SU1361591A1 - Устройство дл формировани информативных признаков при распознавании изображений - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к технической кибернетике и вычислительной технике. Устройство  вл етс  частью распознающего устройства и мджет при- мен тьс  в распознающих системах роботов . Целью изобретени   вл етс  увеличение веро тности правильного распознавани  изображений, основными фрагментами которых  вл ютс  кривые полосы переменной ширины. Устройство содержит генератор случайных чисел, регистры, счетчики, депшфраторы, накапливающие сумматоры, преобразователи унитарного кода в двоичный, блок умножени , блок сравнени  на неравенство , логические элементы. При этом выходы генератора случайных чисел через мультиплексор соединены с входами регистров начальных ординат, знаков приращений и приращений ординат, выходы этих регистров соединены с реверсивными счет.чиками, где формируютс  ординаты граничных кривых, выходы счетчиков св заны с входами дешифраторов , выходы дешифраторов, регистра фиксации изображений подключены через логические элементы и схемы ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ к преобразовател м унитарно- а го кода в двоичный, выходы которых св заны с входами накапливающих сумматоров , где формируютс  значени  за- черненности полосы и изображени  в целом, выходы накапливающих суммато- ров св заны с входами блока сравнени  5 на неравенство, состо ние которого определ ет значение полосового информативного признака. 2 ил. (О со 05 01 со

Description

Изобретение относитс  к технической кибернетике и вычислительной технике ,  вл етс  составной частью распознающих устройств и может приме- н тьс  в распознаю1цих и классифицирующих системах роботов.

Устройство дл  формировани  информативных признаков во многом определ ет важнейшие параметры и характеристики распознающих устройств.

Целью изобретени   вл етс  увеличение веро тности правильного распоз навани .

На фиг,1 представлена функцйональ- на  схема устройства; на фиг.2 - пример реализации преобразователей унитарного кода в двоичный.

Дл  изображений, фрагменты которых представл ют собой полосы переменной ширины, а именно такие изображени  чаще всего встречаютс  в практике распознавани , следует использовать полосовые информативные признаки, т.е. признаки, значени  которых завис т от совокупности компонентов, лежащих внутри некоторой полосы переменной ширины.

Под зачерненностью полосы понимаетс  отношение числа R единичных компонентов изображени , расположенных внутри некоторой полосы, к общему числу RP  чеек растра, лежащих внутри этой полосы. При этом полосы полагаютс  выт нутыми в общем горизонтальном направлении. Под зачернейностью изображени  понимаетс  отношение числа R

1 единичных компонентов всего изображени  к общему числу  чеек рас- т,, где га, - размер

.1

2

тра, равному m

растра по горизонтали,

растра по вертикали.

m 2

размер

Полосовой информативный признак lf|.(L,X) определ етс  следующим образом: l/n(L,X) - +1, если выполн етс  условие

-- т -SJ}-г 1

RO tn,m/

где gi.(L,X) -1, если условие (1)

п не выполн етс .

Условие (1) или условие ,

эквивалентное ему

Ш . га

Rn RoR

И

определ ет контраст между полосой

и остальным изображением. Можно усилить требование контрастности, вз в в левой части неравенства вместо множител  другой множитель , х X raj. При этом дл  упрощени  реализации умножени  можно потребовать, чтобы этот множитель был целой,степенью двойки, т.е. чтобы m 2., где

i определ етс  неравенствами 2 m, х X т., 2

, откуда i ., где символ 1 ... t означает ближайшее большее целое.. Тогда получаетс  следующее вьфажение

2 -К,

п

(2)

5

0

5

0

Параметр L применительно к полосовым информативным признакам определ ет положени  граничных кривых полосы.

Полосовые информативные признаки обеспечивают распознающему устройству увеличение веро тности правильного распознавани  при распознавании изображений , основными фрагментами которых  вл ютс  полосы переменной ширины . К таким изображени м относ тс , например, цифро-буквенные символы.

