SU1078446A1 - Устройство дл распознавани изображений - Google Patents

Abstract

УСТРОЙСТВО ДЛЯ РАСПОЗНАВАНИЯ ИЗОБРАЖЕНИЙ, содержащее блоки формировани  признаков, каждый из которых состоит из последовательно соединенных компаратора, элемента М и счетчика, выходы которых подключены к одним из входов блока классификации, блок пам ти и генератор импульсов, отличающеес  тем, что, с целью упрощени  устройства, оно содержит оптически св занные узел вращени  изображени  и позиционно-чувствительный фотоприемник, блок задани  порогов, распределитель импульсов, первый и второй формирователи импульсов и нуль-орган, входы которого подключены к выходам позиционно-чувствительного фотоприемника, выход которого подключен к входам компараторов блоков формировани  признаков, входы первого формировател  импульсов соединены с выходом нуль-органа и узла вращени  изображени , выход блока классификации подключен к входу второго сл формировател  импульсов, выход которого соединен с входом блока пам ти , выход которого подключен к входу распределител  импульсов, выход которого соединен с другим входом блока классификации. эо 4 4 эь

Description

Изобретение относитс  к автоматике и вычислительной технике, в частности к устройствам распознавани  изображений, и может быть использовано дл  распознавани  промышленных изделий роботами при автоматизации технологических операций .

Известно устройство дл  распознавани  изображений, используемое в промышленных роботах, содержащее блок визуального управлени , блок управлени , телекамеру и сервопривод . Это устройство обеспечивает распознавание объектов, движущихс  с посто нной скоростью на подвижном конвейере ij .

Недостатком известного устройства  вл етс  его сложность и высока  стоимость вследствие необходимости применени  сложных электронных блоков интерфейса и мощной 3BN5 с высоким быстродействием и большим объемом оперативкой пам ти.

Наиболее близким к пpeдлaгaeмo г/ по технической сущности  вл етс  устройство дл  распознавани  изображений , содержащее блоки формировани  признаков, каждый из которых состоит из, последовательно соединенных компаратора, элемента И н счетчика, выходы которых подключены к одним из входов блока классификации , блок пам ти и генератор импульсов,

Устройство содержит также блок управлени  манипул тором (ЭВМ) телекамеру и осуществл ет опознавание объектов, движущихс  на конвейерной ленте. Телекамера соединена через схему отбора и схему квантовани  с первыми входами элементов И, вторые входы которых соединены с выходами соответствукндих генераторов стробирующих сигналов и через соответствующие элементы ИЛИ. счетчики-и компараторы с блоKOf .-, управлени  Гз .

О дпако сложность и стоимость это го v.c.ipoilCTBa остаютс  выcoки И и не позвол ют широко примен ть в промл шенно автоматике. Кроме того, это устройство не обеспечивает расггознаванне Gf/ъектов, произвольно :эриентировакг;ы:;;. в поле зрени  (отсутствует инхчариантность кповороту объектов),

Цель изобретени  - упрощение устройства .

Ьказаннал цель достигаетс  тем, fTo устройство дл  распознавани  изображений, содер-каюеа блоки формировани  признаковг каждый из. которых состоит из пос:ле,г;овательно соединенных компаратоГН,. элемента И и счетчика, БЕ-УОДЫ которых подключены к одним и :-1 входов бггока класскфикации , блок пам ти и генератор импульсов , содержит оптически св занные узел вращени  изображени  и позицио но-чувствительный фотоприемник, бло задани  порогов, распределитель импульсов , первый и второй формирователи импульсов и нуль-орган, входы которого подключены к выходам позицион но- чувствительно го фотоприемника , выход которого подключен к входам компараторов блоков формировани  признаков, входы первого формировател  импульсов соединены с выходом нуль-органа и узла вращени  изображени , выход блока классификации подключен к входу второго формировател  импульсов, выход которого соединен с входом блока пам ти , выход которого подключен к входу распределител  импульсов, выход которого соединен с другим входом блока классификации.

