СПОСОБ СЕГМЕНТАЦИИ ИЗОБРАЖЕНИЯ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
IMAGE SEGMENTATION METHOD AND DEVICE FOR REALISING SAID METHOD

Изобретение относится к устройствам для распознавания, представления и воспроизведения данных, а именно к предварительной обработке изображения путем анализа сегментов, составляющих образ и может быть использовано для сжатия, сравнения и локализации изображений объектов с использованием оптических средств.
Известно устройство, которое преобразует полученное оптическое изображение объекта в телевизионный сигнал для дальнейшей обработки аппаратурным или программным способом (информационная телевизионная система), содержащее блок приема оптического сигнала (БПОС), блок растровой развертки (БРР), канал обработки видеосигнала (КОВ), генератор синхронизирующих импульсов (ГС). Первый выход БРР соединен с первым входом БПОС, а второй выход БРР подключен ко второму входу БПОС; третий выход БПОС соединен с первым входом КОВ; четвертый вход БРР и третий вход КОВ соединены со вторым выходом ГС (Грязин Г.Н. Оптико-электронные системы для пространства: Системы телевидения. - Л.: Машиностроение. 1988 г., с.5-9).
Недостатком этого устройства является большой объем памяти, требуемый для хранения информации об изображении объекта.
Технической задачей изобретения является уменьшение объема используемой памяти за счет сегментации изображения на эквиденситные площадки и обеспечение запоминания информации о размере площадки, яркости, координат первой точки площадки в отличие от прототипа, где происходит запоминание информации о каждой точке, составляющей изображение.
Технический результат изобретения достигается тем, что в способе сегментации изображения, основанном на преобразовании полученного оптического изображения объекта, запоминании и хранении информации о точках изображения, осуществляют сегментацию изображения на эквиденситные площадки и обеспечивают запоминание информации о размере и яркости площадки и координатах первой точки площадки, числе точек, преобразование точечного изображения в совокупность элементарных площадок с одинаковыми значениями яркости, при этом считывают изображение электронным лучом, сканирующим по кривой Гильберта, сохраняют двусвязность точек, формирующих изображение, и исходную топологию изображения; далее полученный сигнал поступает на блок формирования эквиденситных площадок, где объединяют точки, формирующие изображение, в эквиденситные площадки, сегментируя изображение, которое поступает на вход оперативного запоминающего устройства, где хранится до поступления сигнала чтения.
Для каждой площадки в оперативном запоминающем устройстве (ОЗУ) хранятся: значение яркости площадки, координаты первой точки площадки и число точек. Так как реальные изображения содержат большие объемы одинаковых по яркости точек, то при таком представлении изображения существенно уменьшается необходимый объем памяти. При неравенстве яркости отдельных точек в ОЗУ записывается только значения их яркости. Признаком площадки или отдельной точки является значение старшего разряда записываемого кода. Для площадки его значение равно логической единице «1», для отдельных точек логическому нулю «0».
Считывание изображения электронным лучом, сканирующим по кривой Гильберта, см. Горский Н.Д., Мысько С.Н., Сухаричев В.П. Сравнительное исследование некоторых характеристик двумерных разверток. - Л., ЛНИВЦ, 1982 г., 24 с.
Заявляемый способ реализуется в устройстве сегментации изображения, содержащем блок приема оптического сигнала (БПОС), блок растровой развертки (БРР), канал обработки видеосигнала (КОВ), генератор синхронизирующих импульсов (ГС), при этом первый выход БРР соединен с первым входом БПОС, а второй выход БРР подключен ко второму входу БПОС, третий выход БПОС соединен с первым входом КОВ, четвертый вход БРР и третий вход КОВ соединены со вторым выходом ГС, в котором дополнительно содержится пятый выход БРР, который подключен к четвертому входу КОВ, вход номер три БРР, подключен к первому выходу ГС, КОВ содержит блок формирования эквиденситных площадок (БФЭП) и оперативное запоминающее устройство (ОЗУ), причем второй вход БФЭП подключен к первому выходу ГС, а пятый вход соединен с выходом номер три ГС; выход шесть БФЭП подключен к первому входу ОЗУ, выход семь БФЭП подключен к входу два ОЗУ, а выход номер восемь подключен к входу три ОЗУ.
Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемое изобретение существенно отличается по совокупности действий в способе: сегментация изображения на эквиденситные площадки, запоминание информации о размерах и яркости площадки, числе точек и координатах первой точки площадки, получение совокупности элементов площадок с одинаковым значением яркости,
новых элементов в устройстве, а именно:
- блока формирования эквиденситных площадок, предназначенного для преобразования точечного изображения в совокупность элементарных площадок с одинаковыми значениями яркости;
- оперативного запоминающего устройства, предназначенного для запоминания и хранения совокупности эквиденситных площадок (изображения): координат первой точки площадки, размера и значения яркости площадки;
а также новых связей между известными и новыми элементами устройства.
Сущность предлагаемого изобретения поясняется дальнейшим описанием и графическим материалом. На фиг.1 приведена структурная электрическая схема информационной телевизионной системы - устройство сегментации изображения; фиг.2 - то же, структурная электрическая схема блока растровой развертки; фиг.3 - то же, структурная электрическая схема блока формирования эквиденситных площадок; фиг.4 - кривая Гильберта; таблица истинности.
Устройство сегментации изображения, фиг.1, содержит:
I - блок растровой развертки (БРР);
II - блок приема оптического сигнала (БПОС);
III - генератор синхронизирующих импульсов (ГС);
IV - канал обработки видеосигнала (КОВ);
V - блок формирования эквиденситных площадок (БФЭП);
VI - оперативное запоминающее устройство (ОЗУ).
Структурная электрическая схема блока растровой развертки, фиг.2, содержит:
1 - первый десятичный счетчик (1 ДС);
2 - первый элемент ИЛИ (1 ИЛИ);
3 - второй элемент ИЛИ (2 ИЛИ);
4 - третий элемент ИЛИ (3 ИЛИ);
5 - четвертый элемент ИЛИ (4 ИЛИ);
6 - второй десятичный счетчик (2 ДС);
7 - первый двоичный счетчик (1 ДВС);
8 - второй двоичный счетчик (2 ДВС);
9 - пятый элемент ИЛИ (5 ИЛИ);
10 - шестой элемент ИЛИ (6 ИЛИ);
11 - первый цифроаналоговый преобразователь (1 ЦАП);
12 - второй цифроаналоговый преобразователь (2 ЦАП).
Структурная электрическая схема блока формирования эквиденситных площадок, фиг. 3, содержит:
13 - демультиплексор (ДМП);
14 - аналого-цифровой преобразователь (АЦП);
15 - первый двоичный счетчик (1 ДВС);
16 - первый мультиплексор (1 МП);
17 - первый потенциальный регистр (1 ПР);
18 - первый синхронный регистр (1 CP);
19 - первый элемент (1 ИЛИ);
20 - второй синхронный регистр (2 CP);
21 - второй элемент (2 ИЛИ);
22 - первый элемент (1 ИЛИ-НЕ);
23 - третий синхронные регистры (3 CP);
24 - третий элемент (3 ИЛИ);
25 - четвертый элемент (4 ИЛИ);
26 - схема сравнения (СС);
27 - первый элемент (1 И);
28 - второй элемент (2 И);
29 - второй двоичный счетчик (2 ДВС);
30 - четвертый элемент (5 ИЛИ);
31 - второй потенциальный регистр (2 ПР);
32 - третий потенциальный регистр (3 ПР);
33 - четвертый потенциальный регистр (4 ПР);
34 - третий элемент (3 И);
35 - второй элемент (2 ИЛИ-НЕ);
36 - пятый элемент (6 ИЛИ);
37 - четвертый элемент (4 И);
38 - пятый элемент (5 И);
39 - второй мультиплексор (2 МП);
40 - шестой элемент (6 И);
41 - третий двоичный счетчик (3 ДВС);
42 - седьмой элемент (7 ИЛИ);
43 - четвертый двоичный счетчик (4 ДВС).
