SU1251132A1 - Устройство дл распознавани образов - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к авто- матике и вычислительной технике и может быть использовано при автоматизации механосборочных работ. Устройство позвол ет повысить быстродействие сравнени  потока входных изображений с эталлонными изображени ми за счет направленного перебора эталонных изображений. Это, достигаетс  тем, что в устройство вводитс  блок логики, мультиплексор, посто нное запоминающее устройство, счетчик , электрический привод, цифроана- логовый преобразователь и элемент И. Взаимодействие данных элементов позвол ет перебирать эталонные изображени  таким образом, что каждое эталонное изображение выбираетс  с частотой, пропорциональной веро т- ,ности его по влени . 13.п.ф-лы, 2 ил. S (Л to ел 00 N5

Description

Изобретение относитс  к автоматике и,вычислительной технике, в частности к устройствам распознавани  образов, и может быть использо- вано при автоматизации механосбороч- ных работ с помощью роботов.

Целью изобретени   вл етс  повышение быстродействи  устройства путем направленного перебора эталлон- ных изображений,

На фиг,1 представлена структурна  схема устройстваS на фиг,2 - структурна  схема блока логики дл  четырех эталонных изображершй (четырех образов).

Устройство (фиг,I) содержит последовательно соединенные блок 1 предъ влени  изображений, первый блок 2 сравнени 5 входы которого подключены к выходу блока 2 пам ти эта- лонных изображений и выходу блока 4 управлени  фотоэлектрический преобразователь 5, подключенный к выходам генераторов 6 и 7 напр жени , блок 8 оценки ширины экстремума сигнала, второй блок 9 сравнени  и ключ Ю выходы которого образуют выходы устройства ,, информационные входы подключены к выходам генераторов б и 7

напр жени  развертки, компаратор 1

выход которого объединен с входом блока 4 управлени  и вторым управл ющим входом ключа 10, а вход с выходом фотоэлектрического преобразовател  5, Между выходом компаратора 11 и входом блока 3 пам ти последовательно соединены элемент 12 И, второй вход которого соединен с выходом компаратора 1, счетчик 13S мультиплексор 14} втора  группа входов которого соединена с выходами логического блока 15j электрический привод 6 втора  группа выходов которого соединена с первой группой входов блока 15 второй .вход которого соединен с вы- ходом И 2, К выходам мультиплексора 4 подклаочены последовательно включенные посто нное запоминающее устройство (ПЗУ) 17 и цифроаналоговьй преобразователь (ДАЛ) 18. Вьпсод нос- леднего подключен к второму входу второго блока 9 сравнени .

Логический блок 15 (фиг. 2) содержит блоки сравнени  i9-22j первые и 1 торые входы которых образуют первые и вторые входы блока 15j счетчики- 23- .26в счетный вход К-го счетчика (К 1,4) подключен к выходу К-го

О

5

0

5

0

5 0 5

5

блока сравнени ; группу регистров 27-30, входы каждого К-го регистра (К 1,4) которой соединены с выходами счетчика; первую руппу цифровых ключей 31-34, информационные входы каждого К-го цифрового ключа (К 1,4) которой соединены с выходами К-го регистра первой группы, выходы цифровых ключей 31 и

33поразр дно объединены и подключены к информационным входам счетчиков 24 и 26, выходы цифровых ключей 32 и

34поразр дно объединены и подключены к информационным входам счетчиков 23 и 25; двоичные компараторы 35-37, перва  группа входов каждого К-го