На фиг. 1 приведена блок-схема устройства дл  распознавани  изображени , на фиг. 2 - структурна  схема узла вращени  изображени / на фиг. 3 - функциональна  схема одного из возможных вариантов позицион но- чу ветви тельного фотоприем ника , на фиг. 4 - вариант реализации блока задани  порогов; на фиг. вариант реализации блока классификации , на фиг, 6 - временна  циаграмма вьшелени  импульсов в одном из идентичных кангшов блока формировани  импульсов.

Устройство дл  распознавани  изображени  содержит (фиг. 1) блок 1 преобразовани  изображени , блоки 2 формировани  признаков, блок 3 задани  порогов, генератор 4 импульсов, формирователь 5 импульсов , блок 6 пам ти, распределитель 7 импульсов, блок 8 классификации.

Блок 1 преобразовани  изображени  содержит узел 9 вращени  изображени , позиционно-чувствительный фотоприемник 10, нуль-орган 11 и формирователь 12 импульсов, а каждый из блоков 2 фор -1ировани  признаков содержит компаратор 13, элементы И 14 и 15 и счетчики 16 и 17.

Узел 9 вращени  изображени  (фиг. 2) содержит призму 18 Дове, источники 19 и 20 и приемники 21 и 22 излучени , диск 23 с прорезью усилители 24 и 25, триггеры 26 и 27 корпус 28.

Позиционно-чувствительный фотоприемник (фиг, 3) содержит полупроводниковую пластину 29, токосъемные электроды 30-33, центральный электрод 34, кольцевой электрод 35, источник 36 напр жени радиального электрического пол  и усилители 37 и 38.

Блок 3 задани  f oporoB (фиг. 4) содержит амплитудный детектор 39, эмиттерный повторитель 40, делител 41 напр жени .

Блок 8 классификации содержит (фиг, 5) регистры 42-44, узлы 45 вычитани , схемы 46 сравнени , элементы ИЛИ 47, дешифраторы 48-50, элементы И 51-56.

Устройство распознавани  изображени  работает следующим образом.

Изображение распознаваемого объекта, движущегос  на конвейерной линии, проецируетс  на чувствительную поверхность позиционночувствительного фотоприемника 10, токосъемные электроды 31 и 32 которого через нуль-орган 11 определ ют совпадение энергетического центра изображени  с геометрическим центром позиционно-чувствительного .фотоприемника 10, В это же врем  в узле 9 вращени  изображени  вырабатываетс  сигнал, определ ющий период вращени  изображени , который с сигналом с нульоргана 11 в формирователе 12 обеспечивает формирование стробирующего сигнала, подаваемого на элементы И 14 в блоках 2 формировани  признаков.

Аналоговый сигнал с позиционночувствительного фотоприемника 10 через усилитель 38 поступает на компараторы 13, где происходит их сравнение с пороговыми напр жени ми , выработанными в блоке 3 задани  порогов, и их преобразование в дискретный сигнал. Дальнейша  обработка сигнала производитс  по двум каналам каждого блока 2 формировани  признаков,

В первом канале определ етс  суг/марна  длительность импульсов за период вращени  изображени  с компараторов 13, дл. этой цели на счетные входы счетчи.чов 16 поступают сигналы с генератора 4 импульсов , стробируемые сигналы с компараторов 13 и формировател  12. Стробирование происходит в элементах .).И 14. Счетчики 16 считывают импульсы за врем , которое соответствует одному полному обороту изображени . На выходах счетчиков 16 дл  каждого блока 2 формировани  признаков получаютс  числа, пропорциональные количеству импульсов генератора 4 импульсов, которые составл ют код данного распознаваемого объекта.