Устройство содержит регистр 1 фиксации изображени , генератор 2 случайных чисел, мультиплексор 3, регистр 4 первой начальной ординаты, параллельно-последовательный кольцевой регистр 5 знаков приращений rtep- вой ординаты, параллельно-последовательный кольцевой регистр 6 прираще- НИИ .первой ординаты, первьш реверсивный счетчик 7, первый дешифратор 8, первый блок 9 элементов ИЛИ, регистр 10 второй начальной ординаты, парал5 лельно-последовательный кольцевой регистр 11 знаков приращений второй ординаты, параллельно-последовательный кольцевой регистр 12 приращений . второй ординаты, второй реверсивньм

0 счетчик 13, второй дешифратор 14,

второй блок 15 элементов ИЛИ, блок 16 элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, блок 17 элементов И, первый-преобразователь 18 унитарного кода в двоичный, первый

5 накапливающий сумматор 19, второй преобразователь 20 унитарного кода в двоичный, второй накапливающий сумматор 21, (Третий преобразователь 22 унитарного кода в двоичный, третий

0 накапливающий сумматор 23, элемент 24 задержки, блок 25 умножени  и блок 26 сравнени  на неравенство.

. . Устройство работает в одном из 55 двух режимов - обучение или распозна-; вание.

В режиме обучени  вначале на вход генератора 2 случайных чисел подаетс  импульс Ф , по которому в генераторе

1

2 формируетс  случайное число или параметр L.

Далее подаютс  импульс ()буч., по которому параметр проходит через мультиплексор 3 и поступает иа входы регистров 4 и 10 начальных ординат, регистров 5 и 11 знаков приращений ординат и регистров 6 и 12 приращений ординат, и импульс Пр.Рг., разре- шающий прием информации в регистры 4-6 и 10-12. При этом отдельные части параметра L, перезаписанные из генератора 2 случайных чисел в регистры 4-6 и 10-12, интерпретируютс  как элементы, определ ющие положени  двух случайн ых кривых - границ полосы . В частности, части параметра L, записанные в регистры 4 и 10, представл ют коды начальных ординат граничных кривых. Число разр дов в регистрах 4 и 10 определ етс  вертикальным размером mj растра и равно , где символ J...t означает ближайшее большее целое. Например, если размер растра по вертикали т 31, то число разр дов в регистрах 4 и 10 равно п ти. Части параметра L, записанные в регистры 6 и 12, рассматриваютс  как модули приращений ординат граничных кривых. Модули приращений ординат могут быть нулевыми или единичными . Число разр дов в регистрах 6 и 12 равно горизонтальному размеру т растра. Знаки приращений ординат граничных кривых записываютс  в регистры 5 и 11. При этом полагаетс , что кажда  гранична  крива  разбита на К

участков одинаковой длины

.

m 1

леднии участок, если -- не целое, MO- IS.

жет быть меньше остальные. На каждом участке знаки приращений ординат гра-  ичных кривых одинаковые. Очевидно, .число разр дов регистров 5 и 11 равно К.

Таким образом, параметр L, вырабатываемый генератором 2 случайных чи- сел, состоит из ,m, m + K разр дов. В частности, при т., т 31 и К 4 число разр дов параметра L равно 80.

. После подачи импульсов Обуч. и Пр.Рг. вьшолн етс  р д одинаковых циклов определени  информативных признаков if(L,X) дл  одного и того же параметра L и различных изображений

361

„ IQ is 20 25 30

40

45 Q g

591

X обучающей выборки. Число циклов равно числу изображений обучающей выборки .

Каждый цикл выполн етс  следующим образом. Вначале на входы накапливающих сумматоров 19, 21 и 23 подаетс  импульс Уст.О, по которому эти узлы устанавливаютс  в исходное нулевое состо ние. Одновременно с импульсом Уст.О на вход регистра 1 фиксатдии изображени  подаетс  импульс Пр.Рг. И, по которому очередное изображение принимаетс  и фиксируетс  в регистре 1 фиксации изображений. Также одновременно с импульсом Уст.О на входы реверсивных счетчиков 7 и 13 подаетс  импульс Пр.Сч., по которому начальные ординаты граничных кривых перезаписываютс  из регистра 4 в счетчик 7 и из регистра 10 в счетчик 13.

