Устройство для измерения геометрических параметров плоских фигур

 

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано для распознавания образов, а именно, для определения площади и периметра изображения. Повышение помехоустойчивости работы устройства достигается за счет введения в устройство элементов И, элемента ИЛИ и триггера. 1 ил.

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано при распознавании образов, а именно, для определения площади и периметра изображения.

Известное устройство для измерения длины участков контура изображения (1) содержит сканирующий датчик, блоки квантованной задержки, вычитания, элементы И, счетчик вертикальной составляющей участка контура изображения и арифметический блок.

В результате сравнения текущего импульса и задержанного предыдущего импульса на выходе блока вычитания формируется сигнал приращений горизонтальной координаты контура в смежных строках. В блоке элементов И формируются сигналы нулевых приращений, соответствующие вертикальному участку контура квантованного изображения. В арифметическом блоке определяется наклонная составляющая: c² a²+b². Сигналы нулевых приращений с выхода блока элементов И поступают на второй вход счетчика, в котором подсчитываются их количество между двумя сигналами приращений, поступающими от блока вычитания.

Однако это устройство не может измерить площадь плоских фигур.

Другое устройство для измерения геометрических параметров плоских фигур (2) содержит матрицу фотоприемников, одноканальный и двухканальный коммутаторы, генератор тактовых импульсов, четыре элемента ЗАПРЕТ, блок задержки и счетчик.

В этом устройстве периметр плоской фигуры (например, прозрачный силуэт на непрозрачном фоне) измеряется путем определения элементарных отрезков, равных шагу между фотоприемниками матрицы, границы свет-тень и тень-свет фигуры в горизонтальном и вертикальном направлениях. Коммутаторы обеспечивают последовательно параллельную развертку соседних строк таким образом, что сначала, например, к первому каналу коммутатора, одновременно подключается i-ая строка, а к второму каналу (i+1)-ая строка, затем к первому каналу (i+1)-ая строка, а к второму (i+2)-ая строка. Матрица при свете дает 1, а при тени 0.

Недостатком этого устройства также является то, что оно не может измерять площадь фигуры.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство для измерения геометрических параметров плоских фигур (3), содержащее матрицу фотоприемников, генератор тактовых импульсов, одноканальный и трехканальный коммутаторы, три трехразрядных сдвиговых регистра, три счетчика, восьмивходовый элемент И-НЕ и элементы И.

В этом устройстве в качестве периметра принимается количество точек, находящихся на контуре изображения. Критерием нахождения точки на контуре изображения является единичный сигнал центрального фотоприемника и присутствие в округе 3х3 перехода тень-свет или свет-тень (т.е. "0" _ "1" или "1" _ "0"). Площадь фигуры определяется как количество точек изображения. Критерием при этом принимается засвеченность фотоприемников матрицы.

Анализ работы устройства показал, что оно обладал низкой помехоустойчивостью. Присутствие помех как на поле зрения матрицы, так и в регистрах, приводит к ошибочному вычислению периметра и площади изображения.

Для повышения помехоустойчивости работы устройства вышеперечисленные критерии дополняются тем, что точки вычисления периметра и площади должны находиться и на изображении. Т.е. для того, чтобы формировать счетные импульсы для счетчиков, точка должна быть окружена хотя бы тремя единичными точками изображения.

На чертеже изображена схема предлагаемого устройства.

Устройство содержит матрицу фотоприемников 1, одноканальный 2 и трехканальный 3 коммутаторы, генератор тактовых импульсов 4, счетчики 5 и 6, три трехканальных регистра сдвига: первый 7₁, второй 7₂ и третий 7₃, элемент И-НЕ 8, элемент ИЛИ 9, четыре элемента И 10, 11, 12 и 15, счетчик до трех 13, и триггер 14.

Устройство работает следующим образом.

С помощью коммутаторов 2 и 3 регистры сдвига 7₁, 7₂, 7₃ записывают по очереди сигналы, соответствующие трем верхним точкам крайней левой вертикальной шины. Таким образом, с помощью коммутаторов 2 и 3 в регистры сдвига заносится фрагмент всего изображения, состоящего из центральной точки и окружающих его точек. Второй выход второго регистра 7₂ повторяет состояние всех точек матрицы 1 при сканировании последней по строкам и столбцам. Для этого коммутатор 3 сохраняет свое состояние, при этом выходы трех верхних горизонтальных шин подключены к входам регистров 7₁, 7₂, 7₃ до тех пор, пока коммутатор 2 последовательно не опросит все вертикальные шины матрицы 1. После этого к входам регистров 7₁, 7₂, 7₃ подключаются вторая, третья и четвертая, начиная с верхней горизонтальной шины. В прототипе, если второй выход второго регистра находится в единичном состоянии, то в первый счетчик 5 при подаче единичного импульса записывается "1". Однако в поле зрения матрицы может находиться и помеха, при этом возникает ошибка. Для исключения этой ошибки и повышения помехоустойчивости устройства проверяется факт нахождения этой точки на распознаваемой фигуре. Т.е. эта "1" на входе счетчика 5 через элемент И 12 пройдет в том случае, если на входе последнего и на выходе триггера 14 будет единичный потенциал. Это означает, что хотя бы в трех входах элемента ИЛИ 9 существуют единичные сигналы.

