SU761829A1

SU761829A1 - Method of discriminating lines and edges of image

Info

Publication number: SU761829A1
Application number: SU782641964A
Authority: SU
Inventors: Adolf A Lukenyuk; Vitalij P Marinets; Andrej A Smerdov; Bogdan V Osyka
Original assignee: Sp K T B Fiz Mekh I An Uk Ssr
Priority date: 1978-07-10
Filing date: 1978-07-10
Publication date: 1980-09-07

Description

Изобретение относится к методам распознавания линий и краев изображений И может найти применение при разработке и проектировании систем поиска и обнаружения объектов. 5The invention relates to methods for recognizing lines and edges of images. And can be used in the development and design of systems for searching and detecting objects. five

Известны способы и устройства обнаружения, в частности, объектов с прямым краем. По известным способам автоматическое обнаружение линейных объектов производится следующим образом. Объектив фор- ¹⁰мирует изображение анализируемого участка поля с объектом, это изображение сканируется по всем направлениям прямоугольной апертурой или прямолинейной разверткой. В процессе сканирования на- 15 ступает момент, когда прямоугольная апертура или прямоугольная развертка совпадает по длине с изображением прямой линии или прямого края объекта. Этому случаю соответствует выброс электрическо- 20 го сигнала на выходе приемника излучения.Known methods and devices for detecting, in particular, objects with a straight edge. According to the known methods, automatic detection of linear objects is performed as follows. Lens ¹⁰ for- miruet analyte field with the object image portion, the image is scanned across the board a rectangular aperture or a rectilinear scan. During the scanning process, a moment arrives when the rectangular aperture or rectangular scan coincides in length with the image of a straight line or a straight edge of an object. This case corresponds to the emission of an electric signal at the output of the radiation detector.

Все известные способы автоматического обнаружения изображений прямолинейных объектов обязательно включают взаимное изменение в процессе сканирования поло- 25 жения анализируемого изображения и развертывающего элемента (апертуры) или траектории развертки для совмещения этих элементов по длине с прямолинейным объектом; поэлементное сравнение сигналов 30All known methods for automatically detecting images of straight-line objects necessarily include a mutual change in the scanning process of the position of the analyzed image and the sweep element (aperture) or sweep trajectory to align these elements along the length of a straight-line object; elementwise comparison of signals 30

22

прямоугольных областей, принадлежащих соответственно искомому объекту и примыкающему к нему фону; суммирование полученных разностных сигналов в пределах прямоугольного контура; вынесение решения о наличии искомого объекта по результатам сравнения суммарного сигнала с эталонным. Эти операции могут выполняться в любом звене системы обнаружения: оптическом, апертурном, сканирующем, электрическом (обработка сигналов) [Г].rectangular areas belonging respectively to the desired object and the adjacent background; summation of the received difference signals within a rectangular contour; making a decision on the presence of the desired object based on the comparison of the total signal with the reference one. These operations can be performed in any part of the detection system: optical, aperture, scanning, electrical (signal processing) [H].

Недостатком известных способов является то, что при обнаружении прямолинейных объектов возможны ложные срабатывания или пропуски в зависимости от величины яркости объектов или их контрастов с фоном.A disadvantage of the known methods is that when detecting straight objects, false positives or gaps are possible depending on the brightness of the objects or their contrasts with the background.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ, реализованный в устройстве для распознавания прямых линий и краев изображений. Способ включает поэлементное сравнение сигналов от двух примыкающих друг к другу областей, принадлежащих соответственно объекту и фону, ограничение на одном уровне разностных сигналов, суммирование их и вынесение решения о наличии объекта с прямым краем по результатам сравнения величины суммарного сигнала с пороговым значением эталонного сигнала. Решение оThe closest in technical essence to the present invention is a method implemented in a device for recognizing straight lines and edges of images. The method includes element-by-element comparison of signals from two adjacent areas belonging respectively to the object and background, limiting the difference signals at one level, summing them up and deciding whether there is an object with a straight edge based on the comparison of the total signal with the threshold value of the reference signal. Decision on

761829761829

наличии объекта с прямым краем принимается не интегрально по средней яркости в контуре прямоугольной щели, а дифференциально — по результатам сравнения яркостей вдоль прямого края на соседних малых участках объекта и прилегающего к нему фона. Это позволяет применить амплитудное ограничение разностных сигналов и устранить тем самым влияние абсолютной яркости и контраста объекта на результаты обнаружения [2].the presence of an object with a straight edge is not taken integrally by the average brightness in the contour of a rectangular slit, but differentially - based on a comparison of the brightness along a straight edge in adjacent small areas of the object and the background adjacent to it. This allows you to apply the amplitude limitation of difference signals and thereby eliminate the effect of the absolute brightness and contrast of the object on the detection results [2].