Далее подаетс  сери  из т. импульсов сдвига Сдв., где т - размер растра по горизонтали. Импульсы Сдв. поступают на сдвиговые входы регистра 1 фиксации изображений. Так как регистр 1 представл ет собой совокупность строчных кольцевых сдвиговых регистров, то при каждом импульсе Сдв. изображение в регистре 1 сдвигаетс  на один шаг влево. При этом столбец изображени , выталкиваемьй слева, по вл етс  в правом столбце регистра 1. После окончани  серии га импульсов Сдв. изображение занимает исходное положение.

Каждый импульс Сдв. поступает также на сдвиговые входы регистра 6 приращений первой ординаты и регистра 12 приращений второй ординаты. Информаци  в регистрах 6 и 12 сдвигаетс  влево и выталкиваемые разр ды из регистра 6 поступают на счетный вход первого реверсивного счетчика 7, а разр ды, выталкиваемые из регистра 12, поступают на счетный вход второго реверсивного счетчика 13. Так как регистры 6 и 12 кольцевые, то после т, импульсов сдвига информаци  в них занимает исходное положение.

Одновременно с первым импульсом

| II1 1 Г

Сдв. каждой подсерии из - импульсов Сдв. в регистр 5 знаков приращений первой ординаты и в регистр 11 знаков приращений второй ординаты подаетс  импульс сдвига Сдв., по которому информаци  в этих регист51361591

сдвигаетс  на разр д влево. После сы

эл 1 ИСК

импульсов Сдв., т.е. после К

, так как на одном из входов этих элементов имеетс  О, а на другом 1. На входах остальных элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ блока 16 имеютс  либо

подсерии из гг импульсов Сдв. в

реверсивных счетчиках 7 и 13 реализуетс  либо режим Сложение, либо режим Вычитание, определ емый состо нием крайнего левого разр да регистров 5 и 11 соответственно, поскольку выходы регистров 5 и 11 подключены к входам управлени  режимами счетчиков 7 и 13. ,

Таким образом, на каждом участке граничных кривых линий длиной

тЛ

к

приращени  ординат, поступающие

на выходах блока 17 совпадени  и, значит , на входах третьего преобразовател  22 унитарного кода в двоичный

т.

сдвигов в регистрах 5 и 11, информаци  в них занимает исходное положение . Таким образом, при подаче каждой j два нул , либо две единицы и, значит,

на выходах их формирутс  нули.

Таким образом, в каждьш момент времени на выходах блока 16 формируетс  унитарный код, у которого внут- 0 ренние разр ды, соответствующие отрабатываемой полосе, равны единицы, а остальные - нулю. Таким образом, число единиц этого кода равно ширине полосы . Этот-унитарный код поступает J5 на входы первого преобразовател  18 унитарного кода в двоичный. Одновременно в каждый текущий момент времени на входах второго преобразовател  20 унитарного кода в двоичный имеетс  20 унитарный код, соответствующий текув счетчики 7 и 13, прибавл ютс  к со- щему столбцу изображени . Наконец, держимым этих счетчиков или вычитаютс  из содержимых. Следовательно, на каждом шаге в счетчике 7 формируетс 

код текущей ординаты первой граничной 25 образуетс  унитарный код, соответ- кривой, а в счетчике 13 - код текущей ствующий части текущего столбца йзоб- ординаты второй граничной кривой. В ражени , расположенной внутри полосы, то же врем  на каз1сдом шаге в левом . Импульс Сдв., задержанный эле- столбце регистра 1 оказываетс  разме- ментом 24 задержки на врем  переклю- щенным текущий столбец изображени . 30 чени  узлов 1, 4-17, 18, 20 и 22, последовательно , по мере подачи импуль- ступает на входы приема информации

