Устройство определения длины и ширины объекта

Устройство относится к вычислительной технике и может быть использовано в системах технического зрения для вычисления геометрических размеров объектов. Технический результат от использования устройства - определение длины и ширины объектов, ориентация которых заранее неизвестна, а также повышение скорости вычислений. Результат достигается за счет использования алгоритма определения длины и ширины объекта, не зависящего от его угла его поворота на рабочей плоскости. Обрабатываются не все точки объекта, а только точки максимальной кривизны. Алгоритм предполагает постепенный поворот точек максимальной кривизны объекта на углы от 1 до 179°, вычисление площадей описанных вокруг повернутых объектов прямоугольников, а также определение минимальной такой площади. Длины большей и меньшей сторон минимального описанного прямоугольника считаются длиной и шириной объекта. Предлагаемое устройство, содержит видеодатчик, блок предварительной обработки изображения, блок выделения точек максимальной кривизны, буфер LIFO, блок вычисления площади описанного прямоугольника, буфер FIFO, блок определения минимальной площади, а также управляющее устройство.

Устройство относится к вычислительной технике и может быть использовано в системах технического зрения для определения геометрических размеров объектов (длины и ширины) независимо от их положения и ориентации в поле зрения видеодатчика.

На современном производстве повсеместно внедряются автоматизированные технологии. Наиболее динамично развивающейся частью таких технологий является робототехника, которая широко использует системы технического зрения. В данных системах определяются и анализируются признаки объектов, в том числе такие, как длина и ширина.

Известно устройство для обработки изображений (патент Российской Федерации №2251735, кл. G06K 9/46, 2005 г., Бюл. №13), содержащее датчик изображения, блок выделения кадрового и строчного импульса, генератор, аналого-цифровой преобразователь, цифровой сигнальный процессор и блок управления исполнительными механизмами робота. Устройство осуществляет обработку изображения - повышение яркости, контрастности изображения, перевод полутонового изображения в двухградационное (бинаризация), выделение контуров, выделение объектов, определение положения объектов. Полученные данные используются в управляющей системе робота [1].

Недостатком данного устройства является невозможность определения ориентации объекта на рабочем поле и геометрических размеров объекта.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство определения длины и ширины объекта (полезная модель №65268, кл. G06K 9/46, 2007 г., Бюл. №21), содержащее состоит из видеодатчика, блока предварительной обработки изображения, блока поворота точек на заданный угол, блока вычисления длин проекций повернутых объектов на оси Х и Y, блока определения минимальной проекции объекта на ось Х и соответствующей ей проекции на ось Y и управляющего устройства - блок 8. Предлагаемое устройство определяет ширину объекта как его минимальную проекцию, полученная при повороте на углы от 1 до 179°. Длиной считается проекция объекта на ось, перпендикулярную оси ширины. Данный способ нахождения размеров расходится с определением длины и ширины объекта как большей и меньшей сторон описанного вокруг объекта прямоугольника

минимальной площади. Другим недостатком устройства является избыточная вычислительная сложность, которая заключается в том, обрабатываются все точки объекта, которых может быть несколько тысяч.

Технической задачей настоящего устройства является вычисление длины и ширины объекта независимо от его ориентации на плоскости, а также повышение скорости вычисления данных характеристик.

Длина и ширина объекта произвольной формы могут быть определены как большая и меньшая стороны прямоугольника наименьшей площади, которой может быть описан вокруг данного объекта [3].

На основе данного определения в устройстве реализуются следующие этапы вычислений:

- Получение координат всех точек, принадлежащих объекту;

- Определение точек максимальной кривизны на границе объекта;

- Поворот точек максимальной кривизны на угол (от 1 до 179° с шагом 1°);

- Нахождение длин проекций повернутых точек на оси Х и Y для каждого угла поворота ;

- Вычисление площади описанного вокруг объекта прямоугольника для каждого угла поворота ;

- Определение прямоугольника минимальной площади, описанного вокруг объекта, длин большей и меньшей его сторон и угол поворота, при котором данный прямоугольник был получен. Найденные величины являются длиной, шириной и углом наклона объекта к оси Х соответственно.