Недостатком способа является низкая достоверность правильного обнаружения слабоконтрастных объектов. Это обусловлено тем, что стуктура фона, на котором может быть предъявлен объект обнаружения, заранее неизвестна. Фон может быть глад ким, частично пораженным пространственными помехами или иметь сложную структуру, т. е. содержать помехи по всему полю. Размеры сравниваемых элементарных участков необходимо выбирать такими, чтобы обеспечить надежное обнаружение искомы объектов. При уменьшении размеров сравниваемых участков объекта и фона повысится разрешающая способность системы,The disadvantage of this method is the low accuracy of the correct detection of low-contrast objects. This is due to the fact that the structure of the background on which the detection object may be presented is not known in advance. The background can be smooth, partially affected by spatial noise, or have a complex structure, i.e., it can contain interference throughout the field. The sizes of the compared elementary sections must be chosen such as to ensure reliable detection of the objects being searched. When reducing the size of the compared parts of the object and the background, the resolution of the system will increase,

т. е. системой обнаружения будут улавливаться незначительные отличия объекта и примыкающего к нему фона. Это особенно важно в случаях, когда искомый объект расположен на сложных фонах с мелкой структурой. С другой стороны при уменьшении размеров сравниваемых участков объекта и фона уменьшается количество энергии, поступающей на один элемент многоэлементного светоприемника (матрицы), что в конечном счете приведет к снижению отношения сигнал/шум на его выходе. Таким образом, оптимальными будут такие размеры сравниваемых участков, при которых количество информации, приобретенное за счет повышения разрешающей способности, будет разно количеству информации, теряемому из-за уменьшения отношения сигнал/шим. Очевидно, что при обнаружении объектов, расположенных на различных фонах, различными будут и оптимальные назмеоы сравниваемых участков объекта и фона.‘Заранее структура фона ^неизве™’ поэтому размеры сравниваемых участков объекта к фона выбираются такими, чтобы обХчить надежное обнаружение искомых объектов на самом сложном фоне. Югда при поиске объектов, расположенных на более простых фонах, размеры сравниваемых участков объекта и фона не „_и that is, the detection system will detect minor differences between the object and the background adjacent to it. This is especially important in cases where the desired object is located on complex backgrounds with a small structure. On the other hand, reducing the size of the compared areas of the object and the background reduces the amount of energy supplied to one element of the multi-element light receiver (matrix), which ultimately will lead to a decrease in the signal-to-noise ratio at its output. Thus, the sizes of the compared areas will be optimal, in which the amount of information acquired by increasing the resolution will be different to the amount of information lost due to a decrease in the signal-to-pitch ratio. Obviously, the detection of objects located at various backgrounds, different will be compared and optimum nazmeoy portions of the object and the background structure is ^unknown fona.'Zaranee ™ 'therefore dimensions compared to the background portions of the object are selected such that the desired obHchit reliable detection of objects on the complex background . When searching for objects located on simpler backgrounds, the dimensions of the compared areas of the object and background are not “ _and

мальными. Увеличением размеров сравниХых участков объекта „ фона соответственно уменьшением их ^к»^лтест”’> “^агладких фоновых полях можно _βной мере повысить надежность обнаружения малоконтрастных объектов.small. Increasing size sravniHyh portions object "Background ^to respectively decrease their" ^ltest "'>" ^a smooth background fields can _β hydrochloric least improve the reliability of detection of low-contrast objects.

Целью изобретения является повышениеThe aim of the invention is to increase

пбняпчжения объектов.Signing objects.

Поставленная цель достигается тем, что' формируют сигнал, пропорциональный'числу перепадов яркости на прилегающем кThis goal is achieved by the fact that 'form a signal proportional to the' number of brightness differences on the adjacent to

₅ объекту фоне, изменяют в зависимости от величины этого сигнала размеры сравниваемых элементарных участков объекта и фона и уровень ограничения разностных сигналов. _{5 to the} object background, change, depending on the magnitude of this signal, the sizes of the compared elementary areas of the object and the background and the level of limiting the difference signals.