Описание устройства
Устройство сегментации изображения (фиг.1) содержит блок приема оптического сигнала (БПОС) II; блок растровой развертки (БРР) I, генератор синхронизирующих импульсов (ГС) III, представляющий собой кварцевый генератор, работающий на основной частоте резонанса 3f (частоты f, f/64 получаются путем деления основной частоты), канал обработки видеосигнала (КОВ) IV. Первый выход БРР I соединен с входом номер один БПОС II, а выход два БРР I подключен к входу номер два БПОС II; выход три БПОС II соединен с входом номер один КОВ IV; вход четыре БРР I и вход три КОВ IV соединены с выходом номер два ГС III, выход пять БРР I «Адрес X, Y» подключен к входу четыре КОВ IV, и вход номер три БРР I подключен к выходу один ГС III.
КОВ IV содержит блок формирования эквиденситных площадок (БФЭП) V и оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) VI, причем вход два БФЭП V подключен к выходу один ГС III, а вход пять БФЭП V соединен с выходом три ГС III; выход номер шесть БФЭП V подключен к входу один ОЗУ VI, выход номер семь БФЭП V подключен к входу два ОЗУ VI, а выход восемь подключен к входу три ОЗУ VI.
x
Y
вx
Устройство работает следующим образом. БРР I формирует цифровой код (адреса сканируемых точек) кадра по кривой Гильберта (фиг.4) согласно таблице истинности (см. табл.). Сформированный цифровой код преобразовывается в цифроаналоговом преобразователе в управляющие напряжения U, U для отклоняющей системы БПОС II. Изображение в виде напряжения U поступает в канал обработки видеосигнала на БФЭП V через аналого-цифровой преобразователь, входящий в этот блок. БФЭП V из изображения выделяет точки с одинаковыми значениями яркости и объединяет их в площадки, формируя при этом параметры площадок: значение яркости, координаты первой точки, размер. Данные параметры площадок запоминаются и хранятся в ОЗУ VI до получения запроса на дальнейшую обработку изображения. Работу всего устройства синхронизируют импульсы, вырабатываемые в ГС III.
X
Y
Блок растровой развертки (БРР I) (фиг.2) работает следующим образом. Сигнал f (сигнал управления переходом сканирующего луча с точки на точку) с ГС III поступает на блок, содержащий синхронный (1 ДС) 1, считающий до 16; четыре многовходовых элемента ИЛИ (1 ИЛИ) 2, (2 ИЛИ) 3, (3 ИЛИ) 4, (4 ИЛИ) 5, входы которых соединены с N выходами 1 ДС 1; синхронный (2 ДС) 6, считающий до 3, один вход которого соединен с N+1 выходом (1 ДС) 1, на второй вход подается сигнал f/64 (сигнал начала кадра); синхронные двоичные счетчики (1 ДВС) 7, (2 ДВС) 8, входы которых соединены с выходами элементов (1 ИЛИ) 2, (2 ИЛИ) 3, (3 ИЛИ) 4, (4 ИЛИ) 5; два двухвходовых элемента ИЛИ (5 ИЛИ 9, (6 ИЛИ) 10, входы которых соединены с выходами (2 ДС) 6, формирует цифровой код развертки растра по кривой Гильберта согласно таблице истинности. Выходы (1 ДВС) 7, (5 ИЛИ) 9 соединены с входами (1 ЦАП) 11, а выходы (2 ДВС) 8, (6 ИЛИ) 10 соединены с входами (2 ЦАП) 12. Цифровой код развертки поступает на БФЭП V и на отклоняющую систему БПОС II в виде аналогового напряжения U, U после цифроаналоговых преобразователей (1 ЦАП) 11, (2 ЦАП) 12.
