the coordinate axes and define with the abscissa X and ordinate Y c gravity center by dividing the corresponding moment inertia on the norm of the matrix by the formulas
X c = H h (3)
Y c = H h (4) where || H nn || is the matrix norm corresponding to the photodetector H nn matrix; i is the line number; j is the column number.
Этот способ имеет следующие недостатки: требуется большой объем вычислений и соответственно длительное время определения координат центра тяжести изображения объекта, способ позволяет работать с изображениями, имеющими две градации яркости; сложность реализации. This method has the following disadvantages: it requires a large amount of computation and, accordingly, a long time to determine the coordinates of the center of gravity of the image of the object, the method allows you to work with images that have two gradations of brightness; complexity of implementation.
Целью изобретения является сокращение объема вычислений/ повышение быстродействия/ расширение функциональных возможностей способа за счет обеспечения возможности работы с полутоновыми изображениями/ упрощение аппаратурной реализации способа. The aim of the invention is to reduce the amount of computation / increase speed / expand the functionality of the method by providing the ability to work with grayscale images / simplifying the hardware implementation of the method.
Указанная цель достигается тем/ что согласно способу/ заключающемуся в проэцировании объекта на фотоприемную матрицу/ с помощью которой преобразуют совокупность оптических сигналов/ полученных в результате пространственной дискретизации в совокупность электрических сигналов
Эo(m; n), /
где m = 1 ÷M/ а n = 1 ÷ N ; здесь M и N - число элементов разложения по ортогональным осям матрицы; с амплитудой/ пропорциональной интенсивности соответствующих оптических сигналов/ определении статических моментов инерции изображения относительно осей выбранной системы координат/ формируют на полученных электрических сигналов две группы новых совокупностей сигналов
Э(m; n), . . . , Э
Э
Э
S. . . , S
S
S
S°= Э°(m; n) (9) координату центра тяжести изображения определяют по формулам
Xцт= (10)
Yцт= (11) для чего известными методами суммируют с учетом весовых коэффициентов интегральные сигналы и производят деление на вспомогательный интегральный сигнал.This goal is achieved by the fact that according to the method / which consists in projecting an object onto a photodetector matrix / with which the set of optical signals / resulting from spatial sampling is converted into a set of electrical signals
E o (m; n), /
where m = 1 ÷ M / a n = 1 ÷ N; here M and N are the number of decomposition elements along the orthogonal axes of the matrix; with the amplitude / proportional to the intensity of the corresponding optical signals / determining the static moments of inertia of the image relative to the axes of the selected coordinate system / form on the received electrical signals two groups of new sets of signals
E (m; n),. . . , E
E
E
S . . . , S
S
S
S ° = E ° (m; n) (9) the coordinate of the center of gravity of the image is determined by the formulas
X ct = (10)
Y ct = (11) why, using well-known methods, integral signals are summed up taking into account the weighting coefficients and are divided by an auxiliary integral signal.
Анализ научно-технической и патентной литературы показывает, что применение предложенного метода формирования частных интегральных сигналов и соответствующих им частных (отфильтрованных) изображений позволил отказаться от сложной процедуры умножения отсчетов изображения на соответствующие коды координат отсчетов с целью вычисления статических моментов инерции изображения, заменить операцию умножения операцией сложения и производить операцию накапливания, сложения сигналов одновременно со считыванием, вводом информации и производить обработку по двум каналам одновременно. Такой способ получения и определения моментов изображения был ранее не известен, применение его позволяет повысить быстродействие, сократить время определения координат до времени одного кадра, упростить аппаратурную реализацию и расширить функциональные возможности. An analysis of the scientific, technical and patent literature shows that the application of the proposed method for the formation of partial integral signals and the corresponding private (filtered) images allowed us to abandon the complex procedure of multiplying the image samples by the corresponding coordinate codes of the samples in order to calculate the static moments of inertia of the image, and replace the operation of multiplication with the operation addition and perform the operation of accumulation, addition of signals simultaneously with reading, entering information and producing Audit processing on two channels at the same time. This method of obtaining and determining the moments of the image was not previously known, its application allows to increase the speed, reduce the time of determining the coordinates to the time of one frame, simplify the hardware implementation and expand the functionality.