.. При увеличении размеров сравниваемых участков объекта и фона разрешающая способность обменивается на чувствительность. Поскольку для обнаружения объектов, расположенных на гладких фоновых полях, не требуется высокое разрешение, то увеличение размеров сравниваемых участков (снижение разрешающей способности) не приведет к уменьшению полезной информации, а наоборот к ее увеличению за счет повы₂θ шения отношения сигнал/шум. Максимальные размеры сравниваемых участков, а следовательно, и их минимальное число ограничиваются требованиями выделения линейных объектов из множества объектов дру_г гой формы. При этом требуемые размеры.. When increasing the size of the compared areas of the object and the background resolution is exchanged for sensitivity. Since the detection of objects located on smooth background fields does not require high resolution, an increase in the size of the compared areas (decrease in resolution) will not lead to a decrease in useful information, but rather to an increase in it due to an increase of ₂ θ in the signal-to-noise ratio. The maximum dimensions of the compared portions, and hence the minimal number of requirements are limited selection of linear objects from a plurality of objects Dru _g goy form. At the same time required dimensions

^2о участков сравнения намного больше, чем в случае обнаружения объектов, расположенных на сложных по структуре фоновых полях. Критерием оценки сложности фоновых полей является число перепадов яркости на прилегающем к объекту фоне. Как показали многочисленные экспериментальные исследования число перепадов яркости на фонах достаточно полно характеризует их с позиций решаемой задачи обнаружения объ³⁵ ектов, так как оно не зависит от абсолютных яркостей и фона, а также светооптических условий поиска. Нем больше число перепадов яркости на фоне, т. е. чем больше пространственная чистота изменения яркос⁴⁰ ти фона, тем фон сложнее, тем большая разрешающая способность системы потребуется для обнаружения на таком фоне искомых объектов. Следовательно, размеры сравниваемых участков объекта и фона ² comparison plots are much larger than in the case of detection of objects located on background fields that are complex in structure. The criterion for assessing the complexity of the background fields is the number of brightness variations on the background adjacent to the object. As shown by numerous experimental studies of the number of the brightness differences in the backgrounds adequately characterizes them from the standpoint of the problem being solved detection Ob ³⁵ ects as it is independent of the absolute brightness and background, as well as light-optical search terms. The greater the number of differences in brightness on the background, i.e., the greater the spatial purity of the change in brightness of the ⁴⁰ background, the more complex the background, the greater the resolution of the system will be required to detect the desired objects against such a background. Consequently, the dimensions of the compared areas of the object and background

45 должны быть меньше. И, наоборот, чем меньше число перепадов яркости на фоне, тем ниже требуется решающая способность, и тем большими могут быть выбраны размерь: участков сравнения. В общем случае45 should be less. Conversely, the smaller the number of differences in brightness in the background, the lower the decisive power required, and the larger the size can be chosen: comparison plots. In general

50 прилегающий к объекту фон можно разбить на зоны, а изменение рамеров участков сравнения объекта и фона производить по числу перепадов яркости в той зоне, где это число наибольшее. Изменение размеровThe background adjacent to the object can be divided into zones, and the dimensions of the comparison areas of the object and the background can be changed according to the number of differences in brightness in the zone where this number is greatest. Resizing

55 сравниваемых участков объекта и фона можно производить автономно в каждой из зон соответственно числу перепадов яркости в них. Это позволит повысить эффективность обнаружения на неоднородных по55 compared areas of the object and the background can be produced independently in each of the zones, respectively, the number of brightness differences in them. This will improve the detection efficiency on non-uniform

60 своей структре фоновых полях. С изменением размеров участков сравнения изменяется и их число, т. е. изменяется количество разностных сигналов, сумма которых сравнивается с эталонным сигналом. Чтобы60 of its structured background fields. With the change in the size of the comparison plots, their number also changes, that is, the number of difference signals, the sum of which is compared with the reference signal, changes. To

761829761829

ла от количества сравниваемых участков, одновременно с изменением размеров последних следует изменять и уровень ограничения разностных сигналов. Кроме того, изменение уровня ограничения разностных сигналов в зависимости от количества сравниваемых участков улучшает помехоустойчивость системы обнаружения, поскольку отношение сигнал/шум на выходе системы обнаружения зависит от уровня ограничения, разностных сигналов.on the number of compared plots, while changing the size of the latter, the level of limiting the difference signals should also be changed. In addition, the change in the level of limitation of the differential signals depending on the number of compared areas improves the noise immunity of the detection system, since the signal-to-noise ratio at the output of the detection system depends on the level of the limitation, difference signals.

На чертеже приведена структурная схема устройства для реализации способа.The drawing shows a structural diagram of the device for implementing the method.