Блок формирования эквиденситных площадок (БФЭП V) (фиг.3) работает следующим образом. Сформированные координаты точек развертки - сигнал «Адрес X, Y» поступает на вход БФЭП V, который состоит из демультиплексора (ДМП) 13, синхронных регистров (1 СР) 18, (2 СР) 20, (3 СР) 23, потенциальных регистров (1 ПР) 17, (2 ПР) 31, (3 ПР) 32, (4 ПР) 33, двоичных счетчиков (1 ДВС) 15, (2 ДВС) 29, (3 ДВС) 41, (4 ДВС) 43, элементов ИЛИ (1 ИЛИ) 19, (2 ИЛИ) 21, (3 ИЛИ) 24, (4 ИЛИ) 25, (5 ИЛИ) 30, (6 ИЛИ) 36, (7 ИЛИ) 42, элемента ИЛИ-НЕ (1 ИЛИ-НЕ) 22, (2 ИЛИ-НЕ) 35, элементов И (1 И) 27, (2 И) 28, (3 И) 34, (4 И) 37, (5 И) 38, (6 И) 40, аналого-цифрового преобразователя (АЦП) 14, схемы сравнения (компаратора) (СС) 26 и мультиплексоров (1 МП) 16, (2 МП) 39. Выходы (ДМП) 13 соединены с входами (1 МП) 16, (1 ПР) 17; выход (1 ПР) 17 подключен к входу (1 МП) 16, выход (1 МП) 16 соединен с входом (2 СР) 20, а выход (2 СР) 20 соединен к (3 ПР) 32. Выход (АЦП) 14 соединен с входом (1 СР) 18, а выход (1 СР) 18 соединен с входами (3 СР) 23, (СС) 26. Выход (3 СР) 23 подключен к входам (2 ПР) 31, (СС) 26. Первый выход (СС) 26 соединен к входу (2 И) 28. Второй выход (СС) 26 соединен с входом (3 И) 34, а выход (3 И) 34 соединен с входом (6 ИЛИ) 36. Выход (2 И) 28 подключен к входу (2 ДВС) 29, а выход (2 ДВС) 29 соединен с входами (5 ИЛИ) 30, (4 ПР) 33. Выходы (2 ПР) 31, (3 ПР) 32, (4 ПР) 33 подключены к входам (2 МП) 39, а выход (2 МП) 39 соединяется с входом D ОЗУ VI. Выход (5 ИЛИ) 30 соединен с входами (ДМП) 13, (2 ИЛИ-НЕ) 35, а выход (2 ИЛИ-НЕ) 35 подключен к входу (4 И) 37, выход (4 И) 37 подключен к входу (5 И) 38. Выход (6 ИЛИ) 36 соединен с входами (1 МП) 16, (2 ПР) 31, (6 И) 40, на второй вход (6 И) 40 подается сигнал 3f. Выход (6 И) 40 подключается к входам (3 ДВС) 41, (7 ИЛИ) 42, а выход (3 ДВС) 41 соединен с входом (2 МП) 39. Первый выход (1 ДВС) 15 соединен с входом (6 ИЛИ) 36, второй выход (1 ДВС) 15 подключен к входу (1 ИЛИ) 19, а выход (1 ИЛИ) 19 соединен с входами (3 ИЛИ) 24, (5 И) 38, а на третий вход (5 И) 38 подается сигнал f. Выход (3 ИЛИ) 24 соединен с входом (1 И) 27, а на второй вход (1 И) 27 подается сигнал f. Выход (1 И) 27 соединен с входом (2 ИЛИ) 21, второй вход (2 ИЛИ) 21 соединен с выходом (1 ИЛИ-НЕ) 22, а выход (2 ИЛИ) 21 подключен к входу (2 СР) 20 и входу (4 ИЛИ) 25, выход (4 ИЛИ) 25 соединен с входом (2 ДВС) 29. Выход (5 И) 38 подключен к входу (7 ИЛИ) 42, а выход (7 ИЛИ) 42 соединен с входами (4 ДВС) 43, (1 ИЛИ-НЕ) 22 и входом «ЗП» ОЗУ VI. На второй вход (4 ДВС) 43 подается сигнал f, а (4 ДВС) 43 подключается к входу А ОЗУ VI.
