ЦИФРОВЙ ВИДЕОФИЛЬТР И ОБРАБОТКА ИЗОБРАЖЕНИЙ

1. Устройство для цифровой видеофильтрации последовательности сигналов входных пикселей растрового изображения, каждый из которых содержит упорядоченное множество n значений, полученных от видеокамеры или датчиков и обеспечивающих n-значную цветовую синхронизацию пикселя, содержащее
a) средства для цифровой видеосинхронизации и выбора момента времени, выполняющие синхронизацию относительно заголовка битового потока входных цифровых видеоданных, а также выбор момента времени и управление цифровым сигналом, необходимым для идентификации каждого цвета из n-значного множества основных цветов и позиции каждого основного цвета в течение выбора момента времени пикселя;
цифровой фильтр основных цветов, соединенный для приема интенсивностей n-значной последовательности входных растровых основных сигналов и установления соответствия каждой из интенсивностей n основных цветов с соответствующим адресом памяти, каждый из которых имеет
соответствующий адрес памяти в заданном диапазоне адресов памяти, идентифицирующем каждый основной цвет n-значного входного сигнала цветного объекта, идентификационный номер основного цвета группы цветов, принадлежащих объекту, и идентификационный номер группы цветного объекта;
причем каждый адрес памяти идентифицирует основные цвета цветного объекта в группе цветов, принадлежащих объекту, и в различных группах цветных объектов;
b) цифровой фильтр цвета спектра, соединенный для приема идентификационного номера основного цвета цветного объекта группы цветов, принадлежащих цветному объекту, в виде входных данных для адресов памяти, каждый из которых имеет:
соответствующий адрес памяти в заданном диапазоне адресов памяти, идентифицирующем каждый цвет из n-значных входных данных цветного объекта, идентификационный номер цвета группы цветов, принадлежащих объекту, идентификационный номер группы цветного объекта, и цветную идентифицирующую метку, используемую с возможностью обнаружения цвета в пределах спектра цветов;
причем каждый адрес памяти использован с возможностью идентификации каждого цвета цветного объекта в спектре цветов в группе цветов, принадлежащих объекту, и различных группах цветных объектов.
2. Устройство по п.1, в котором аппаратный блок на основе сдвигового регистра соединен с выходом цифрового спектрового фильтра и выполнен с возможностью установления отсутствия n пикселей в строке кадра, где n - произвольное число, выбранное для определения шага пикселей между двумя объектами одного цвета или разных цветов, причем:
a) сдвиговый регистр выполнен с возможностью введения в него числа n при каждом распознавании идентифицирующей метки пикселя из устройства вывода данных памяти спектра цветов;
n - произвольное число, обозначающее число последовательных нераспознанных пикселей в строке, следующих за меткой распознавания последнего пикселя; причем
n в сдвиговом регистре уменьшено на единицу в каждый последовательный момент времени, при котором метка распознавания пикселя не найдена;
b) сдвиговый регистр выполнен с возможностью выдачи, в конце подсчета n, сигнала об интервале, свидетельствующего об отсутствии n пикселей в строке;
a) пиксельный процессор выполнен с возможностью изменения этой информации об интервале в идентифицирующие данные последнего распознанного пикселя, которые записаны в память видеоданных обратного магазинного типа;
b) интервал - это отсутствие пикселя конкретного цвета в строке в отношении пикселя другого цвета или пикселя того же самого цвета в той же самой строке;
с) интервал - это отсутствие пикселя конкретного цвета в строке в отношении пикселя другого конкретного цвета или пикселя того же самого цвета в той же самой строке.
3. Распределенный процессор, состоящий из горизонтальных и вертикальных подпроцессоров, расположенных относительно друг друга в препроцессорно-постпроцессорной конфигурации в синхронизированной во времени архитектуре с иерархическими функциями, и памятей обратного магазинного типа, выполненных с возможностью соединения одного процессора с другим с передачей полуобработанных данных от одного процессора другому;
а) распределенный процессор выполнен с возможностью непрерывной обработки данных, полученных от цифрового фильтра и возможностью преобразования этих данных в координатые положение, скорость и ускорение цветных объектов, имеющих шесть степеней свободы, и содержит:
фильторный процессор;
память видеоданных обратного магазинного типа;
процессор для идентификации группы пикселей;
память обратного магазинного типа идентификатора группы;
процессор координат Х и Y;
память обратного магазинного типа Х (строка) и Y(столбец) координат средней точки;
процессор изменения во времени;
процессор для идентификации объекта;
датчик перемещения и вращения;
оперативное запоминающее устройство измерения векторных перемещений;
память обратного магазинного типа отслеживания движения;
процессор для отслеживания движения;
b) отдельные процессоры выполнены с возможностью синхронизации с видеокадрами, в которых задачи каждого процессора синхронизированы с началом кадра, а каждая задача должна быть закончена до окончания того же самого кадра;
c) функциональные задачи подпроцессора развернуты в вертикальном направлении, в котором задачи каждого процессора сведены к минимуму;
d) функциональные задачи подпроцессора развернуты в горизонтальном направлении так, что каждым процессором могут быть выполнены одни и те же функции с различными элементами данных в течение времени кадра;
e) синхронизация кадра выполнена с возможностью управления потоком данных так, что данные каждого процессора могут быть переданы с перемежением на основе поэлементного хронометража внутри кадра.