,() двоичного компаратора соединена с выходами К-го регистра первой группы, втора  группа входов с выхо- ДсЭми (К+lJ-ro регистра первой группы; регистры 38-41, выходы каждого регистра соединены с третьей труппой входов К-го блока сравнени ; вторую группу регистров 42-45, входы каждого К-го регистра (К 1,4) которой соединены с выходами К-го регистра; вторую группу цифровых ключей 46-49, входы каждого К-го (К 1,4), цифрового ключа которой соединены с выходами регистра второй группы, выходы цифровых ключей 46 -и 48 поразр дно объединены и подключены к входам регистров 39 и 41, выходы иифровых ключей 47 и 49 поразр дно объединены и подключены к входам регистров 38 и 40; элементы ИЛИ 50 и 515 первьш вход каждого К-го элемента ИЛИ (К 1,2) соединен с выходом К-го двоичного компаратора, второй вход - с выходом (К + 1)-го двоичного компаратора, выход соединен с управл ющими входами (К+1)-го счетч1жа, (K+J)-x цифровых ключей . первой и второй групп и (К+1)-го регистра, причем выход первого двоичного компаратора 35 соединен с управл ющими входами первого счетчика 23J первых цифровых ключей 31 и 46 первой и второй групп и цервого регистра 38, выход третьего двоичного компаратора 37 соединен с управл ющими входами четвертого .счетчика 26, четвертых ключей 34 и 49 первой и второй групп и четвертого регистра- 41S причем выходы буферов 42-45 второй группы образуют выходы блока 15,

Блоки I -ll вьтолнены аналогично соответствующим блокам прототипа.

3

Привод 16 выполнен в виде цифровой позиционной системы. ПЗУ 17 представл ет собой полупроводниковое программируемое запоминающее устройство и может быть выполнено на ин- тегральных микросхемах сер.155, 541, 556. Блоки сравнени  19- 22 могут быть выполнены, например, в виде устройства дл  сравнени  двоичных чисел. В качестве счетчиков 23-26 могут быть использованы двоичные счетчики с возможностью записи информации, вьтолненные на интегральных микросхемах сер. 155, 133, 564. Буферные регистры 27-30 первой груп- пы и буферные регистры 42-45 второй группы представл ют собой стандартные регистры и могут быть выполнены, например, на интегральных микросхемах сер. 133, 155, 564. Цифровые ключи 31-34 первой группы и 46-49 второй группы представл ют собой магистральные передатчики, которые могут быть выполнены на интегральных микросхемах сер.559. В качестве двоичных компаратов 35-37 могут быть использованы, например, параллельные двоичные компараторы.

Устройство осуществл ет распознавание и определение координат предъ-  вл емого изображени  по двум признакам - величине максимума взаимно- коррел ционной функции и его ширине. Каждому эталонному изображению условно присвоен типовой и пор дковый но- мера.

Пор дковый номер определ ет очередность проецировани  соответствующего эталонного изображени  блоком 3 пам ти в первый блок 2 сравнени , причем множество пор дковых номеров изоморфно множеству веро тностей по влени  соответствующих изображений, упор доченному по убыванию.

Типовой номер определ ет положение соответствующего эталонного изображени  на фотопленке блока 3 пам ти и равен адресу в ПЗУ 17, по которому записано в двоичной форме значение ширины максимума автокоррел ционной функции на уровне 0,5 дл  этого же эталона.

Дл  распознавани  одного предъ вленного изображени  блок 1 предъ влени  изображений и блок 15 выполн ют один внешний цикл работы, в то же врем  как остальные блоки устройства- несколко одинаковых внутренних циклов, при1324

чем количество внутренних циклов зависит от веро тности по влени  предъ вл емого изображени .

Блок предъ влени  изображений предъ вл ет проецирование обстановки (например, деталей на конвейере) и первый блок 2 сравнени . Блок 15 осуществл ет сопоставление каждого типового номера эталонного изображени  с пор дковым номероь в соответствии с типовым номером, снимаемым с второй группы выходов привода 16, последнего опознанного изображени , а также физическое упор дочение типовых номеров в соответствии с присвоенными по- р дковьми номерами.

Типовые номера изображений парал-, лельно передают с выходов блока 15 на информационные входы мультиплексора 14 таким образом, что типовой номер изображени ,пор дковый номер которого равен единице, подаетс  на вход первого канала мультиплексора 14, типовой номер изображени , пор дковый номер которого равен двум,- на вход второго канала мультиплексора 14 и т.д. В исходном состо нии блок 15 передает на последовательность входных информационных каналов мультиплексора 14 типовые номера изображений в пор дке их возрастани .