BX
На БФЭП V также поступают сигналы: f/64 (начало кадра), f (переход сканирующего луча с точки на точку), 3f (запись трех параметров площадки) с ГС и U с БПОС II.
вx
По приходу фронта импульса f/64 (начало кадра) счетчики (1 ДВС) 15, (2 ДВС) 29, (4 ДВС) 43 устанавливаются в нулевое состояние. По приходу фронта импульса f в БФЭП V в (2 СР) 20 записываются координаты первой точки сканирования через (ДМП) 13, (1 МП) 16 при наличии управляющего сигнала низкого уровня «0» с (6 ИЛИ) 36. По первому же фронту импульса f на (1 CP) 18 поступает цифровой код, соответствующий значению яркости, сформированный из U в (АЦП) 14.
В этот момент времени не происходит запись информации в ОЗУ VI, т.к. не формируется сигнал запись «ЗП» из-за отсутствия логической единицы «1» на выходе (1 ИЛИ) 19, которая появляется только в том случае, если в цифровом коде, формируемом (1 ДВС) 15, появляется хоть одна логическая единица.
По фронту второго импульса f (переход сканирующего луча с точки на точку) в (1 CP) 18 записывается цифровой код, соответствующий значению яркости второй точки сканирования. Предыдущее значение переписывается в (3 СР) 23. Сразу же происходит сравнение в (СС) 26 цифровых кодов, содержащихся в (1 CP) 18, (3 СР) 23. Адрес второй точки присутствует на выходе (1 МП) 16, но не переписывается в (2 СР) 20. Цифровой код с (3 СР) 23 переписывается и хранится в (2 ПР) 31.
Далее БФЭП V работает в двух режимах.
Режим первый - совпадение значений яркости точек. При совпадении цифровых кодов значений яркости в (СС) 26 на первом выходе появится лог, единица «1», а на втором - лог. ноль «0». Лог. единица через (2 И) 28 поступит на информационный вход счетчика (2 ДВС) 29 и увеличивает его состояние на 1, что говорит о том, что началось формирование размера площадки.
Цифровой код состояния с (2 ДВС) 29 поступает на (4 ПР) 33, где записывается и хранится размер площадки, поступает на (5 ИЛИ) 30, который на выходе формирует лог. единицу «1». Сигнал с (5 ИЛИ) 30 поступает на (ДМП) 13, переключая вход (ДМП) 13 на вход (1 ПР) 17. При поступлении следующего фронта импульса f записывается адрес последующей точки в (1 ПР) 17, а цифровой код значения яркости в (1 СР) 18, предыдущее значение переписывается в (3 СР) 23 и сравнивается в (СС) 26. При равенстве цифровых кодов будет увеличиваться состояние счетчика (2 ДВС) 29 и переписываться в (4 ПР) 33. Таким образом будет формироваться размер площадки в (4 ПР) 33, яркость в (2 ПР) 31 и координаты первой точки площадки в (3 ПР) 32.
Второй режим - несовпадение значения яркости точек.
При несовпадении цифровых кодов значений яркости в (СС) 26 на втором выходе формируется логическая единица «1», которая поступает на (3 И) 34. Так как на входах (3 И) 34 присутствуют логические единицы «1», то на выходе формируется логическая единица «1», которая через (6 ИЛИ) 36 поступает: на (2 ПР) 31 как признак площадки; на (1 МП) 16 как управляющий сигнал, подключающий второй вход (1 МП) 16 к входу блока (2 СР) 20; на блок (6 И) 40, который по этому сигналу пропускает импульсы 3f на вход (3 ДВС) 41 и вход (7 ИЛИ) 42. Блок (7 ИЛИ) 42 из импульсов 3f формирует сигнал «ЗП», поступающий на (4 ДВС) 43, (3 СР) 23.
Блок (3 ДВС) 41 из импульсов 3f формирует управляющий сигнал, которым поочередно подключаются выходы (2 ПР) 31, (3 ПР) 32, (4 ПР) 33 на выход (2 МП) 39.