На фиг. 1, 2, 3, приведены исходная (1) и формируемые в процессе обработки две группы совокупностей сигналов. Соответственно первая группа (см. фиг. 2, 3) и вторая группа (см. фиг. 4, 5), которые поясняют сущность способа; на фиг. 6 приведена структурная схема устройства, реализующего предлагаемый способ; на фиг. 7 - функциональная схема устройства управления. In FIG. 1, 2, 3, shows the original (1) and two groups of signal sets formed during processing. Accordingly, the first group (see Fig. 2, 3) and the second group (see Fig. 4, 5), which explain the essence of the method; in FIG. 6 shows a structural diagram of a device that implements the proposed method; in FIG. 7 is a functional diagram of a control device.
Предлагаемый способ определения координат центра тяжести изображения заключается в следующем. The proposed method for determining the coordinates of the center of gravity of the image is as follows.
По известному способу координаты Хц.т и Yц.т центра тяжести изображения любого объекта вычисляются путем деления соответствующих моментов инерции по оси ОХ и ОY на площадь "массу" изображения. Для примера возьмем квадратную матрицу NxM = 9 элементам разложения. На фиг. 1 показано исходное изображение. (Здесь цифры внутри клеток соответствуют коду яркости светового пятна, т. е. амплитуде электрического сигнала Эо(m; n), отсутствие цифр соответствует нулевой амплитуде). Определим центр изображения по известному способу. Обозначим статические моменты инерции по оси ОХ через Мх и по оси ОY через Мy. Интегральная яркость изображения составит
Sо = 1 + 3 + 7 + 9 + 10 + 10 + 2 + 4 + 5 + 8 + 11+ + 5 + 17 + 14 + 13 + 6 + 3 + 64 + 3 + 1 + 6 + 1 + + 2 + 1 + 2 + 8 + 7 + 9 = 232
Мх = (1 + 3 + 7 + 9 + 10 + 10)х3 + (2 + 4 + 5 + 8+ + 11 +5)х4 + (17 + 14 + 13 + 6)х5 + (3 + 64 + 3+ + 1)х6 + (6 + 1 + 2 + 1)х7 + (9 + 7 + 8 + 9)х8 = = 1214
Мy = (1 + 2)х3 + (3 + 14)х4 + (7 + 5 + 17 + 3 + 6 + +9)х5 + (9 + 8 + 14 + 64 + 1 + 7)х6 + (10 + 11 + +13 + 3 + 2 + 8 )х7 + (10 + 5 + 6 + 1 + 1 + 2)х8= = 1419
Xцт= = = 5,23;
Yцт= = = 6,12 На фиг. 2, 3 показана, сформированная первая группа совокупностей соответственно Эх 1(m; n); Эх 2(m; n); Эх 3(m; n); Эх 4(m; n). На фиг. 4, 5 показана сформированная вторая группа совокупностей электрических сигналов соответственно Эy 1(m; n); Эy 2(m; n); Эy 3(m; n); Эy 4(m; n). Интегральные сигналы первой группы равны
Sx 1 = 1 + 3 + 7 + 9 + 10 + 10 + 17 + 14 + 13 + 6+ + 6 + 1 + 2 + 1 = 100
Sx 2 = 1 + 3 + 7 + 9 + 10 + 10 +3+ 64 + 3 + 1 + +6 + 1 + 2 + 1 = 121
Sx 3 = 2 + 4 + 5 + 8 + 11 + 5 + 17 + 14 + 13 + 6+ + 3 +64+3+ 1 + 6 + 1 + 2 + 1 = 166
Sx 4 = 9 + 7 + 8 + 2 = 26 Интегральные сигналы для второй группы равны
Sy 1 = 1 + 2 + 7 + 5 + 17 + 3 + 6 + 9 + 10 + +11 + 13 + 3 + 2 + 8 = 97
Sy 2 = 1 + 2 + 9 + 8 + 14 + 64 + 1 + 7 + 10 + +11 + 13 + 3 + 2 + 8 = 153
Sy 3 = 3 + 4 + 7 + 5 + 17 + 3 + 6 + 9 + 9 + 8+ + 14 + 64 + 1 + 7 + 10 + 11 + 13 + 3 + 2 + 8 = = 204