Номер внутреннего цикла работы блоков устройства определ етс  счет-™ чиком 13: двоичный код на выходе счетчика 13 есть номер цикла. Двоичный код с выхода счетчика 13 подаетс  на адресный вход мультиплексора 14, чем определ ет номер входного информационного канала мультиплексора 14, с которого типовой номер эталонного изображени  пе редаетс  на , входы привода 16 и ПЗУ 17. В исход- ном состо нии счетчик 13 установлен в начальное (единичное) -состо ние. Поэтому на входы привода 16 и ПЗУ 17. приходит типовой номер с первого канала мультиплексора 14, т.е. типовой номер, равный единице.

Привод 16 вращает катушку с фотопленкой блока 3 пам ти до тех пор, пока на выходе блока 3 пам ти не установитс  изображение, соответствующее типовому номеру на входе привода 16. При этом на второй группе выходов привода I6 устанавливаетс  типовой номер изображени , проецируемого блоком 3 пам ти в первый блок 2 сравнени . В исходном состо нии

в парный блок 2 сравнени  проецируетс  изображение с типовым номером, равным единице.

Типовой номер на входе ПЗУ 17 инициирует по вление на выходе ПЗУ 17.двоичного кода и на выходе 18 напр жени , пропорционального гаи рине максимума автокоррел ционной функции на уровне 0,5 изображени , соответствугощего типовому номеру, В исходном состо нии с выхода ДАЛ 18 на второй блок 9 подаетс  напр жение, пропорциональное ширине максимума автокоррел ционной функиди на уровне . О, 5 изображени  с первым типовым номером.

Первый блок 2 сравнени  вычисл ет взаимнокоррел ционнуто функцию (xs ) предъ вл емого изображени  и эталонного сразу дл  всех значений аргументов X, у и угла поворота 0 .

Светова  картина на экране фото- электрического преобразовател  5, пропорциональна  взаимно коррел ционной функции Р , преобразуетс  в последовательность электрических сигналов . Напр жение развертки при счи тьтании световой -картины при этом обеспечиваетс  генераторами 6 и 7 напр жени  развертки. Выходной сигнал фотоэлектрического преобразовател  5 поступает в компаратор 11g воздейству  через блок 4 управлени  на первый блок 2 сравнени , поворачивает последний вокруг оптической оси, В момент достижени  сигналом с фотоэлектрического преобразовател  5 максимального значени  компаратор 11 устанавливает на своем выходе положительньй уровень напр жени . Выходной сигнал фотоэлектрического преобразовател  5 поступает также в блок 8, на выходе которого формирует- С.Я напр жение, пропорциональное ширине максимума сигнала фотоэлектрического преобразовател  5 на уровне 0,5, Второй блок 9 сравнени  выраба- тьшает положительный уровень напр жени  в случае совпадени  напр жени , поступающего на блок 8 оценки ширины экстремума сигнала, с напр жением с иДП 18.

Если выполн етс   только первый признак, а именно величина максимума взаимно коррел ционной функции, по которому осуществл етс  распознавание , то положительный уровень с компаратора 11, воздейству  на второй вход счетчика 13, переключает его в следующее счетное состо ние т,е, 5 второе, если перед этим бьшо первое, третье, если перед этим было второе и т.д.) .

Далее внутренний цикл работы блоков устройства (кроме блока 1 предъ0  влени  изображений и блока 15) повтор етс .

При наличии положительньк уровней на обоих управл ющих входах ключ 10 (при вьтолнении обоих признаков рас5 познавани ) открываетс  и пропускает поступающие на его функциональные входы напр жени  разверток с выходов генераторов 6 и 7, пропорциональные координатам опознанного образа.

0 Наличие положительных уровней напр жени  на входах 2-входового элемента И I 2 инициирует по вление на его выходе 1,.котора , поступа  на вход счетчика 13, сбрасывает его в единич5 кое состо ние (при этом положительный уровень напр жени  с выхода компаратора 11 сигналов рассогласовани  игнорируетс ) , и тем самым, подготавливает устройство к распознаванию сле0 дуюшего предъ вл емого изображени .