Состояние второго выхода второго регистра последовательно воспроизводят состояние всех точек матрицы 1, поэтому состояние счетчика 5 после опроса всей матрицы отображает количество засвеченных фотоприемников, т.е. площадь изображения объекта.

При анализе состояния (окружающих выбранную) точек необходимо определять, находится ли она на контуре изображения или внутри контура. Если точка находится внутри изображения, то все окружающие точки должны иметь единичный потенциал. При этом на выходе элемента И-НЕ 8 формируется низкий уровень сигнала, блокирующий подачу единицы на вход счетчика периметра 6 через элемент И 10. С другой стороны, если центральный элемент действительно находится на контуре изображения, то хотя бы одна из окружающих ее точек соответствует нулевому сигналу на одном из выходов регистров 7₁, 7₂ и 7₃. При этом на выходах элемента И-НЕ 8 и триггера 14 высокий уровень и выходной единичный сигнал второго разряда проходит через открытые элементы И 10 и 11 и увеличивает содержимое счетчика 6 на единицу. При действии ложной единицы или помехи с второго выхода второго регистра счетчики 5 и 6 не срабатывают, поскольку при этом с помощью схемы, состоящей из элементов ИЛИ 9, счетчика до трех 13 и триггера 14, блокируется прохождение ложного импульса на вход счетчиков. Эта схема работает следующим образом.

При присутствии на входах элемента ИЛИ 9 низких потенциалов, счетчик 13 не может досчитать до трех единичных сигналов и через элемент И 15 перевести триггер 14 в взведенное состояние. Входы элемента И 15 включены к выходам "1" и "2" счетчика 13. При этом элементы И 11 и 12 будут в закрытом состоянии. При опросе фотоприемников, соответствующих точкам, вообще не принадлежащих изображению, на втором выходе второго регистра 7₂ низкий уровень сигнала, что приводит к блокированию счетчиков 5 и 6 посредством элементов И 10 и 12. В результате в счетчике 6 в конце опроса всей матрицы 1 будет записан код, соответствующий количеству точек изображения, лежащих только на контуре изображения фигуры, т.е. периметру изображения фигуры, а в счетчике 5 код, соответствующий количеству всех точек изображения фигуры, т.е. площадь.

Таким образом, помехоустойчивость предлагаемого устройства по сравнению с базовым объектом увеличена благодаря введению схемы, срабатывающей при присутствии в окружении центральной точки больше трехединичных сигналов.

Время вычисления площади и периметра фигуры равно времени опроса всех фотоприемников матрицы 1.

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ПЛОСКИХ ФИГУР, содержащее матрицу фотоприемников, к вертикальным и горизонтальным шинам которой подключены соответствено выходы одноканального коммутатора и информационные входы трехканального коммутатора, каждый выход которого соединен с информационным входом соответствующего сдвигового регистра, выход второго разряда первого сдвигового регистра подключен к первым входам первого и второго элементов И, выход первого элемента И соединен с управляющим входом первого счетчика, выход которого является первым выходом устройства, генератор тактовых импульсов, выход которого подключен к управляющим входам коммутаторов, счетному входу второго счетчика и тактовым входам сдвиговых регистров, первый и третий выходы первого и выходы второго и третьего сдвиговых регистров соединены с входами элемента И-НЕ, выход которого подключен к второму входу второго элемента И, и третий счетчик, выход которого является вторым выходом устройства, отличающееся тем, что в устройство введены два элемента И, элемент ИЛИ и триггер, выход которого соединен с вторым входом первого элемента И, и с первым входом третьего элемента И, второй вход которого подключен к выходу второго элемента И, а выход к управляющему входу третьего счетчика, счетный вход которого соединен с выходом генератора тактовых импульсов и счетным входом первого счетчика, входы элемента ИЛИ подключены к входам элемента И-НЕ, а выход к управляющему входу второго счетчика, выходы которого соединены с входами четвертого элемента И, выход которого подключен к счетному входу триггера.

РИСУНКИ

Рисунок 1