накапливающих сумматоров 19, 21, 23 и двоичные коды, образующиес  на выходах преобразователей 18, 20 и 22, вуют. номеру столбца изображени , пе- 35 поступают в соответствующие суммато- реместившемус  в крайний левьй стол- ры. Таким образом, по окончании пос- бец регистра 1 код ординаты первой туплени  импульсов Сдв. в первом кривой содержитс  в первом реверсив- накапливающем сумматоре 19 формиру- ном счетчике 7, код ординаты второй етс  число R, равное числу  чеек кривой содержитс  во втором реверсив- 40 растра, лежащих внутри полосы, во ном счетчике 13. Эти кривые  вл ютс  втором накапливающем сумматоре 21 граничными-кривыми некоторой полосы. формируетс  число R, равное числу

Дешифраторы 8 и 14 расшифровывают единичных компонентов всего изобра- содержимое счетчиков 7 и 13, при этом жени , в третьем накапливающем сум- воэбуждаютс  те шины дешифраторов, 45 маторе 23 формируетс  число К, равное ЧИСЛУ единичных компонентов изображени  внутри полосы.

В блоке 25 умножени , имеющем комбинационную структуру, фор1 шруетс 

подаваемое на

входы блока 26 сравнени  на неравенство . На вторые входы блока 26 сравсов Сдв. и Сдв . в устройстве отрабатываютс  две кривые линии: текущие абсциссы этих кривых .соответстномера которых соответствуют текущим ординатам. При возбуждении определенной выходной шины дешифратора 8 возбуждёнными оказываютс  выход соответствующего элемента ИЛИ блока 9 и вы- 50 произведение R. R „,

ходы всех последующих элементов ИЛИ блока 9. Дешифратор 14 с блоком 15 элементов ИЛИ функционирует аналогично ..

Единичные сигналы формируютс  на выходах тех элементов ИСКЛЮЧАНЩЕЕ 11ПИ блока 16, которые соответствуют ординатам, расположенным внутри полонени  поступает число R, сдвинутое i разр дов, т.е. число 2 55 X R. Блок 26 провер ет услови  (2):

влево на

пи вьщает

2 К 4 IT I I

R п R о п если условие (2) вьтолсы

, так как на одном из входов этих элементов имеетс  О, а на другом 1. На входах остальных элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ блока 16 имеютс  либо

два нул , либо две единицы и, значит,

на выходах блока 17 совпадени  и, значит , на входах третьего преобразовател  22 унитарного кода в двоичный

щему столбцу изображени . Наконец,

поступает число R, сдвинутое i разр дов, т.е. число 2 Блок 26 провер ет услови  (2):

на

вьщает

2 К 4 IT I I

R п R о п если условие (2) вьтолнено , и О в противном случае. Единица на выходе блока 26 сравнени  .рассматриваетс  как факт Ц СЬД) +1 , а ноль - как cfCLiX) -1,

После окончани  серии из т им- пульсов Сдв. значение признака tfCLjX) хранитс  на выходе блока 26 сравнени , а параметр L - на выходе регистров 4-6 и 10-12.

В режиме распознавани  вначале по даетс  импульс Пр.Рг.И, по котором распознаваемое изображение X поступает в регистр 1 фиксации изображений и фиксируетс  в нем.

Далее выполн етс  р д одинаковых циклов формировани  информативных признаков t/(L,X), дл  одного и того же изображени  X различных параметров L. Число циклов равно числу за фиксированных параметров L. Каждый цикл выполн етс  следующим образом. Вначале подаютс  импульсы Расп. и

Пр.Рг., по которым параметр L проходит через мультиплексор 3 и фикси- „

,,.,,,.„„ ос изображении, содержащее регистр фик- руетс  в регистрах 4-6 и 10-12. Далее - ,,-,r,tУстройство дл  формировани  инфор мативных признаков при распознавании