Во втором канале блоков 2 считываетс  число импульсов с компараторов 13 за период вращени  изображени . Дл  этой цели на счетные входы счетч1.гков 17 поступает сигна через элементы И 15 с компараторов 13. Счетчики 17 считывают эти импульсы, которые как и импульсы, сосчитанные счетчиками 16  вл ютс  значени ми, кодов признаков распознаваемых объектов. Сигналы кодов 5 со счетчиков 16 и 17 поступают на соответствующие входы блока 8 классификации, где происходит их сравнение с эталонными кодами и формирование сигнала, определ ющего

0 распознаваемый объект, т,е, прин тие решени  об объекте. При отсутствии сигнала распознавани  на выходе блока 8 классификации формирователем 5, выполненнЕлм в виде много5 входового элемента ИЛИ, формируетс  управл ющий сигнал смены эталона.

Рассмотрим работу отдельных блоков предлагаемого устройства. Блок 1 преобразовани  изображени  служит

0 дл  преобразовани  оптического изображени  распознаваемого объекта в электрический.сигнал и содержит узел вращени  изображени , позиционночувствительный фотоприемник 10,

5 нуль-орган 11 и формирователь 12. В блоке преобразовани  изображени  осуществл етс  радиально-кругова  развертка изображени  (когда оцениваетс  суммарное значение освещенд ности всех точе1 вдоль радиуса, вращаемого при развертке). Дл  этой цели в узле 9 вращени  изображени  (фиг. 2) происходит вращение изображени  распознаваемого объекта при помощи, например, призмы 18 Дове, Симметрично относительно оси вращени  расположены две пары оптически св занных источника 19 (20) излучени  и приемника 21 (22) излучени , между которыми вращаетс 

0 диск 23 с прорезью, жестко механически св занный с призмой Дове, Призма 18 Дове с диском 23 вращаютс  с посто нной скоростью, при этом через щель поочередно освещаютс 

5 приемники 21 и 22 излучени  (например , фотодиоды), Сигналы, получаемые от приемников 21, 22 излучени  представл ют собой метки начала и конца периода вращени  изображе0 ни . Одному обороту изображени  соответствует врем  между срабатыванием одного 21 и второго 22 приемНика излучени . Сигналы от приемников 21 и 22 излучени  усиливают5 с  в усилител х 24 и 25 и поступают .на триггеры 26 и 27, где формируетс  сигнал периода вращени  изображени , который поступает на формирователь 12, Через узел 9 вращени 

0 изображени  изображение объекта проецируетс  на чувствительную поверхность позиционно-чувствительного фотоприемника 10. В качестве фотоприемника могут быть применены по5 зиционно-чувствительные фотоприемНики: квандрантный фотодиод, поэиционно-чувствительныи фотоприемник с продольным эффектом и позиционночувствительный фотоприемник с радиальным электрическим полем. Наиболее-эффективно применение фотоприемника с радиальным электрическим полем, который представл ет собой (фиг. 3) монокристаллическую полупроводниковую пластину 29, содержащую четыре ортогонально расположенных токосъемных электрода 30-33 центральный 34 и кольцевой 35 электроды. Позиционно-чувствительный фотоприемник 10 такого типа позвол ет определить как координат энергетического центра оптического изображени  объекта, так и преобразовать оптическое изображение в информ.ационный электрический сигнал , из которого определ ют значени  признаков изображени .

Нуль-органы 11 используютс  дл  определени  момента совпадени  энергетического центра оптического изображени  с .геометрическим центром .позиционно-чувствительного фотоприемника 10 и отработки стробирующего сигнала, подаваемого на фомирователь 12 импульсов, где совместно с сигналом от узла 9 вращен изображени  вырабатываетс  сигнал, поступающий на элементы И 14 каждого блока 2 формировани  признаков.

Распознаваемые объекты движут.с  на конвейерной линии и зафиксированы по одной координате (например, по вертикальному направлению У). Поэтому задача совпадени  центров сводитс  к совпадению координаты центров по горизонтальног/iy направлению (координата X).

Блоки 2 формировани  признаков служат дл  обработки электрического сигнала, поступающего с блока 1 преобразовани  изображени .