Sy 4 = 10 + 5 + 6 + 1 + 1 + 2 = 25 Статические моменты по обеим осям будут соответственно равны
M= = 100×1+121×2+166×4+26×8=1214
M= = 97×1+153×2+204×4+25×8=1419 И, наконец, координаты центра тяжести изображения будут равны
Xц.т = = 5,23 Yц.т = = 6,12
Рассматриваемый способ предполагает выполнение необходимых операций следующим образом.By a known method, the coordinates of X ct and Y ct of the center of gravity of the image of any object are calculated by dividing the corresponding moments of inertia along the axis OX and OY by the area "mass" of the image. For example, take the square matrix NxM = 9 to the decomposition elements. In FIG. 1 shows the original image. (Here, the numbers inside the cells correspond to the brightness code of the light spot, i.e., the amplitude of the electric signal, E о (m; n), the absence of numbers corresponds to zero amplitude). Define the center of the image by a known method. We denote the static moments of inertia along the OX axis through M x and along the OY axis through M y . Integral image brightness will be
S о = 1 + 3 + 7 + 9 + 10 + 10 + 2 + 4 + 5 + 8 + 11+ + 5 + 17 + 14 + 13 + 6 + 3 + 64 + 3 + 1 + 6 + 1 + + 2 + 1 + 2 + 8 + 7 + 9 = 232
M x = (1 + 3 + 7 + 9 + 10 + 10) x3 + (2 + 4 + 5 + 8+ + 11 +5) x4 + (17 + 14 + 13 + 6) x5 + (3 + 64 + 3+ + 1) x6 + (6 + 1 + 2 + 1) x7 + (9 + 7 + 8 + 9) x8 = = 1214
M y = (1 + 2) x3 + (3 + 14) x4 + (7 + 5 + 17 + 3 + 6 + +9) x5 + (9 + 8 + 14 + 64 + 1 + 7) x6 + (10 + 11 + +13 + 3 + 2 + 8) x7 + (10 + 5 + 6 + 1 + 1 + 2) x8 = = 1419
X ct = = = 5.23;
Y ct = = = 6.12 In FIG. 2, 3 show the formed first group of populations, respectively, E x 1 (m; n); E x 2 (m; n); E x 3 (m; n); E x 4 (m; n). In FIG. 4, 5 shows the formed second group of sets of electrical signals, respectively, y y 1 (m; n); E y 2 (m; n); E y 3 ( m; n); E y 4 (m; n). The integral signals of the first group are equal
S x 1 = 1 + 3 + 7 + 9 + 10 + 10 + 17 + 14 + 13 + 6+ + 6 + 1 + 2 + 1 = 100
S x 2 = 1 + 3 + 7 + 9 + 10 + 10 +3 + 64 + 3 + 1 + +6 + 1 + 2 + 1 = 121
S x 3 = 2 + 4 + 5 + 8 + 11 + 5 + 17 + 14 + 13 + 6+ + 3 + 64 + 3 + 1 + 6 + 1 + 2 + 1 = 166
S x 4 = 9 + 7 + 8 + 2 = 26 Integral signals for the second group are equal
S y 1 = 1 + 2 + 7 + 5 + 17 + 3 + 6 + 9 + 10 + 11 + 13 + 3 + 2 + 8 = 97
S y 2 = 1 + 2 + 9 + 8 + 14 + 64 + 1 + 7 + 10 + 11 + 13 + 3 + 2 + 8 = 153
S y 3 = 3 + 4 + 7 + 5 + 17 + 3 + 6 + 9 + 9 + 8+ + 14 + 64 + 1 + 7 + 10 + 11 + 13 + 3 + 2 + 8 = = 204
S y 4 = 10 + 5 + 6 + 1 + 1 + 2 = 25 Static moments on both axes will be respectively equal
M = = 100 × 1 + 121 × 2 + 166 × 4 + 26 × 8 = 1214
M = = 97 × 1 + 153 × 2 + 204 × 4 + 25 × 8 = 1419 And, finally, the coordinates of the center of gravity of the image will be equal
X t.t = = 5.23 Y t.t = = 6.12
The considered method involves the implementation of the necessary operations as follows.
