УСТРОЙСТВО ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДЛИНЫ И ШИРИНЫ ОБЪЕКТА

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 α (от 1 до 179° с шагом 1°);
- Нахождение длин проекций повернутых точек на оси Х и Y для каждого угла поворота α;
- Вычисление площади описанного вокруг объекта прямоугольника для каждого угла поворота α;
- 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 α. 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 α 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 α 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 α.
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.