Устройство идентификации плоских объектов по их альфа-функциям

Устройство относится к вычислительной технике и может быть использовано в системах технического зрения для идентификации отдельных и наложенных плоских объектов. Технический результат от использования устройства - определение -функции объектов, ориентация которых заранее неизвестна. Результат достигается за счет использования алгоритма вычисления -функции объекта, не зависящего от угла его поворота и положения на рабочей плоскости. Алгоритм предполагает расчет значений кривизны каждой точки контура объекта и формирования на их основе -функции.

Под -функцией объекта понимается последовательность (совокупность) значений кривизны всех точек контура объекта. Расположение значений кривизны в данной последовательности (-функции) определяется правилом обхода точек контура.

Предлагаемое устройство содержит видеодатчик, блок предварительной обработки изображения, буфер LIFO, блок вычисления центра тяжести и линии длины объекта, блок определения угла наклона объекта и его поворота, буфер FIFO, блок вычисления -функции объекта, а также управляющее устройство.

Устройство относится к вычислительной технике и может быть использовано в системах технического зрения (СТЗ) в качестве признака для идентификации отдельных и наложенных объектов, расположенных произвольно и независимо от их положения и ориентации в поле зрения видеодатчика.

Известно устройство для распознавания образов (патент Российской Федерации 2195702, кл. G06K 9/62, 2002 г.), используемое для идентификации графических образов и состояний объектов, которое по своей технической сущности является наиболее близким к предлагаемому устройству. Это устройство содержит блок памяти, два блока сравнения, информационные входы которых подключены ко входу устройства и выходам блока памяти, логический элемент ИЛИ; адресный счетчик, выходы которого подключены к адресным входам блока памяти, и блок управления, выходы которого подключены к управляющим входам блоков сравнения, блока памяти, адресного счетчика и выходного блока. Недостатком устройства-прототипа является низкая достоверность распознавания, обусловленная тем, что при случайном выходе значения любого признака за границы доверительного интервала устройство распознавания образов дает ошибочный результат, причем вероятность ошибки пропорциональна числу признаков вектора образа.

Технической задачей настоящего устройства является вычисление -функции плоского объекта независимо от его ориентации на плоскости, а также повышение скорости обработки и достоверности распознавания объектов.

Под -функцией объекта понимается последовательность (совокупность) значений кривизны всех точек контура объекта. Расположение значений кривизны в данной последовательности (-функции) определяется правилом обхода точек контура.

На основе данного определения в устройстве реализуются следующие этапы вычислений:

1. Получение координат всех точек контура объекта;

2. Определение центра тяжести и линии длины объекта;

3. Вычисление угла наклона объекта и его поворот относительно центра тяжести так, чтобы угол наклона линии длины к оси Х был равен 0°.

4. Расчет значений кривизны в каждой точке дискретного контура объекта по следующему алгоритму:

Значения кривизны в каждой точке дискретного одноточечного контура изображения объекта вычисляют следующим образом. Пусть отрезок непрерывной линии l (рис.1) представлен в памяти машины дискретными точками А, В, С, D, Е, F. Нужно определить значение кривизны в точке С. Используя точки В, С и D строится треугольник BCD. Значение кривизны непрерывной (конечно и дискретной) линии в точке С пропорционально углу , образованному линией СС1 и стороной CD.

Обозначим длины сторон и высоту треугольника BCD как ВС=а; CD=b; BD=c; CK=h.

В этом случае

где , - углы, образованные сторонами ВС и СК, CD и СК соответственно.

Длины сторон треугольника вычисляют из выражений:

где (х_B, у_B), (х_C, y_C), (x_D, y_D ) - координаты вершин В, С, D.

Высота треугольника h определяется как

Далее вычисляем значение кривизны в точке D заданной дискретной кривой по рассмотренному алгоритму и т.д.

Данный алгоритм позволяет вычислить -функцию любого объекта независимо от его положения в поля зрения СТЗ, а также от его ориентации. Кроме того, он может быть использован в качестве основного признака для идентификации отдельных и наложенных плоских объектов (например, промышленные детали, транспортируемые произвольно по ленточному конвейеру).

На чертеже представлена структурная схема устройства вычисления -функции плоского объекта. Устройство состоит из: видеодатчика - блок 1; блока предварительной обработки изображения - блок 2; буфера типа LIFO - блок 3; блока вычисления центра тяжести и длины объекта - блок 4; блок определения угла наклона объекта и его поворота - блок 5; буфер типа FIFO - блок 6; блок вычисления -функции объекта - блок 7 и управляющего устройства - блок 8.

Устройство работает следующим образом: видеодатчик (блок 1) формирует изображение рабочего поля СТЗ. Оно передается в блок предварительной обработки (блок 2). В нем над полученным изображением выполняется операция сглаживания шума, сегментация-бинаризация и выделение контура. Количество точек N, принадлежащих контуру объекта определяет размер буфера LIFO (блок 3), в который записываются их координаты. Из данного буфера они поступают на вход блока вычисления центра тяжести и линии длины объекта (блок 4). Данные параметры передаются на вход блока определения угла наклона объекта и его поворота (блок 5). В нем осуществляется поворот контура объекта вокруг центра тяжести на вычисленный угол так, чтобы в результате, угол между линией длины объекта и осью Х был равен 0°. Новые координаты контура объекта, занявшего исходное (стандартное) положение записываются в буфер FIFO (блок 6). С выхода буфера координаты контура объекта поступают в блок вычисления -функции объекта, где для каждой точки контура вычисляется значение кривизны, по алгоритму, описанному выше. Управляющее устройство определяет параметры получения нового объекта и операции предварительной обработки.

Источники информации

1. Патент Российской Федерации. 2195702, кл. G06K 9/62. Устройство распознавания образов. 2002 г

2. Розенфельд А. Распознавание и обработка изображений с помощью вычислительных машин - М.: Мир, 1972. - 232 с.

Устройство идентификации плоских объектов по их -функциям, содержащее: видеодатчик, получающий изображение рабочего поля системы технического зрения и передающий его на вход блока предварительной обработки; блок предварительной обработки изображения, реализующий операции сглаживания шумов, сегментации-бинаризации изображения, выделения контура объекта и определение координат его точек; буфер типа LIFO, хранящий координаты точек контура объекта, полученные из блока предварительной обработки, и передающий их на вход блока вычисления центра тяжести и длины объекта; блок определения угла наклона объекта и его поворота так, чтобы угол наклона линии длины к оси X был равен 0°; буфер FIFO, получающий координаты точек контура объекта их выхода блока определения угла наклона объекта и его поворота и передающий значения на вход блока вычисления -функции объекта, осуществляющий расчет значений кривизны в каждой точке дискретного контура объекта и формирование на их основе -функции; управляющее устройство, определяющее параметры получения нового объекта и операции предварительной обработки.