Работа блока 15 построена таким .образом, чтобы обеспечить следующие требовани : содержимое счетчиков 23- 26 при последовательном переходе от первого счетчика 23 ко второму счет- чику 24, от второго счетчика 24 к третьему счетчику 25 и от третьего счетчика 25 к четвертому счетчику 26 должно возрастать или не измен тьс ; в первом регистре 42 второй группы доллсен находитьс  .-типовой номер изображени  с первым пор дковым номером, во втором регистре 43 второй группь - с вторым пор дковым номером, в третьем регистре 44 второй группы - с .третьим пор дковым номером и в четвертом регистре 45 второй группы - с четвертым пор дковым номером.

В начальный момент работы устройства счетчики 23-26 установлены в нулевое состо ние, их содержимое параллельно переписьшаетс  в регистры 27-30 первой группы, В регистры 38-4 записываютс  типовые номера изображений от 1 до 4 в пор дке их возрастани . Информаци  с выходов регистров 38-41 параллельно перепи

сьшаютс  в регистры 42-45 второй группы.

Уровень 1 с выхода 2-входового элемента И 12 разрешает сравнение типового номера изображени  с второй группы выходов привода 16 с типовыми номерами с выходов регистров 38-41 в схемах сравнени  19-22. Схема сравнени , на входах которой типовые номера совпадают, вырабатьшает сигнал на счетный вход соединенного с ней счетчика, счетчиков 23-26, тем самьм переключа  последний в следующее счетное состо ние. Содержимое счетчиков 23-26 параллельно переписываетс  в регистры 27-30 первой группы . Двоичные компараторы 35-37, удержива  на своих выходах уровень О, переключаютс  на уровень 1 только в том случае, если двоичный код на второй группе входов превышает дво- ичньй код на первой группе входов. Так, если уровень I устанавливаетс  на выходе первого двоичного компаратора 35, то открьгоаютс  первые цифровые ключи 31 и 46 первой и вто- рой группы, передава  на информационные входы счетчиков 23 и 26 содержимое первого буфера 27 первой группы и на входы регистров 39 и 41 содержимое первого буфера 42 второй группыJ переключаетс  первый элемент ИЛИ 50 в состо ние 1, открываютс  вторые цифровые ключи 32 и 47 первой и второй групп, передава  на информационные входы счетчиков 23 и

25содержимое второго регистра 28 первой группы и на входы регистров 38 и 40 содержимое второго регистра 43 второй группы; под действием уровн  1 на управл ющие входы информаци  с информационных входов счетчиков 23 и 24 переписьшаетс  соответственно на их выходы, а с входов регистров 38 и 39 - соответственно на их выходы; содержимое счетчиков 2326параллельно переписьшаетс  в регистры 27-30 первой группы и содержимое регистров 38-41 параллельно переписьгоаетс  в регистры 42-45 второй группы.

Аналогичньш обмен информацией происходит при установке уровн  1 на выходах второго и третьего двоичных компараторов 36 и 37, однако при установлении уровн  J на выходе второго двоичного компаратора 36 про исходит обмен информац)ией меткду вторым и третьим регистрами 43 и 44 второй группы, а при установлении 5 уровн  1 на выходе третьего двоичного компаратора 37 происходит обмен информацией между третьим и четвертым регистрами 29 и 30 первой группы и третьим и четвертым регистрами 44 и

О 45 второй группы.

Процесс упор дочени  типовых номеров изображений в регистрах 42-45 второй группы продолжаетс  до тех . пор, пока на выходе каждого двоично5 го компаратора 35-37 не установитс  уровень О.

Таким образом, блок 15 осуществл ет упор дочение типовых номеров изображений в зависимости от пор дковых

0 номеров в регистрах 42-45 второй

группы так, что в первом регистре 42 второй группы хранитс  типовой номер изображени , пор дковый номер которого равен единице, во втором ре5 гнстре 32 второй группы - типовой номер изображени , пор дковый номер которого равен двум и т.д. до четы-- рех.

Следовательно, быстродействие . предлагаемого устройства повышаетс  в результате неслучайного пор дка предоставлени  эталонных изображений блоком 3 пам ти.