сации изображений, блок элементов И, первый дешифратор, группа выходов регистра фиксации изображений соединена с первой группой входов блока элементов И, отличающеес  тем, что, с целью увеличени  веро тности правильного распознавани , в устройство введены генератор случайных чисел, мультиплексор, регистры первой и второй начальных ординат, четьгре параллельно-последовательных кольцевых, регистра, два реверсивных счетчика, второй дешифратор, два блока элементов ИЛИ, блок элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, три преобразовател  унитарного кода в двоичный, три накапливающих сумматора, элемент задержки , блок умножени , блок сравнени , при этом группа выходов генератора случайных чисел соединена с пер вой группой входов мультиплексора, перва  группа выходов которого под- ключена к группе входов регистра первой начальной ординаты, втора  группа выходов к группе входов первого параллельно-последовательного кольцевого регистра, треть  группа выходов - к группе входов второго параллельно-последовательного кольцевого регистра, четверта  группа выходов - к группе входов регистра второй начальной ординаты, п та  группа выходов - к группе входов третьего параллельно-последовательного кольцево

30

подаетс  импульс Уст.О, по которому в накапливающих сумматорах 19, 21 и 23 устанавливаютс  исходные нулевые состо ни , и импульс Пр.Сч., по которому начальные ординаты перезаписываютс  из регистра 4 в реверсивньш счетчик 7 и из регистра 10 в реверсивный счетчик 13.,Далее подаетс  сери  т импульсов Сдв. и соответственно импульсы Сдв., как и в ре- 35 жиме обучени . По окончании серии этих импульсов на выходе блока 26 сравнени  на неравенство формируетс  1, кодирующа  факт Cf(L,X) +1, или О, кодирующий факт (L.X) -1,

40

Преобразователь унитарного кода в двоич|5ый, дл  частного случа , когда число входов М 31, представл ет пирамидальную многослойную сетку одноразр дных комбинационных двоичных сумматоров 27. Число сумматоров в первом слое S определ етс  числом входов М и равно S 0.,5.(М - 1). ЧислсГ сумматоров во втором слое S 0,5(5 - 1). Аналогично число сумматоров в ка сдом последующем слое S определ етс  числом сумматоров в пре- дьщущем слое S - и равно 0,5(8 .;, - 1).

имеетс  один сумматор. Если по расчету Sj не целое, то рассчитанное число S, следует увеличить до ближайшего большего целого.

1-1 - i

В последнем слое

В каждом слое одноразр дные комбинационные двоичные сумматоры 27 соединены так, что выход Сумма преды- дущего сумматора соединен с одним из входом последующего сумматора. Выходы Перенос сумматоров предыдущего сло  соединены с входами сумматоров последующего сло . I

Унитарный код подаетс  на входы сумматоров первого сло . Разр ды двоичного кода образуютс  на выходах Сумма последних (на фиг.2 верхних) сумматоров каждого сло : разр д с весом 2° в первом слое, разр д с весом 2 во втором слое и т.д. Старший разр д формируетс  на выходе Перенос единственного сумматора последнего сло .

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   „

   Устройство дл  формировани  информативных признаков при распознавании

   изображении, содержащее регистр фик- ,,-,r,t

   сации изображений, блок элементов И, первый дешифратор, группа выходов регистра фиксации изображений соединена с первой группой входов блока элементов И, отличающеес  тем, что, с целью увеличени  веро тности правильного распознавани , в устройство введены генератор случайных чисел, мультиплексор, регистры первой и второй начальных ординат, четьгре параллельно-последовательных кольцевых, регистра, два реверсивных счетчика, второй дешифратор, два блока элементов ИЛИ, блок элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, три преобразовател  унитарного кода в двоичный, три накапливающих сумматора, элемент задержки , блок умножени , блок сравнени , при этом группа выходов генератора случайных чисел соединена с первой группой входов мультиплексора, перва  группа выходов которого под- ключена к группе входов регистра первой начальной ординаты, втора  группа выходов к группе входов первого параллельно-последовательного кольцевого регистра, треть  группа выходов - к группе входов второго параллельно-последовательного кольцевого регистра, четверта  группа выходов - к группе входов регистра второй начальной ординаты, п та  группа выходов - к группе входов третьего параллельно-последовательного кольцево91