Изображение объекта проэцируется на телевизионную камеру на базе ПЗС матрицы. В камере происходит преобразование оптического сигнала в совокупности электрических сигналов и полученный видеосигнал поступает на параллельный быстродействующий аналого-цифровой преобразователь (АЦП). В первом канале посредством потактового суммирования в накапливающем сумматоре получают интегральную яркость изображения объекта Sо, соответствующую "массе" объекта, во втором - путем суммирования в накапливающих сумматорах получают интегральные сигналы первой группы совокупностей, которые складываются в конце кадра с учетом необходимого сдвига в комбнационных сумматорах, получая таким образом значение момента инерции Мх. В третьем канале путем суммирования в аналогичных накапливающих сумматорах получают интегральные сигналы второй группы совокупностей, которые складываются в конце кадра с учетом необходимого сдвига в комбинационных сумматорах, получая таким образом значение момента инерции Мy. Результат, т. е. координаты центра тяжести изображения получают на миниЭВМ путем деления по стандартной программе полученных моментов инерции на интегральную яркость изображения.The image of the object is projected onto a television camera based on a CCD matrix. The camera converts the optical signal into a set of electrical signals and the resulting video signal is fed to a parallel high-speed analog-to-digital converter (ADC). In the first channel, by push-count summing in the accumulating adder, the integral brightness of the image of the object S о corresponding to the "mass" of the object is obtained, in the second channel, by summing in the accumulating adders, the integral signals of the first group of aggregates are obtained, which are added at the end of the frame taking into account the necessary shift in combinational adders , thus obtaining the value of the moment of inertia M x . In the third channel, by summing in similar accumulating adders, integral signals of the second group of aggregates are obtained, which are added at the end of the frame taking into account the necessary shift in the combinational adders, thus obtaining the value of the moment of inertia M y . The result, i.e., the coordinates of the center of gravity of the image, is obtained on a mini-computer by dividing the moment of inertia obtained by the standard program by the integral brightness of the image.
Устройство, реализующее способ, содержит телевизионную камеру на базе ПЗС матрицы (типа КТ-2-2) или на базе матрицы фотоприемников (типа МФ-14) 1, быстродействующий параллельный аналого-цифровой преобразователь (АЦП) (типа 1107ПВ1) 2, накапливающие сумматоры (см. например в кн. Применение интегральных микросхем в электронной вычислительной технике, с. 114 - справочник под ред. Б. Н. Файзулаева и Б. В. Тарабрина, М. : Радио и связь, 1986 г. ) (3,231-46, 241-4); устройство управления 4, комбинационные сумматоры (типа К155ИМ3) (251-3, 261-3) и микроЭВМ 27.A device that implements the method comprises a television camera based on a CCD array (type KT-2-2) or based on a matrix of photodetectors (type MF-14) 1, a high-speed parallel analog-to-digital converter (ADC) (type 1107PV1) 2, accumulating adders (see, for example, in the book. The use of integrated circuits in electronic computing, p. 114 - reference book edited by B.N. Fayzulaev and B.V. Tarabrin, M.: Radio and communications, 1986) (3.23 1-4 6, 24 1-4 );
Видеовыход телекамеры 1 соединен с АЦП 2, выходы АЦП соединены с входами накапливающих сумматоров 3,231-4, 241-4, выходы накапливающего сумматора 3 соединены с входной шиной микроЭВМ 27. Выходы накапливающего сумматора 231, кроме выхода младшего разряда соединены с первыми входами комбинационного сумматора 251, причем выход с разрядом 2i соединен со входом с разрядом 2i+1, на вход старшего разряда сумматора 231 подается логический ноль; выходы накапливающего сумматора 232 соединены со вторыми входами комбинационного сумматора 251, выходы комбинационного сумматора 251, кроме выхода младшего разряда соединены с первыми входами комбинационного сумматора 252, причем выход с разрядом 2i соединен с входом с разрядом 2i+1, а выход переноса комбинационного сумматора 251соединен с входом старшего разряда комбинационного сумматора 252; выходы накапливающего