4. Устройство по п.3, в котором фильторный процессор, соединенный с фильтром цветового спектра, выполнен с возможностью считывания информации о пикселе из памяти цветового спектра при каждом появлении метки распознавания пикселя на выходе фильтра цветового спектра, свидетельствующей о распознавании цвета пикселя в ходе выбора момента времени этого пикселя, и возможностью передачи памяти видеоданных обратного магазинного типа следующих данных:
а) отфильтрованных данных цветного пикселя;
- идентификационного номера спектра цветного объекта;
- номера группы (цветов), принадлежащей объекту;
b) количества строк кадра в конце строки от счетчика строк видеокадра;
c) количества столбцов от счетчика столбцов видеокадра в конце столбцов (конец кадра);
d) определенного интервала между пикселями;
е) изменения очередности памяти видеоданных обратного магазинного типа от А к В и от В к А при записи фильторным процессором и считывании процессором для распознавания пикселей.
5. Устройство по любому из пп.1-4, в котором процессор для идентификации группы пикселей выполнен с возможностью упорядочения и разделения цветов полученных пикселей на основе их цвета, идентификации группы цветов и адреса координаты х (строки), на которой пиксели распознаны в ходе фильтрации, вместе с другими статистическими данными пикселей для следующей ступени обработки, способом согласно которому:
a) проверяют наличие нового пикселя от памяти видеоданных обратного магазинного типа (этап (102));
b) считывают и сохраняют координату х первого пикселя наряду с номером цвета и номером группы от памяти видеоданных обратного магазинного типа (этап (102));
c) считывают и сохраняют координату х второго пикселя наряду с номером цвета и номером группы от памяти видеоданных обратного магазинного типа (этап (104));
d) если оба пикселя одного цвета, то переходят от выполнения этапа (105) к выполнению этапа (106), согласно которому:
- прибавляют количество пикселей одного цвета в строке, которые находятся в пределах группы;
- сохраняют наименьшую и наибольшую координаты х в строке;
- отбрасывают (удаляют) промежуточные координаты х;
- переходят к выполнению этапа 104.
e) если на этапе (105) пиксели разного цвета, то переходят к выполнению этапа (107);
f) если на этапе (107) пиксель принадлежит к той же самой группе цветов, то переходят к этапу (104);
g) если на этапе (107) цвет не принадлежит к той же самой группе, то в память обратного магазинного типа идентификатора группы записывают следующую информацию:
- общее количество всех пикселей группы цветов, обнаруженных в строке;
- координату х средней точки группы цветов, обнаруженных в строке;
- начало и конец адреса координат группы цветов, принадлежащих к группе и заканчивающихся меткой интервала;
- обнаружение начала и конца цветных пикселей одного цвета до необнаружения, интервала;
- номер столбца цветов, обнаруженных в строке;
- переход к этапу 109;
h) проверяют наличие метки интервала (этап (109)), при отсутствии интервала создают сообщение ошибки и переходят к этапу (104);
i) при наличии промежутка (этап (109)) переходят к этапу (111);
j) проверяют (этап (111)) наличие пустого сигнала памяти видеоданных обратного магазинного типа и при его отсутствии переходят к этапу (102);
k) если на этапе (111) память видеоданных обратного пуста, переходят к этапу (113);
l) на этапе (113) записывают данные следующего кадра из памяти обратного магазинного типа идентификатора группы А в буфер В, а также считывают данные процессора следующей ступени из буфера В в буфер А, после чего переходят к этапу (102).
