SU386413A1 - Способ измерения площадей фигур - Google Patents

Description

1

Изобретение относитс  к области автоматики и вычислительной техники.

Известны способы измерени  площадей фигур , основанные на фотоэлектрическом преобразовании и накоплении полученного сигнала , пропорционального площади измер емой фигуры.

Однако известные способы не позвол ют измер ть площади фигур, имеющих сложную геометрическую форму, так как дают большую погрешность, котора  зависит от степени сложности фигур и их ориентации.

Предлагаетс  способ измерени  площадей фигур, при котором, с целью устранени  зависимости результата измерени  от формы и ориентации фигур, многократно перезаписывают видеосигнал с пам ти одного промежуточного носител  в пам ть другого промежуточного носител , мен   каждый раз направление считывани  так, что после каждой перезаписи в пам ть промежуточного носител  записывают видеосигнал не только от той части фигуры, котора  была выделена в предыдущем кадре одним из известных методов, но и видеосигнал от новых ее частей, выделенных благодар  считыванию в другом направлении . Направлени  считывани  мен ют до тех пор, пока не выдел т видеосигнал от всей измер емой фигуры с заданной точностью,

после чего этот видеосигнал измер ют и градуируют в единицах площади.

На фиг. 1 изображена функциональна  схема осуществлени  предлагаемого способа, где / - фотоэлектронный преобразователь; 2 - устройство управлени ; 3 - первый промежуточный носитель; 4 - синхрогенератор; 5 - устройство селекции и формировани ; 6 - решающее устройство; 7 - устройство задержки; 8 - устройство сравнени ; 9 - измерительное устройство; 10 - второй промежуточный носитель.

На фиг. 2 схематически изображена пространственна  апертура, при этом прин ты следующие обозначени :

Xi-i, j-i - незадерн анный сигнал; л:/, f,

,j-i, Xi-i, }, Xi-i,+i; Xi,} i;

xt-t 1, /i 1; Xi;i, i) -

сигналы, задерл анные соответственно на врем , равное длительности одного элемента (тэ), двух элементов, длительность строки Тс, Тс+Тэ и т. д. соответственно.

На фиг. 3 представлена эпюра фигуры, площадь которой измер етс . При этом стрелками Х и У указано начальное направление развертки .

Точки а, b, с, d, е, f, g, h, k, I, m, n фигуры обозначают фиксированные моменты считывани ; S и Т - точ,ки максимума и минимума функции, описывающей границу фигуры, между которыми определ ют число строк.

На фиг. 4 приведена энюра фигуры, записанной в иам ти второго нромежуточного носител  носле считывани  первого кадра. При этом прин ты следующие обозначени : А - область, записанна  в пам ть второго промежуточного носител  видеосигналом уровн  Uf,; В - область, записанна  в пам ть второго промежуточного посител  видеосигналом уровн  L/I.

Видеосигнал одного кадра с преобразовател  / через управл ющее устройство 2 записывают в пам ть первого промежуточного носител  3, способного работать как в режиме записи видеосигнала, так и в режиме считывани . Направление записи и считывани  переключают каждый кадр устройством управлени  2, которым управл ют синхронизирующими импульсами синхрогенератора 4. Записанный в пам ти промежуточного посител  видеосигнал считывают во втором кадре в направлении, например, обратном направлению записи и через устройство управлени  2 подают па схему 5 формировани  и селекции, где его квантуют на два уровн  (О и 1) и подают па рещаюгцее устройство 6. Затем путем сравнени  задержанных и незадержанных сигналов формируют видеосигнал уровнем Lo от св зных областей измер емой фигуры, а сигнал от других фигур формируют уровнем Ui. Эти сигпалы подают одновременно на устройство задерл ки 7 и устройство сравнени  S, через устройство управлени  2 па измерительное устройство 9 и на запись в пам ть второго промежуточного носител  10.

В пам ть второго промежуточного носител  будет записан уровнем UQ видеосигнал от некоторой части фигуры, выделенной при данном направлении считывани  с пам ти первого промежуточного носител , и уровнем Ui видеосигнал от невыделенной части фигуры и других фигур, наход щихс  в кадре.

В следующем кадре направление считывани  измен ют, и видеосигнал через устройство управлени  2 подают на устройство 5 формировани  и селекции, в котором сигнал селектируют и формируют на уровни Uo и L/I. Сформированный видеосигнал подают, на решающее устройство 6, с носледнего видеосигнал подают вновь па устройство задержки 7, через устройство управлени  2 - на запись в пам ть первого промежуточного носител  (куда в данном кадре будет записан уровнем Uo видеосигнал от ранее выделенной части измер .пемой фнгуры и видеосигнал от новых частей той же фигуры, выделенных благодар  другому направлению считывани ; видеосигнал от невыделенной части фигуры и других фигур записан уровнем Ui и т. д.): па устройство сравнени  8, через устройство управлени  2- и,а измерительное устройство 9. Таким образом , в результате каждого последующего считывани  выдел ютс  все новые и новые части сложной фигуры, а так как число частей, на которые можно разбить фигуру определенным образом, конечно, то в результате конечного числа перезаписей, фигура выделитс  полностью .