сумматора 233 соединены со вторыми входами комбинационного сумматора 252, выходы комбинационного сумматора 252, кроме выхода младшего разряда соединены с первыми входами комбинационного сумматора 253, причем выход с разрядом 2i соединен с входом с разрядом 2i+1, а выход переноса комбинационного сумматора 252соединен с входом старшего разряда комбинационного сумматора 253, выходы накапливающего сумматора 234 соединены со вторыми входами комбинационного сумматора 253; выход нулевого (младшего) разряда накапливающего сумматора 231 соединен с входом нулевого разряда входной шины канала Х микроЭВМ 27, выход младшего разряда комбинационного сумматора 251 соединен с входом первого разряда входной шины, выход младшего разряда комбинационного сумматора 252 соединен с входом второго разряда входной шины микроЭВМ 27, выходы комбинационного сумматора 253соединены с входами входной шины микроЭВМ 27 таким образом, что выход с разрядом 2i соединен с входом с разрядом 2i+3, а выход переноса соединен с старшим разрядом входной шины канала Х микроЭВМ 27. Выходы накапливающих сумматоров 241-4 соединены с комбинационными сумматорами 261-3 и с входами входной шины канала Y микроЭВМ 27 аналогично. Служебные (управляющие) выходы телевизионной камеры 1 соединены с входами устройства управления 4. Устройство управления содержит инвертор 5, девять схем совпадения 6, 71-4, 81-4, две схемы выделения заднего фронта (СВЗФ) 9, 10, и два двоичных счетчика 11 и 12.The video output of the
Выход, с которого снимается строчный синхроимпульс (ССИ) телевизионной камеры 1 соединен с входом инвертора 5, суммирующим входом счетчика 12 и входом установки в ноль счетчика 11, выход инвертора 5 соединен с первым входом схемы совпадения 6, второй вход которой соединен с выходом телевизионной камеры, с которого снимается сигнал тактовой частоты Fтак, этот же выход телевизионной камеры 1 соединен с тактовым входом АЦП 2, выход схемы совпадения 6 соединен с суммирующим входом счетчика 11 и СВЗФ 9, выход СВЗФ 9 соединен с первыми входами схем совпадения 71-4 и 81-4 и входом записи накапливающего сумматора 3, выход 14, вторые входы этих схем совпадения соединены с выходами счетчиков 11 и 12 соответственно выходы счетчика 11 - с входами схем совпадения 71-4, а выходы счетчика 12 - с входами схем совпадения 81-4, выход телевизионной камеры 1, с которого снимается кадровый синхроимпульс (КСИ), соединен с входом СВЗФ 10 и входом "ЗАПИСЬ" микроЭВМ 27, выход СВЗФ 10 соединен с входам установки в ноль счетчика 12 и входами "Установка в ноль" накапливающих сумматоров 231-4 и 241-4, выходы схем совпадения 71-4 и 81-4 - 14-22 соединены с входами "ЗАПИСЬ" накапливающих сумматоров 231-4 и 241-4 соответственно.The output from which the horizontal sync pulse (SSI) of the television camera 1 is removed is connected to the input of the inverter 5, the summing input of the counter 12 and the installation input to zero of the counter 11, the output of the inverter 5 is connected to the first input of the matching circuit 6, the second input of which is connected to the output of the television camera , from which the clock frequency signal F is taken so that the same output of the television camera 1 is connected to the clock input of the ADC 2, the output of the matching circuit 6 is connected to the summing input of the counter 11 and the SVZF 9, the output of the SVZF 9 is connected to the first inputs of the matching circuits generations 7 1-4 and 8 1-4 and the recording input of the accumulating adder 3, output 14, the second inputs of these matching circuits are connected to the outputs of the counters 11 and 12, respectively, the outputs of the counter 11 are connected to the inputs of the matching circuits 7 1-4 , and the outputs of the counter 12 - with the inputs of the matching circuits 8 1-4 , the output of the television camera 1, from which the frame sync pulse (CSI) is taken, is connected to the input of the SVZF 10 and the input “RECORD” of the microcomputer 27, the output of the SVZF 10 is connected to the inputs of the counter to counter 12 and the inputs "Zeroing" accumulating adders 23 1-4 and 24 1-4 , outputs of matching circuits 7 1-4 and 8 1-4 - 14-22 connected to the inputs "RECORD" accumulating adders 23 1-4 and 24 1-4, respectively.