Данный алгоритм позволяет вычислить длину и ширину любого объекта независимо от его положения в поле зрения СТ3, а также от его ориентации. Кроме того, определяется и угол наклона объекта к оси Х с точностью до 1°.

На чертеже представлена структурная схема устройства определения длины и ширины объекта. Устройство состоит из видеодатчика - блок 1; блока предварительной обработки изображения - блок 2; блока выделения точек максимальной кривизны объекта - блок 3; буфера типа LIFO - блок 4; блока поворота точек на заданный угол - блок 5; блока вычисления площади описанного вокруг повернутого объекта прямоугольника - блок 6; буфера типа FIFO - блок 7; блока определения минимальной площади описанного прямоугольника - блок 8 и управляющего устройства - блок 9.

Устройство работает следующим образом. Видеодатчик (блок 1) формирует

изображение рабочего поля СТ3. Оно передается в блок предварительной обработки (блок 2). В нем над полученным изображением выполняются операции фильтрации (удаление шума), контрастирования, бинаризации и маркировки (разметки точек объекта). Затем на объекте выделяются точки максимальной кривизны (блок 3) - это такие точки, у которых белых соседей в 8-связной окрестности больше, чем черных. Количество точек максимальной кривизны (N) определяет размер буфера LIFO (блок 4), в который записываются их координаты. Из данного буфера они поступают на вход блока поворота точек (блок 5). Данный блок вычисляет координаты точек после поворота на угол . Далее координаты повернутых точек передаются на вход блока вычисления площади описанного вокруг объекта прямоугольника (блок 6). В нем определяются минимальная и максимальная координаты повернутых на угол точек максимальной кривизны объекта по осям Х и Y, а затем разность максимальной и минимальной координат на ось берется в качестве длины проекции на данную ось. Произведение данных проекций равно площади описанного вокруг повернутого объекта прямоугольника. Эти площади для углов от 1 до 179° по мере вычисления записываются в буфер типа FIFO (блок 7), имеющий размер 179 - по количеству поворотов точек объекта. С выхода буфера площади поступают на вход блока 8, определяющего минимальную из них. В данном блоке также определяются длина и ширина объекта. Для этого берутся проекции объекта на оси Х и Y, полученные при том же угле поворота, при котором была вычислена минимальная площадь. Большая проекция считается длиной объекта L, меньшая - шириной W, а угол, при котором эти проекции получены - углом наклона объекта к оси X. Управляющее устройство (блок 9) определяет номер объекта, обрабатываемого в текущий момент, а также очередной угол поворота точек объекта .

Источники информации

1. Патент Российской Федерации №2251735. Устройство для обработки изображений. МПК G06K 9/46. 2005 г., Бюл. №13.

2. Полезная модель к патенту Российской Федерации №65268. Устройство определения длины и ширины объекта. МПК G06K 9/46. 2007 г., Бюл. №21.

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

Устройство определения длины и ширины объекта, содержащее: видеодатчик, получающий изображение рабочего поля системы технического зрения и передающий его на вход блока предварительной обработки; блок предварительной обработки изображения, реализующий операции фильтрации, контрастирования, бинаризации изображения, маркировки объекта и выделения координат его точек; блок выделения точек максимальной кривизны объекта; буфер типа LIFO, хранящий координаты полученных точек максимальной кривизны и передающий их на вход блока поворота точек, осуществляющего поворот точек на заданный угол; блок вычисления площади описанного вокруг объекта прямоугольника, находящий произведение длин проекций повернутых точек на оси Х и Y; буфер типа FIFO, получающий значения площадей из выхода блока вычисления площади и передающий их на вход блока определения минимальной площади, который находит минимальный из описанных вокруг повернутых объектов прямоугольник, длины его большей и меньшей сторон, а также угол поворота точек, при котором этот прямоугольник был получен (угол наклона объекта к оси X); управляющее устройство, задающее номер объекта для обработки и очередной угол поворота точек объекта .