Принцип выделени  иглпульсов дл  формировани  признаков на примере одкохо канала по сн етс  временной .r.UiajpaMMOfi (фиг. 6). Количество блков 2 определ етс  классом распознаБае;-ль х объектов и требовани ми к (ТОЧНОСТИ распознавани . Блоки форГ 1ирС1Вани  признаков отличаютс  только уровнем порогового напр жени , подаваемого на компараторы 13 с блока 3 зггдани  порогов.

Блок 3 задани  порогов (фиг. 4) служит дл  автоматического форГ Мровани  noporoiBoro напр жени , подаваемого на установочные входы компараторов 13 блоков 2 фop Iиpoвани  признаков. Амплитудный детектор 39 определ ет величину максимального сигнала с позиционночувствительного 4отоприемника 10 и . через э 1иттepный повторитель 40 подает этот сигнал на делитель 41 напр жени , где и формируютс  пороговые напр жени  дл  компараторов 13 каждого блока 2 форь1ировани признаков .

Генератор 4 импульсов служит дл  вЕлработки пр моугольных импульсов с частотой, намного превышающей частоту обрабатываемого электрического сигнала с компараторов 13.

Предлагаемое устройство обеспечивает формирование признаков изобржений , инвариантных и к освещенности , и к ориентации о.брабатываемых изображений (число импульсов с компараторов за период вращени  и их суммарна  длительна5сть не завис т от ориентации изображени ). Это позвол ет описывать изображение набором инвариантных признаков.

Кроме того обеспечиваетс  инвариантность к скорости вращени , так как каждый из блоков 2 обеспечивает получение признака, пропорционального длительности периода вращени . В блоке 8 классификации информаци  со счетчика 16 и регистра 42 о текущем и эталонном признаках в виде числа импульсов поступает на узел 45 вычитани , где эти два числа (признака) вычитаютс  и результат в схеме 46 сравнени  сравниваетс  с допускаемым значением близости признаков, который определ етс  экспериментально в процессе обучени  устройства и поступает на регистр 43 с блока б пам ти. В схеме 46 сравнени  происходит анализ близости признаков и в случае выполнени  условий близости через элемент ЛЛИ 47 даетс  разрешение на дешифрацию Р нформации в дешифраторе 48 со счетчиков 16 блоков 2 формировани  признаков. С помощью элементов 54-56 формируютс  сигналы о распознаваемом объекте в совокупности по всем каналам.

Таким образом, благодар  использованию полупроводникового позиционно-чувствительного фотоприемника в блоке преобразовани  изображений вместо телекамеры, а также включению высокопроизводительной ЭВМ и использованию вместо нее блока классификации из небольшого количества логических элементов С)беспечиваетс  упрощение известного устройства. ПредЛгггаемое устройство более экономично , позвол ет осуществить распознавание , инвариантное к повороту, умев-1ьшить габариты и энергоемкость.

фиг. 1

19

V

Л

K ffOKy 10

$$$$$$$$$ S

/y

20

К блоку ff

J(блокам 2. 3,ff

Puz.3

/канал

От блока 16 V

I

ОтблокоП

St

I

55

ff/fatta/r

п й канал

fl

faz.S

ff3.tl,o

Claims (1)

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ РАСПОЗНАВАНИЯ ИЗОБРАЖЕНИЙ, содержащее блоки формирования признаков, каждый из которых состоит из последовательно соединенных компаратора, элемента И и счетчика, выходы которых подключены к одним из входов блока классификации, блок памяти и гене ратор импульсов, отличающееся тем, что, с целью упрощения устройства, оно содержит оптически связанные узел вращения ' изображения и позиционно-чувствительный фотоприемник, блок задания порогов, распределитель импульсов, первый и второй формирователи им пульсов и нуль-орган, входы которого подключены к выходам позиционно-чувствительного фотоприемника, выход которого подключен к входам компараторов блоков формирования признаков, входы первого формирователя импульсов соединены с выходом нуль-органа и узла вращения изображения, выход блока классификации подключен к входу второго формирователя импульсов, выход которого соединен с входом блока памяти, выход которого подключен к входу распределителя импульсов, выход которого соединен с другим входом блока классификации.