Способ выделения ориентированных элементов изображения

Патент 1059698

Авторы

Иллюстрации

Показать все

Реферат

СПОСОБ ВЫДЕЛЕНИЯ ОРИЕНТИРОВАННЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ИЗОБРАЖЕНИЯ, заключаквдийся в П1х ектировании оптического изобргмсения на матрицу фоточувствительных ячеек, преобразовании его в распределение электрических зарядов путем накопления зарядов в фоточувствительных ячейках и последующем считывании накопленных зарядов, о тличающийся тем, что, с целью уменьшения времени и пов1:Х11ения вероятности правильного выделения ориентированных элементов изображения , проектирование оптического изображения производят на матрицу приборов с переносом заряда, преобразование изображения в распределение электрических зарядов осуществляют не менее чем за два этапа накопления , а между этапами накопления проg изводят сдвиг накопленных зарядов в направлении,совпадающем с выбраним направлением выделения ориентированных элементов. СП со да со оо

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

ЗСЮН 04 Й 3 14 G 06 К 9 46

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OTHPblTMA

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ/

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ вЂ” -""--" (21) 3321782/09 (22) 13 ° 07.81 (46) 07.12.83. Бюл. 9 45 (72) В.M.Aêèìoâ, Б.Л.Мазо и Ф. П. Пресс (53) 621. 397. 331. 2 (088. 8) (56) 1. Бокач М.A. и др. Устройство для оптического чтения и сортировки документов "Бланк-4".Тезисы доклЛЧ

ВСесоюзной конф. "Автоматизация ввода письменных знаков в ЦВМ" КПИ. Каунас, 1977 °

2. Авторское свидетельство СССР

Ю 486712, кл. G 06 К 9/26, 1975 (прототип). (54)(57) СПОСОБ ВЫДЕЛЕНИЯ ОРИЕНТИРОBAHHbK 3JlEMEHT0B ИЗОБРАЖЕНИЯ, заключаЮщийся s проектировании оптического иэображения на матрицу фоточувст

ÄÄSUÄÄ1059698 A вительных ячеек, преобразовании его в распределение электрических зарядов путем накопления зарядов в фоточувствительных ячейках и последующем считывании накопленных зарядов, о т« л и ч а ю шийся тем, что, с целью уменьшения времени и повышения вероятности .правильного выделения ориентированных элементов изображения, проектирование оптического изображения производят на матрицу приборов с переносом заряда, преобразование изображения в распределение электрических зарядов осуществляют не менее чем за два этапа накопле ния, а между этапами накопления производят сдвиг накопленных зарядов в В направлении, совпадающем с выбранным направлением выделения ориентированных элементов.

1059698

Изобретение относится к микро- оптоэлектронике и может быть использовано в устройствах распознавания .образов и в других системах, где требуется проведение анализа опти- ческой информации, основанного на выделении ориентированных элементов изображения с последующим преобразованием их в электрический сигнал.

Известен способ выделения ориентированных элементов изображений методом штрихового анализа, позволякщий выделять вертикальные, горизонтальные и наклонные элементы знака.

В этом случае исходное. изображение преобразуется фотоэлектрическим дат- 1 чиком в видеосигнал, который затем анализируется электронным способомЩ

Недостатки данного способа состоят в низкой достоверности и большом времени выделения ориентированных 20 элементов изображения, что связано с высокой аппаратной сложностью ,устройства распознавания, реализующего укаэанный способ.

Перечисленные недостатки в значи- 25 тельной степени снижаются за счет применения оптических методов анализа изображения.

Наиболее близким к предлагаемому является способ выделения ориенти- 0 рованных элементов изображения, за-. ,ключающийся в проектировании через диафрагму заданной формы и ориентации оптического и=-обрржения на мат-

Рицу фоточувствительных ячеек, пре- 35 образовании его в распределение электрических зарядов путем накопления зарядов в фоточувствительных ячейках и последующем считывании накопленных зарядов. Данный способ используется в устройстве распознавания образов.

Согласно известному способу исходное изображение анализируется с помощью двумерного фильтра, выполнен-4 ного из светонепроницаемой пластины с прозрачной щелью (диафрагмой ) определенной формы. Если в исходном изображении имеются элементы, совпа дающие по своей ориентадии с данной щелью, то соответствующие места на проанализированном изображении в плоскости фотоэлектрического датчика заметно отличаются по освещенности от остальных мест этого же иэображения. B дальнейшем иэображение преобразуется в видеосигнал и поступает на последующие блоки распознава-.. ния $23е

Основные недостатки известного способа связаны со значительными потерями светового потока от исходного изображения (примерно в 10-50 раз) на узкой щелевой диафрагме. Вызванное этим снижение освещенности проанализированного изображения в плоскости фотоэлектрического датчика приводит к пропорциональному уменьшению величины его выходного сигнала, что в конечном итоге ведет к снижению ве-. роятности и увеличению времени выделения ориентированных элементов изображения.

Кроме того, из-за фиксированных размеров щели диафрагмы уменьшается достоверность распознавания элементов иэображения, имеющих отличные от оптимальных для данкой щели размеры (ширину и длину). Использование же сменных щелевых диафрагм, "настроенных" на другие размеры элементов, приводит к увеличению времени выделе- . ния иэображения данной ориентации.

Цель изобретения вЂ” уменьшение времени и повышение вероятности правильного выделения ориентированных элементов изображения.