Устройство работает следующим образом: задним фронтом КСИ происходит сброс накапливающих сумматоров и счетчика управления 12, счетчик управления 11 сбрасывается передним фронтом ССИ. С началом кадра видеосигнал с телевизионной камеры 1 поступает на АЦП 2, где потактово оцифровывается и поступает на входы всех накапливающих сумматоров 3,231-4, 241-4. В накапливающем сумматоре 3 происходит потактовое суммирование всех значений оцифрованного видеосигнала и к концу кадра в нем будет храниться число, соответствующее значению вспомогательного интегрального сигнала Sо, т. е. интегральной интенсивности объекта. В накапливающих сумматорах 231-4 канала Х происходит суммирование значений оцифрованного видеосигнала и формирование интегральных сумм. Прохождение тактовых сигналов на входы записи накапливающих сумматоров 231-4регламентируется состоянием выходов счетчика управления 11, состояние которых изменяется с тактовой частотой. К концу кадра в накапливающих сумматора 231-4 хранятся интегральные совокупности Sx i, а на входной шине канала Х микроЭВМ 27 к концу кадра в результате сложения в комбинационных сумматорах 251-3 получают сумму, соответствующую статическому моменту инерции по оси ОХ - Мх. Статический момент Мyвычисляется в канале Y аналогично, только прохождение тактовых сигналов на входы записи накапливающих сумматоров 241-4 регламентируется состоянием выходов счетчика управления 12, состояние которых изменяется с частотой строк. По переднему фронту КСИ происходит считывание значений МхМy и Sо в микроЭВМ 27. В микроЭВМ выполняется операция деления, т. е. вычисление координат центра тяжести изображения, которая занимает время обратного хода кадровой развертки. С началом кадра цикл повторяется. Разрядность комбинационных сумматоров и количество накапливающих сумматоров выбирается в зависимости от предполагаемого размера объекта и количества светочувствительных ячеек фотоприемной матрицы.The device operates as follows: the trailing edge of the CSI resets the accumulating adders and the
Докажем, что поставленная цель достигнута. Во-первых, что касается сокращения объема вычислений, то по сравнению с прототипом, в котором требуется производить умножение сигналов отсчетов элементов изображения на координаты, а таких элементов всего N х М, в предложенном способе операция умножения отсутствует. Это приводит к тому, что не требуется задержка тактовых сигналов, синхронизирующих работу фотоприемной матрицы на время умножения, и формирование интегральных сигналов, на основе которых вычисляются статические моменты, происходит в темпе считывания видеосигнала. Кроме того, возможен вариант реализации способа, когда формирование всех частных изображений (групповых совокупностей сигналов) может происходит параллельно при оптических методах формирования. В этом случае применяются фильтры (транспаранты) и интегрирующие по пространству элементы, (линзы, фоконы и т. д. ). We prove that the goal is achieved. Firstly, with regard to reducing the amount of computation, in comparison with the prototype, in which it is necessary to multiply the signals of samples of image elements by coordinates, and there are only N x M such elements, the proposed method does not have a multiplication operation. This leads to the fact that there is no need for a delay in the clock signals synchronizing the operation of the photodetector matrix for the time of multiplication, and the formation of integrated signals, on the basis of which static moments are calculated, occurs at the rate of reading the video signal. In addition, there is a possible implementation of the method, when the formation of all private images (group sets of signals) can occur in parallel with optical formation methods. In this case, filters (transparencies) and space-integrating elements (lenses, foci, etc.) are used.