В устройстве сравнени  8 сравнивают показани  двух считывапий. Если разность ноказаний не превосходит заданной величины б (это будет тогда, когда фигуру выдел т полпостью ), то в следующем цикле считывани  включают измерительное устройство и переключают алгоритм работы решающего устройства так, что вместо уровн  Uo на запись в нам ть промежуточпого носител  подают О (т. е. производ т стирапие измеренной фигуры ). Если разность показаний болыпе б, то показапи  предыдущего считывани  сбрасыв а ют.

Использование двух видиконов, работающих поочередно то в режиме записи, то в режиме воспроизведени , позвол ет выполнить задержку видеосигнала на врем , равное длительности кадра. Элементы пространственной апертуры совместно с решающим устройством выдел ют логическим путем видеосигнал от св зной области.

С помощью решающего устройства 6 по заданному алгоритму выдел ют из полного видеосигнала , ноступающего па его вход, видеосигнал от всей измер емой фигуры.

Алгоритм работы решающего устройства.

Пусть X - выходной сигнал решающего устройства и пусть отсутствует сигнал со схемы сравнени , то:

1) если jCi, j - О, то X - Q 2) если xi, j и xi-i, j-i xi-i,, xi-i, J-, I - Xi, 0, TO

3)если впервые выполн етс  условие: - J- 1 и Xi-i, j-i - Xi-i, y-f 1

- , j Q, TO x LJo,

4)если условие 3 выполн етс  второй и т. д. раз, то X

5) если xi, j I и Xi, i-i V -(-i, y-i V ,, / 1 Vf/o, TO X UQ

6)если Xi, y- 1 и xi, :f/i и при этом

Xi-i, y.-i Д Xi 1, j / Xi-i, у 1 0 V n TO

X - U,;

7)если xi,, TO x Uf

8)если Xi,j - U и л:г-1, y-i , / V /Xi-i, f.i - U, TO x - L/o

9) если Xi, J--U, и Xi-i, V -Xi-i, у V

, yn 0 , TO x U, ЕСЛН na управл ющее устройство поступил

сигнал со схемы сравнени , то вместо п. 7

следует: 10) если Xi,, то .

В качестве устройства сравнени  8 может быть иснользован реверсивный счетчик с пороговым устройством. Пороговым устройством выдел ют видеосигнал уровн  Ug, а реверсивный счетчик работает один кадр в режиме сложени , другой кадр - в режиме вычитани . В качестве измерительного устройства может быть использован любой измерительный прибор.

В качестве примера рассмотрим измерение площади фигуры, эпюра которой представлена на фиг. 3.

В результате фотоэлектрического преобразовани  и построчного сканировани  одного кадра полученный видеосигнал, содержандий полную информацию о фигуре, через устройство управлени  2 записывают в пам ть промежуточного носител  3, после чего система готова дл  измерени  площади фигуры.

Пусть считывание производ т слева направо и сверху вниз. При считывании фона видеосигнал имеет нулевой уровень и, следовательно , согласно условию / алгоритма работы решающего устройства в пам ть второго промежуточного носител  10 записывают видеосигнал , соответствующий уровню 0. При считывании точки а фигуры (считывают по линии а-f) размах видеосигнала не равен нулю, следовательно, если он превышает некоторый порог, при помощи устройства 5 формируют едннину. Таким образом, в момент времени ft, соответствующий считыванию точки а измер емой фигуры, на вход рещающего устройства 6 подают единицу, на все остальные входы решающего устройства - нули, поэтому выполн етс  условие п. 2 алгоритма и сигнал на выходе решающего устройства равен единице.

В момент /2, отсто щий от ti на врем , равное длительности элемента разложени  Тэ, считываетс  точка в фигуры и поэтому сигнал Xi,j равен единице.

Сигнал Xi, j-i, поступающий на другой вход решающего устройства, также равен единице за счет задержки на врем  тэ, на остальных входах - нули, следовательно, выполн етс  условие п. 3 алгоритма и сигнал на выходе решающего устройства формируют уровнем UQ. Это означает, что считываетс  кака -то фигура.

При считывании других точек фигуры, наход щихс  на отрезке а-с, всегда выполн етс  условие п. 5 алгоритма и поэтому на запись в пам ть второго промежуточного носител  от участка в-с фигуры подают видеосигнал уровнем UQ. На участке с--d выполн етс  условие п. 1 алгоритма и, следовательно, участок с-d, не принадлел ащий фигуре, будет записан уровнем 0. При считывании точки d, принадлежащей фигуре, в пам ть второго промежуточного носител  будет записан видеосигнал (выполн етс  условие и. 2 алгоритма ) , при считывании точки е, отсто щей от точки d на рассто ние одного растрового элемента, будет вновь выполн тьс  условие

п. 3 алгоритма, но согласно п. 4 на выходе решающего устройства формируют видеосигнал уровнем L/I. Это естественно, т. к. анриори неизвестно, принадлежит ли участок d-f измер емой фигуре или нет.