Claims (1)

1. Формула изображени 

   0

   5

   0

   1, Устройство дл  распознавани  образов, содержащее последовательно соединенные блок предъ влени  изображений , первый блок сравнени , входы которого подключены к выходу блока пам ти эталонных изображений и выходу блока управлени , фотоэлектрический преобразователь, оптически св занный с первым блоком сравнени  и подключенный к выходам генераторов напр жени  развертки, блок оценки ширины экстремума сигнала, вход котот рого св зан с выходом фотоэлектричес- .кого преобразовател , ключ, выход которого  вл етс  выходом устройства, а информационные входы подключены к выходам генераторов напр жени  развертки, второй блок сравнени , первый вход которого св зан с выходом блока оценки ширины экстремума сигнала, а выход соединен с первым управл ющим входом ключа, компаратор,

   выход которого св зан с входом блока управлени  и вторым угфавл ющим входом ключа, а вход св зан с выходом фотоэлектрического преобразовател , отл чающеес  тем, что, с целью повышени  быстродействи , устройство содержит элемент И, входы которого соединены с выходами компаратора и второго блока сравнени , счетчик, входы которого соединены с выходами компаратора и элемента И, логический блок, первый i вход которого соединен с выходом элемента И, мультиплексор, первый вхо/д которого соединен с выходом логического блока, электрический привод, механически св занный с блоком пам ти эталонных изображений причем выход электрического привода соединен с вторым входом логического блока, а вход св зан с выходом мультиплексора 5 второй вход которого соединен с выходом счетчгаса, посто нную пам ть, вход которой подключен к выходу мультиплексора, цифроанало- говый преобразователь, вход которого подключен к выходу посто нной пам ти , а выход св зан с вторым входом второго блока сравнени ,

   2, Устройство по п., о т л и - ч а ю- щ е е с   тем, что логический блок содержит- К блоков сравнени ,, первые и вторые входы которых образуют первые и вторые входы логического блока, а число К равно числу распознавани  образов, 1 счетчиков, счетные входы калсдого К-го счетчика подключены к выходу К-го блока сравнени , первую группу из К буферных регистров, входы каждого К-го буферного регистра которой соединены с выходами К-го счетчика, первую груп- пу из К цифровых ключей, информациныё входы каждого К-го цифрового ключа соединены с выходами Кто буферного регистра первой группы, выходы нечетных- цифровых ключей поразр дно объединены и подключены к информационным входам четных счетчи- 5 ковf выходы четных цифровых ключей поразр дно объединены и подключены к информационным входам нечетных счетчиков, К-1 двоичных компарато-- ров5 первые входы каждого К-го 10 двоичного компаратора соединены с выходами К-го буферного регистра первой группы, вторые входы соединены с выходами (К+)-го буферного регистра первой группы, К регист- , выходы каждого К-го регистра соединены с третьими входами К-го блока сравнени , вторую группу из К буферных регистров, входы каждого К-го буферного регистра которой сое- 0 динены с выходами К-го регистра, вторую группу из К цифровых ключей, вхо- ды каждого К-го цифрового ключа которой соединены с выходами К-го буферного регистра второй группы, выходы

   - нечетных цифровых ключей поразр дно объединены и подключены к входам четных регистров, выходы четных цифровых ключей поразр дно объединены и подключены к входам нечетных регистров,

   0 к-2 элементов ИЛИ, первый вход каждого К-го элемента ИЛИ соединен с выходом К-го двоичного компаратора, вто- - рой вход соединен с выходом (К+})то двоичного компаратора, выход соеди5 нен с управл ющими входами (К+1)-го счетчика, (К+1)-х цифровых ключей первой и второй групп и ()-го регистра , причем выход первого . двоич ного компаратора соединен с управл ю0 щими входами первого счетчика, первых цифровых ключей первой и второй групп и первого регистра, выход (К-1)-го двоичного компаратора соединен с управл ющими входами К-го счетчика,

   К-х цифровых ключей первой и второй групп и К-го регистра, причем выходы буферных регистров второй группы образуют выходы логического блока.

   (fiue.r

   /JepSaff гр1/ппа Sff epf-ffy/x