6. Устройство по п.3, в котором процессор для координат х (строка) и у (столбец) средней точки соединен с памятью обратного магазинного типа идентификатора группы и выполнен с возможностью упорядочения и распознавания координат Х и Y средней точки объекта, причем
способ его работы основан на начальной проверке равенства двух координат средней точки, и, в случае их равенства, определении количества столбцов, в которых они отделены; отсутствие цветоделения предполагает наличие того же самого объекта, в противном случае - это новый обнаруженный объект; указанный способ включает
a) выполнение этапа (131), согласно которому считывают для сравнения первые вводимые данные средних точек в направлении оси х, начиная с адреса первой координаты в памяти обратного магазинного типа идентификатора группы;
b) выполнение этапа (132), согласно которому считывают следующие вводимые данные из памяти обратного магазинного типа идентификатора группы и переносят вторую среднюю точку на +/-"n", где "n" обозначает разделение и шаг двух координат средней точки в направлении оси х от одного столбца до другого;
c) выполнение этапа (133), согласно которому сравнивают близость двух х координат средней точки, начиная с первого адреса "n" координаты по оси х;
d) выполнение этапа (133), согласно которому, если две координаты х средней точки равны, то переходят к выполнению операции (134);
e) выполнение этапа (133), согласно которому, если два значения координаты не равны, то переходят к этапу (137), продолжая поиск в диапазоне +/-n;
f) выполнение этапа (137), согласно которому увеличивают х на единицу и переходят к этапу (138);
g) выполнение этапа (138), согласно которому, если координата х не является конечной в диапазоне поиска, то переходят к этапу (133);
- выполнение этапа (138), согласно которому при отсутствии в конце поиска двух координат х в одном и том же диапазоне, говорят о принадлежности второй координаты новому объекту и переходят к этапу (139);
h) выполнение этапа (134), согласно которому проверяют равенство расстояния между двумя х средними точками значению "m", где "m" - число интервалов между столбцами, и в положительном случае, переходят к этапу (136);
i) выполнение этапа (134), согласно которому при отсутствии равенства расстояния между двумя координатами средней точки значению "m", говорят о принадлежности координат одному и тому же объекту и переходят к этапу (135);
j) выполнение этапа (135), согласно которому предполагают, что координата принадлежит одному и тому же объекту в близко расположенных столбцах и производят следующие действия:
- сохраняют наименьшую и наибольшую координаты х для дальнейшего вычисления координаты х средней точки в следующих столбцах;
- сохраняют первый и последний столбец, в котором они найдены;
- переходят к этапу (132);
k) выполнение этапа (136), согласно которому проверяют наличие пустого сигнала памяти обратного магазинного типа;
l) выполнение этапа (136), согласно которому, если память обратного магазинного типа не пуста, то переходят к этапу (131), в противном случае, меняют память обратного магазинного типа координат х и y А на В для записи следующего кадра и считывания следующим процессором из В в А, и переходят к этапу (131);
m) выполняют этап (139), согласно которому:
- вычисляют х и y координаты средней точки;
- суммируют все пиксели одной и той же группы, найденные в разных строках;
- записывают второе показание в память обратного магазинного типа идентификатора группы;
- возвращаются к этапу (131).
7. Устройство по п.3, в котором процессор для идентификации объекта, связанный с памятью обратного магазинного типа координат х и y, выполнен с возможностью идентификации объектов на основе их появления или исчезновения в адресе координат средней точки в новом кадре, связанном со строкой (х) и столбцом (у), и сравнения старых координат в старом кадре с новыми координатами в новом кадре, способом, который включает в себя следующие операции (номера соответствуют позициям Фиг.8):
a) выполнение этапа (150), согласно которому считывают координаты х и y средней точки предыдущего кадра из памяти обратного магазинного типа А или В, и х и y координаты средней точки нового кадра из памяти обратного магазинного типа В или А;
b) задают у координаты новой средней точки y-m, где "m" обозначает номер столбцов, в которых два объекта считаются разделенными;
c) задают х координаты новой средней точки х-n, где "n" обозначает номер пикселей, в которых два объекта считаются разделенными;
d) выполняют этап (152), согласно которому определяют соответствие между старой (предыдущей) координатой у и любой из новых координат в диапазоне "m", и в случае их равенства переходят к этапу (155), в противном случае переходят к этапу (153);
e) выполняют этап (155), согласно которому определяют соответствие между старой (предыдущей) координатой х и любой из новых х координат в диапазоне +/-n и в случае их равенства переходят к этапу (158), в противном случае переходят к этапу (156);
f) выполняют этап (158) согласно которому:
- записывают координаты объектов наряду с меткой того же самого объекта в память обратного магазинного типа отслеживания движения;
- выполняют обратную запись следующих х и y координат в новую память обратного магазинного типа;
- переходят к этапу (163);
g) выполняют этап (163), и если он не представляет собой конец метки кадра, повторяют шаги а) до конца кадра, если же он представляет собой конец кадра, то возвращаются к этапу (150), в противном случае ожидают нового кадра и переходят к этапу (150);
h) выполняют этап (154), и если новую координату y не удается найти, что указывает на меньший новый адрес y, вследствие появления нового объекта, выполняют следующее:
- записывают координаты нового объекта наряду с его меткой в память обратного магазинного типа следующей ступени;
- сохраняют координаты y и х средней точки старого кадра;
- считывают координаты х и y средней точки нового кадра;
- задают координату у новой средней точки y-m, и х координату новой средней точки х-n, и переходят к выполнению этапа (152);
i) выполняют этап (157), и если новую координату х не удается найти, что указывает на больший адрес новых координат х и y по сравнению со старыми и исчезновение объекта с экрана, выполняют следующее:
записывают метку исчезновения старого объекта в память обратного магазинного типа следующей ступени;
сохраняют y и х координаты средней точки нового кадра;
считывают y и х координаты средней точки старого кадра;
задают координату у новой средней точки y-m, и х координату новой средней точки х-n, и переходят к этапу (152).