Во-вторых, что касается повышения быстродействия, то время формирования всех интегральных сигналов (осуществляемое с высокой точностью, поскольку применяется предварительная оцифровка видеосигнала) идет одновременно для двух каналов и заканчивается к концу кадра, что позволяет за время обратного хода кадровой развертки (порядка 1 мсек) определить координаты центра тяжести изображения. Secondly, with regard to improving performance, the time of formation of all integrated signals (carried out with high accuracy, since the preliminary digitization of the video signal is used) goes simultaneously for two channels and ends by the end of the frame, which allows for a frame scan reverse time (of the order of 1 ms ) determine the coordinates of the center of gravity of the image.
В-третьих, что касается упрощения аппаратурной реализации, то способ предполагает наличие только формирователей интегральных сигналов (интеграторы для аналоговых сигналов и накапливающие сумматоры для цифровых), включая простые коммутаторы сигналов для выделения по требуемым условиям нужных элементов и матрицу фоточувствительных элементов (например телекамера на ПЗС матрице). При этом не требуется сложных вычислительных устройств для умножения и управления алгоритмом обработки как в прототипе. Вычислительный блок требуется лишь на конечном этапе вычислений и может быть выполнен в виде табличного делителя ПЗУ. Thirdly, with regard to simplifying the hardware implementation, the method assumes the presence of only integrated signal conditioners (integrators for analog signals and accumulating adders for digital ones), including simple signal switches for selecting necessary elements and an array of photosensitive elements (for example, a CCD camera matrix). It does not require complex computing devices to multiply and control the processing algorithm as in the prototype. The computing unit is required only at the final stage of the calculation and can be made in the form of a tabular divider ROM.
В-четвертых, что касается расширения функциональных возможностей, то предлагаемый способ позволяет определить координаты центра тяжести не только бинарных, но и полутоновых изображений, с большой точностью производить обработку изображений (до долей элемента ПЗС матрицы) и учитывать фон, посредством пороговой обработки видеосигнала на АЦП. (56) Жаботинский Ю. Д. Адаптивные промышленные роботы и их применение в микроэлектронике, М. , Радио и связь, 1985 г. , с. 31. Fourth, with regard to the expansion of functionality, the proposed method allows to determine the coordinates of the center of gravity of not only binary but also grayscale images, to process images with high accuracy (to fractions of the CCD matrix element) and to take into account the background by threshold processing of the video signal on the ADC . (56) Jabotinsky Yu. D. Adaptive industrial robots and their use in microelectronics, M., Radio and communications, 1985, p. 31.
Claims (1)
Э(m; n), . . . , Э
Э(m; n), . . . , Э
из исходной совокупности по правилу
,
Э
где Эo(m, n), Эx i(m, n), Эy i(m, n) - электрические сигналы соответственно исходной первой и второй совокупностей,
одновременно с формированием двух групп дискретизируемых электрических сигналов формируют две группы интегральных сигналов
S. . . , S
и вспомогательный интегральный сигнал S0, соответствующий интегральной интенсивности изображения объекта, путем суммирования всех сигналов соответствующих совокупностей по формуле
S
где S
а сигнал координаты центра тяжести изображения определяют по формулам
Xцт= ;
Yцт= .METHOD FOR DETERMINING THE COORDINATION CENTER OF COOPERATION OF THE GRAVITY OF THE IMAGE, in which the optical signal of the object is projected onto the photodetector matrix, the optical signal is sampled, the optical signal is converted into a discretized electrical signal o o (m, n), where m = 1 ÷ M, and n = 1 ÷ N - the number of expansion elements along the orthogonal axes of the matrix, with an amplitude proportional to the intensity of the corresponding optical signals, determines the coordinates of the center of gravity of the image relative to the axis of the selected coordinate system, characterized in that, in order to increase eniya accuracy of the coordinates of center of gravity, after converting the analog signal into a sampled electric signal is generated from electrical signals received two groups of sampled electrical signals
E (m; n),. . . , E
E (m; n),. . . , E
from the original population by the rule
,
E
where o o (m, n), x x i (m, n), y y i (m, n) are electrical signals, respectively, of the initial first and second sets,
simultaneously with the formation of two groups of sampled electrical signals form two groups of integrated signals
S . . . , S
and an auxiliary integral signal S 0 corresponding to the integrated intensity of the image of the object, by summing all the signals of the corresponding populations according to the formula
S
where s
and the signal coordinates of the center of gravity of the image are determined by the formulas
X ct = ;
Y ct = .