Решение вопроса о принадлежности участка d-/ измер емой фигуре откладываетс  до установлени  св зности точек участка d-f с теми точками фигуры, св зность которых установлена прн считывании первого кадра в определенном направлении. Очевидно, что при неизменном направлении считывани  св зность указанных участков можно установить только при наличии большого объема пам ти; объем пам ти будет зависеть от числа строк, укладывающихс  между точками S и Т, но так как это число зависит от формы фигуры , то, следовательно, решение вопроса св зности в общем случае практически неосуществимо .

При наличии системы перезаписи и возможности изменени  направлений считывани  св зность, как будет показано ниже, устанавливаетс  естественным путем, за счет задержки видеосигнала.

Таким образом, в пам ти второго промежуточного носител  участок е-f будет записан видеосигналом уровн  f/i. Если в поле зрепи  телевизионной установки кроме измер емой

фигуры наход тс  еще и другие фигуры, то они тоже будут записаны видеосигналом уровн  и. При считывании точки g и других точек линии g--h фигуры выполн етс  условие п. 5 алгоритма и таким образом, за счет задержки на врем  Тс-Тл, пли Т, пли Го+тп устанавливают св зность точек участка в-с и участка g-/г измер емой фигуры следовательно , участок g-h будет записан видеосигналом уровн  Uo, а участок к-/ - уровн  U.

На участке т-п выполн етс  условие п. П алгоритма и, следовательно, он будет записан в пам ть промежуточного носител  видеосигналом уровн  С/о и т. д.

В результате считывани  полного кадра

площадь А измер емой фигуры будет записана в пам ти второго промежуточного носител  видеосигналом уровн  Uo, площадь В и другие части - видеосигналом уровн  Ui.

Затем переключают режим работы промежуточных носителей (первый промежуточный носитель работает в режиме записи, второй- воспроизведени ), направление разверток (например, на обратное, т. е. справа налево,

снизу вверх) и переключают устройство формировани  и селекции так, что считываемый видеосигнал подают на селектор, который формирует вновь сигнал уровн  С/п пли C/i (компенсиру  потери поеобразовани ).

Если теперь вначале считывают части фигуры , соответствующие уровню U, то выполн етс  условие п. 9 алгоритма и па запись в пам ть первого промежуточного носител  подают видеосигнал уровн  Ui и так далее до

тех пор, пока не начнут считывать часть, ранее помеченную уровнем видеосигнала Uo (например, точка б).

С этого момента при считывании точек площади Л выполн етс  условие п. 7 алгоритма и на запись подают видеосигнал от площади А уровнем t/o.

При выполнении услови  п. 8, т. е. при считывании границы участков А и В, решаюП1а  схема формирует видеосигнал уровн  Uo (т. е. оп ть за счет задержки на врем  Тс окончательно решают вопрос о св зности областей Л и В и, таким образом, после считывани  второго кадра в пам ти первого промежуточного носител  вс  фигура будет записана уровнем t/o видеосигнала). Затем сравнивают результаты двух считываний в устройстве сравнени  8, и так как , то вновь переключают режимы работы промежуточных носителей и направление разверток; при последующем считывании убеждаютс  в равенстве двух последних считываний и переход т к измерению площади фигуры с одновременным стиранием ее (выполнение услови  п. 10 алгоритма).

Погрещность измерени  предлагаемым способом в основном определ етс  устройством перезаписи. Очевидно, что с ростом числа перезаписей погрешность измерени  площади будет расти. Но, как показывает анализ, площади частей, наиболее часто встречающихс  в практике, могут быть измерены максимум

через четыре перезаписи. Однако требование высокой точности измерений накладывает соответствующие требовани  на систему перезаписи с точки зрени  погрешности.

Кроме того, существует р д известных методов уменьшени  систематических погрешностей (например, введение поправок), описание которых выходит за рамки данного изобретени .

Предмет изобретени 

Способ измерени  площадей фигур путем сканировани  и построчного разложени  изображени , формировани  амплитуды полученного видеосигнала, построчного суммировани  видеосигналов от измер емой фигуры за врем  кадра, отличающийс  тем, что, с целью устранени  зависимости результата измерени  от формы и ориентации фигур, после сканировани  каждого кадра измен ют направление сканировани , выдел ют сигнал начала сканировани  фигуры, задерживают его на врем  длительности строки и на врем  длительности элемента разложени , затем сравнивают исходный и задержанный видеосигналы , нормируют полученный сигнал по амплитуде, суммируют его с полученным ранее видеосигналом и измер ют результирующий сигнал, затем все указанные операции повтор ют до тех пор, пока суммарный сигнал не перестанет увеличиватьс .

Фиг. 5

Фиг.