Блок-схема устройства содержит телевизионный датчик видеосигала Г, полосовой фильтр 2 с управляемой полосой пропускания, элемент 3 задержки на длительность телевизионной строки, блок 4 вычитания, амплитудный ограничитель 5, интегратор 6, пороговый блок 7, блок регистрации сигнала 8, блок 9 выделения строчных гасящих импульсов 9, блок 10 определения числа перепадов яркости в строке и блок И формирования сигнала управления, пропорционального числу перепадов яркости в строке. Данное устройство предназначено для решения частной задачи обнаружения протяженных объектов с прямым краем.The block diagram of the device contains a television sensor video G, a band-pass filter 2 with controlled bandwidth, a delay element 3 for the duration of the television line, a subtraction unit 4, an amplitude limiter 5, an integrator 6, a threshold unit 7, a signal recording unit 8, a block 9 for extracting lowercase damping pulses 9, block 10 for determining the number of brightness differences in a row and block AND generating a control signal proportional to the number of brightness differences in a row. This device is designed to solve a particular problem of detecting extended objects with a straight edge.

Устройство работает следующим образом.The device works as follows.

Видеосигнал с телевизионного датчика 1 через полосовой фильтр 2 поступает на линию задержки 3. С выходов полосового фильтра 2 и линии задержки 3 сигналы поступают' на вычитающий блок 4. Далее с блока 4 ограниченный по амплитуде на ограничителе 5 разностный сигнал поступает на интегратор 6. При совпадении границы прямолинейного объекта с направлением строк длительность сигнала разности двух строк, принадлежащих соответственно объекту и фону, будет максимальной и равной для протяженных прямолинейных объектов длительности строки. Поскольку на интегратор поступают ограниченные по амплитуде разностные сигналы, то этому случаю будет соответствовать максимальное значение сигнала на его выходе. При превышении сигналом, поступающим с выхода интегратора 6, уровня эталонного сигнала на пороговом блоке 7 при помощи регистрирующего блока 8 фиксируется искомый объект. Одновременно с выхода датчика 1 видеосигнал поступает на блоки 9 и 10. Выделенные в блоке 9 строчные гасящие импульсы сбрасывают показания блока 10 через каждую строку. Блок 10 соединен с блоком И, в котором формируется сигнал, пропорциональный числу перепадов яркостей в строке. Последний с выхода блока 11 поступает на управляющий вход фильтра 2.The video signal from the television sensor 1 through the band-pass filter 2 is fed to the delay line 3. From the outputs of the band-pass filter 2 and the delay line 3, the signals are sent to the subtractive unit 4. Next, from block 4, the difference signal limited in amplitude on the limiter 5 is fed to the integrator 6. When if the boundary of a straight-line object coincides with the direction of the lines, the signal duration of the difference of two lines belonging to the object and the background, respectively, will be maximum and equal for long straight-line objects to the length of the line. Since the integrator receives amplitude-limited difference signals, this case will correspond to the maximum value of the signal at its output. When the signal from the integrator 6 output exceeds the level of the reference signal at the threshold block 7, the required object is fixed by means of the recording block 8. At the same time, from the output of sensor 1, the video signal goes to blocks 9 and 10. The lower 9 blanking pulses allocated in block 9 reset the readings of block 10 every line. Block 10 is connected to the block And, in which a signal is formed, proportional to the number of differences of brightness in the line. The last from the output of block 11 is fed to the control input of the filter 2.

Предлагаемый способ не ограничивается случаями выделения протяженных прямолинейных объектов, он позволяет строить системы поиска объектов любой конфигурации, разрешающая способность и помехоустойчивость которых обмениваются друг на друга в зависимости от структуры фонов, на которых могут быть предъявлены искомые объекты, что в конечном счете приводит к увеличению количества полезной информации от объекта поиска. Предлагаемый способ в значительной мере повышает надежность обнаружения объектов и может найти эффективное применение при разработке и проектировании систем поиска и обнаружения объектов.The proposed method is not limited to cases of allocating lengthy rectilinear objects, it allows you to build object search systems of any configuration, the resolution and noise immunity of which are exchanged against each other depending on the structure of the backgrounds on which the desired objects can be presented, which ultimately leads to an increase in useful information from the search object. The proposed method significantly improves the reliability of object detection and can be effectively used in the development and design of object search and detection systems.

Claims

Claim

The method of recognition of lines and edges of images, including the formation of signals proportional to differences in brightness of elementary areas of the object and background, limiting the difference signals by amplitude, summing them up and comparing the magnitude of the total signal with the threshold value of the reference signal, the results of which judge the presence of the desired object, differing in that, in order to improve the recognition reliability, they form a signal proportional to the number of brightness differences on the background adjacent to the object, and depending on the The orders of this signal change the sizes of the compared elementary areas of the object and the background and the level of restriction of the difference of signals.