8. Устройство по п.3, в котором процессор перемещения и вращения, связанный с памятью обратного магазинного типа х и y координат, выполнен с возможностью измерения углов вращения и расстояний по оси z перемещающегося цветного объекта с шестью степенями свободы на основании количества цветов отдельных пикселей способом, согласно которому:
а) задают общую область каждого цвета, т.е. общее количество пикселей одного цвета, в виде адреса памяти, при этом данные памяти представляют собой записанные заранее мгновенные угловые положения движущегося объекта, зарегистрированные во время калибровки;
- выполняют с помощью цветных областей многоцветных трехмерных объектов, перемещающихся в трехмерном пространстве, мгновенное измерение расстояний в направлении z, а также параметров вращения объекта с шестью степенями свободы;
- многоцветные объекты, перемещающиеся в трехмерном пространстве, при обнаружении камерой регистрируют уникальную сигнатуру областей разного цвета в каждом кадре, причем области каждого цвета всех цветов в группе предопределенных цветов отображают единственно возможные углы мгновенного вращения в трехмерном пространстве, а общие области различных цветов отображают мгновенное значение расстояния в направлении оси z;
- организуют во время калибровки эмпирическое детектирование движения объекта в режиме реального времени на основе экспозиции цвета цветного подвергания камере, а также площади всех цветов и соответствующие номера цветов в виде адреса памяти и записывают с возможностью получения мгновенных значений;
b) калибровка параметров движения в направлении оси z и трех мгновенных значений углового движения представляет собой результат эмпирического измерения области каждого цвета и регистрации известных значений векторов движения в памяти с адресацией номера цвета каждой группы и выявленной области каждого соответствующего цвета;
- записывают мгновенное опорное значение z и вектора вращения вокруг осей х, y и z в памяти, адрес которой представляет собой область каждого конкретного цвета и присвоенные номера обнаруженных цветов;
c) если параметры вращения малы, то аппроксимируют изменение движения в направлении z с помощью отношений обнаруженных ранее и в настоящий момент значений общих областей (общей площади) соответствующего цвета;
d) передают упомянутую выше информацию в память обратного магазинного типа для отслеживания движения.
9. Устройство по п.3, в котором измерение вектора расстояния, скоростей и ускорения выполнено из кадра в кадр следующим образом:
а) векторные скорости получены путем деления разности измерений векторов в двух кадрах на прошедшее время;
b) векторные ускорения выведены из расчетных скоростей, полученных при выполнении предыдущей операции, деленных на прошедшее время;
- прошедшее время измерено между обнаружениями средних точек одного и того же объекта в двух кадрах.
10. Устройство по п.3, в котором распределенная архитектура процессора выполнена с возможностью игнорирования времени обработки номеров следующим образом:
a) отдельные процессоры состоят из конечной машины, основанной на памяти, в которой процесс обработки занимает один тактовый интервал, игнорируя тактовые сигналы, необходимые для выборки команд из памяти обычного центрального процессора, содержащего декодирующие команды и адреса указателей возрастания или убывания;
b) памяти обратного магазинного типа использованы только в качестве хранилища данных, в котором существует только один адрес, считываемый конечной машиной, и только один адрес для записи.