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU4310325 RU2013029C1 (en) | 1987-09-30 | 1987-09-30 | Method of determination of coordinates of center of gravity of image |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU4310325 RU2013029C1 (en) | 1987-09-30 | 1987-09-30 | Method of determination of coordinates of center of gravity of image |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2013029C1 true RU2013029C1 (en) | 1994-05-15 |
Family
ID=21329369
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
SU4310325 RU2013029C1 (en) | 1987-09-30 | 1987-09-30 | Method of determination of coordinates of center of gravity of image |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2013029C1 (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2550523C2 (en) * | 2013-06-18 | 2015-05-10 | Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Военно-космическая академия имени А.Ф. Можайского" Министерства обороны Российской Федерации | Method of determining coordinates of centre of gravity of image |
RU2749492C1 (en) * | 2020-08-21 | 2021-06-11 | Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военный учебно-научный центр Военно-воздушных сил "Военно-воздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина" (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации | Method for determining center of gravity coordinates of optical image |
RU210463U1 (en) * | 2021-11-17 | 2022-04-15 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Новгородский государственный университет имени Ярослава Мудрого" | Television device for measuring object image coordinates |
-
1987
- 1987-09-30 RU SU4310325 patent/RU2013029C1/en active
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2550523C2 (en) * | 2013-06-18 | 2015-05-10 | Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Военно-космическая академия имени А.Ф. Можайского" Министерства обороны Российской Федерации | Method of determining coordinates of centre of gravity of image |
RU2749492C1 (en) * | 2020-08-21 | 2021-06-11 | Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военный учебно-научный центр Военно-воздушных сил "Военно-воздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина" (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации | Method for determining center of gravity coordinates of optical image |
RU210463U1 (en) * | 2021-11-17 | 2022-04-15 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Новгородский государственный университет имени Ярослава Мудрого" | Television device for measuring object image coordinates |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2020582C1 (en) | Device for selecting edges for image processing system | |
US6809666B1 (en) | Circuit and method for gray code to binary conversion | |
RU2013029C1 (en) | Method of determination of coordinates of center of gravity of image | |
GB2130453A (en) | Movement detection | |
KR20010004946A (en) | Method and Apparatus for high speed Convolution | |
US7522190B2 (en) | Image detection processing device for calculating the moments of image data | |
US7046821B2 (en) | Image detection processor | |
Hobrough et al. | Stereopsis for robots by iterative stereo image matching | |
RU2550523C2 (en) | Method of determining coordinates of centre of gravity of image | |
US5233549A (en) | Reduced quantization error FIR filter | |
US3274549A (en) | Automatic pattern recognition system | |
EP0535639A2 (en) | Method and apparatus for image processing | |
SU1453174A1 (en) | Meter of coordinate of energy centre of zone with non-uniform illumination | |
SU1218406A1 (en) | Device for determining parameters of object positions | |
SU842768A1 (en) | Digital correlator | |
RU2090929C1 (en) | Method for discriminating presence bits to identify entity | |
SU1125778A1 (en) | Device for forming television picture signal | |
SU1714363A1 (en) | Surface measuring instrument | |
SU1737751A1 (en) | Digital aperture corrector | |
SU1566471A1 (en) | Digital filter | |
US4745567A (en) | Moment generator | |
CN1129323C (en) | Runlength coding method and apparatus for use in video signal encoding system | |
SU928363A1 (en) | Device for performing fourier transform | |
SU1714632A1 (en) | Device to determine the center of gravity coordinates of the object image | |
JPS6036625B2 (en) | data processing equipment |