По сигналу «ЗП» (4 ДВС) 43 формирует адрес ячеек памяти ОЗУ VI, куда будут записаны данные с выхода (2 МП) 39 о размере, яркости площадки и координатах первой точки площадки.
Блок (1 ИЛИ-НЕ) 22 инвертирует сигнал «ЗП» и подает на (2 ИЛИ) 21, который формирует сигнал управления динамическим входом (2 СР) 20. По этому сигналу цифровой код координат первой точки площадки переписывается в (3 ПР) 32, а в (2 СР) 20 записывается код координат не совпавшей по яркости точки из (1 ПР) 17. При записи в (1 CP) 18 кода яркости следующей точки не равного предыдущей, на втором выходе (СС) 26 сформируется логическая единица «1». (2 ДВС) 29 будет переведен в нулевое состояние логической единицей «1» с (2 ИЛИ) 21 через (4 ИЛИ) 25. Логическая единица «1» со второго выхода (СС) 26 поступит на (4 И) 37. Так как (2 ДВС) 29 на выходе имеет логический ноль «0», то и на выходе (5 ИЛИ) 30 будет логический ноль «0». По этому сигналу (ДМП) 13 подключит свой вход к первому входу (1 МП) 16. На выходе (6 ИЛИ) 36 также сформируется логический ноль «0», который, как управляющий сигнал, подключит первый вход (1 МП) 16 к входу (2 СР) 20, а на входе (2 ПР) 31 логический ноль «0» будет являться признаком того, что в (2 ПР) 31 записан код яркости одиночной точки. Также логический ноль «0» с выхода (6 ИЛИ) 36 запретит прохождение импульсов 3f на (3 ДВС) 41, и поэтому выход (2 МП) 39 будет подключен к выходу (2 ПР) 31. На выходе (5 И) 38 будет сформирована логическая единица «1», которая сформирует сигнал «ЗП» в (7 ИЛИ) 42. По этому сигналу в (4 ДВС) 43 сформируется адрес, по которому будет записано значение яркости точки в ОЗУ VI и произойдет смена информации в (2 СР) 20.
N
знак
Y<sub>1</sub>Y<sub>0</sub>
знак
X<sub>1</sub>X<sub>0</sub>
N
знак
Y<sub>1</sub>Y<sub>0</sub>
знак
X<sub>1</sub>X<sub>0</sub>
1
0
00
0
00
33
00
1
00
2
0
01
0
00
34
1
01
1
00
3
0
01
0
01
35
1
01
1
01
3
0
00
0
01
36
1
00
1
01
5
0
00
0
10
37
1
00
1
10
6
0
00
0
11
38
1
00
1
11
7
0
01
0
11
39
1
01
1
10
8
0
01
0
10
40
1
01
1
9
0
10
0
10
41
1
10
1
10
10
0
10
0
11
42
1
10
1
11
11
0
11
0
11
43
1
11
1
11
12
0
11
0
10
44
1
11
1
10
13
0
11
0
01
45
1
11
1
01
14
0
10
0
01
46
1
10
1
01
15
0
10
0
00
47
1
10
1
00
16
0
11
0
00
48
1
11
1
00
17
0
00
1
00
49
1
00
0
00
18
0
01
1
00
50
1
01
0
00
19
0
01
1
01
51
1
01
0
01
20
0
00
1
01
52
1
00
0
01
21
0
00
1
10
53
1
00
0
10
22
0
00
1
11
54
1
00
0
11
23
0
01
1
и
55
1
01
0
11
24
0
01
1
10
56
1
01
0
10
25
0
10
1
10
57
1
10
0
10
26
0
10
1
11
58
1
10
0
11
27
0
11
1
11
59
1
11
0
11
28
0
11
1
10
60
1
11
0
10
29
0
11
1
01
61
1
11
0
01
30
0
10
1
01
62
1
10
0
01
31
0
10
1
00
63
<sup>1</sup>
10
0
00
32
0
11
1
00
64
1
11
0
00