   го регистра, шеста  группа выходов - к группе входов четвертого параллельно-последовательного кольцевого регистра , группа вькодов регистра первой начальной ординаты соединена с группой входов первого реверсивного счетчика, группа выходов регистра второй начальной ординаты подключена к группе входов второго реверсивного счетчика, выход первого параллельно- последовательного кольцевого регистра соединен с входом направлени  счета первого реверсивного счетчика, выход третьего параллельно-последовательного кольцевого регистра подклю- чен к входу направлени  счета второго реверсивного счетчика, выход второго параллельно-последовательного кольцевого , счетчика соединен со счетным входом первого реверсивного счетчика, выход четвертого параллельно-последовательного кольцевого счетчика подключен к счетному входу второго реверсивного счетчика, группа выходов первого реверсивного счетчика соеди- нена с группой входов первого дешиф- ратора,группа выходов второго реверсивного счетчика подключена к группе входов второго дешифратора, группа входов первого блока элементов ИЛИ соединена с группой выходов первого дешифратора, группа входов второго блока элементов ИЛИ подключена к группе выходов второго дешифратора, вьгхо- ды блоков элементов ИЛИ соединены соответственно с первой и второй группами входов блока элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, выходы которого соединены с группой входов первого преобразовател  унитарного кода в двоичный и со второй группой входов блока элементов И, группа выходов регистра фиксации изображений подключена к группе входов второго преобразовател  унитарного кода в двоичный, группа выходов блока элементов И соединена с группой входов третьего преобразовател  унитарного кода в двоичньй, группы выходов первого, второго и третьего преобразователей унитарного кода в двоичный подключены соответ

   5 0 5 О Q 5 Q

   5

   591. 10

   ственно к группам входов первого, второго и третьего накапливающих сумматоров , группы выходов первого и второго накапливаю1цих сумматоров соединены соответственно с первой и с второй группами входов блока умножени , группа выходов которого подключена к первой группе входов блока сравнени , группа выходов третьего накапливающего сумматора соединена с вт.орой группой входов блока сравнени , выход., элемента задержки подключен к входам разрешени  всех накапливающих сумматоров, выход блока сравнени   вл етс  выходом устройства, втора  группа входов мультиплексора  вл етс  первой группой информационных входов устройства, группа входов регистра фиксации изображени   вл етс  второй группой информационных входов устройства, вход генератора случайных чи сел - вл етс  первым управл ющим входом устройства, первьм и второй yпpaвл юш e входы мультиплексора  вл ютс  соответственно первым и вторым входами выбора режима работы устройства, вход записи регистра, первой начальной ординаты соединен с входом записи регистра второй начальной ординаты, с входами записи всех параллельно-последовательных кольцевых регистров и  вл етс  вторым управл ющим входом устройства, вход установки всех накапливающих сумматоров

   | вл етс  входом установки устройства, вход записи регистра фиксации изображений  вл етс  входом записи устройства , вход записи реверсивных счетчиков  вл етс  третьим управл ющим входом устройства, вход сдвига регистра фиксации изображений подключен к входу элемента задержки, к входам сдвига второго и четвертого параллельно-последовательных кольцевых регистров и  вл етс  четвертым управл ющим входом устройства , вход сдвига первого и третьего параллельно-последовательных кольцевых регистров  вл етс  п тьм управл ющим входом устройства.

   Фи&Л

   Фиг. 2

   Редактор И.Николайчук

   Заказ 6293/50Тираж 671Подписное

   ВНИИПИ Государственного комитета СССР

   по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушска  наб., д. 4/5

   Производственно-полиграфическое предпри тие, г. Ужгород, ул. Проектна , 4

   Составитель В.Макаренков

   Техред А.Кравчук Корректор О.Кравцова