Укаэанная цель достигается тем, что согласно способу выделения ориентированных элементов изображения, заключающемуся в проектировании оптического иэображения на матрицу фоточувствительных ячеек, преобразовании его в распределение электрических зарядов путем накопления зарядов в фоточувствительных ячейках и последующем считывании накопленных зарядов, проектирование оптического иэображения производят на матрицу приборов с переносом заряда, преобразование изображения в распределение электрических зарядов осуществляют не мене.е чем за два этапа накопления, а между этапами накопления производят сдвиг накопленных зарядов в направлении, совпадающем с выбранным направлением выделения ориентированных элементов.

Согласно предлагаемому способу выделения ориентированных элементов изображения представляется возмож ность производить анализ оптической .информации в одном устройстве вЂ” матрице фоточувствительных ячеек без потерь светового потока, причем вы- ., деление элементов изображения, отличающихся по размерам, производится либо изменением количества этапов накопления зарядов, либо варьированием величины сдвига этих зарядов

ls промежутке между этапами накопления.

Следует отметить, что предлагаем и способ может быть использован в матрицах приборов с переносом заряда, например в приборах с зарядовой связью (ПЗС) с кадровой, строчно-кадровой организацией, а также в матрицах с совмещенными секциями накопления и хранения при освещении их как с фронтальной, так и обратной стороны, имеющих любое число фаз.

1059á98

На фиг.1 показано устройство, реализующее предлагаемый способ вЂ” трехфазная матрица ПЗС с кадровой организацией, в секции накопления которой записана оптическая информация в виде картины зарядов (потенциальных рельефов) иэображения, на фиг.2 эпюры напряжений, иллюстрирующие работу фазы накопления секции накопления матрицы ПЗС в режиме анализа оптического изображения и преобразования его в электрический сигнал.

Устройство состоит из матрицы 1

ПЗС, содержащей выходной узел 2, выходной регистр 3, секцию 4 хранения и секцию 5 накопления, состоящую из множества ячеек б, каждая из которых содержит по три затвора 7-9, подсоединенных соответственно к трем фазам 10-12 импульсных напряжений.

Под затворами 8 матрицы, являющимися 20 накапливающими и соединенными с фазой

11 накопления, записана зарядовая картина, полученная в результате четырех этапов накопления зарядов от иэображения распознаваемого знака (в 25 данном случае буквы A), сформированная за четыре импульса накопления, причем места 13-16 положения зарядов сдвинуты друг относительно друга на одинаковое число ячеек в направлении 30

17 переноса зарядов. Результат анализа изображения предъявленного знака иллюстрирует горизонтальная линия

18, ориентированная в том же направлении. 35

На эпюрах тактовых импульсов (фиг.2) в координатах "время" (С) и

"напряжение" (U) представлен интервал

19 записи оптической информации в секции накопления, состоящий из четы- 40 рех импульсов 20-23 накопления,разделенных между собой тремя пачками

24-26 импульсов сдвига потенциальных рельефов изображения, и интервал 27 переноса накопленной информации из секции накопления в секцию хранения.

Ситуация на фиг.1 соответствует моменту 28 окончания записи изображения в секцию накопления.

Выделение ориентированных определенным образом элементов иэображения -50 производится следующим образом.

Оптическое иэображение знака на интервал 19 записи его в матрицу

1 ПЗС проектируется в одно и тоже место 16 секции 5 накопления. В течение первого импульса 20 накопления, подаваемого на матрицу 1 ПЗС через фазу 11 накопления, формируется первый потенциальный рельеф изображения под накапливающими зат- 60 ворами каждой ячейки б в матрице 1 на месте 16. После окончания первого импульса 20 накопления под действием первой пачки 24 импульсов сдвига, подаваемых поочередно на все фазы 10- 65

12 секции накопления, этот рельеф параллельно переносится на расстояние, определяемое количеством импульсов сдвига в пачке, равное в данном случае длине двух ячеек секции накопления, под другие накапливающие затворы н занимает место 15. Во время второго импульса 21 накопления вновь создаваемый потенциальный рельеф изображения на месте 16 налагается на рельеф, занимающий место

15, полученный за первый импульс 20 накопления. За время второй пачки

25 импульсов сдвига первый потенциальный рельеф сдвигается с места 15 на место 14, а второй рельеф вЂ” с места 16 на место 15, после чего на фазу 11 накопления поступает третий импульс 22 накопления. Эа время его действия формируется третий потенциальный рельеф на месте 16, в результате чего образуется общая картина зарядов, равная сумме трех сдвинутых потенциальных рельефов одного и того же изображения. С окончанием третьего импульса 22 накопления производится параллельный сдвиг полученной картины зарядов за время третьей пачки 26 импульсов сдвига на две ячейки секции накопления, после чего на матрицу подается четвертый импульс 23 накопления, в течение которого создается четвертый потенциальный рельеф изображения на месте

16. В результате этого в секции накопления формируется окончательная картина зарядов, равная сумме четырех потенциальных рельефов (места

13-16) изображения, сдвинутых друг относительно друга на две ячейки секции накопления в направлении 17 переноса зарядов.

Таким образом, если в исходном изображении есть линии, ориентированные параллельно направлению переноса зарядов, то в .результате сложения со сдвигом потенциальных рельефов, полученных за четыре импульса накопления, происходит выделение элементов, ориентированных вдоль этого направления в виде линии 18. В случае проектирования темного иэображения на светлом фоне на линии 18 накопления зарядов не происходит, так как в это место всегда проектировалась темная линия изображения. В других частях секции накопления происходит либо 100%-ное накопление зарядов, если в эти места не ,проектировалась линия иэображения, либо накапливается 75% зарядов, если эа один из импульсов накопления сюда проектировалась линия изображения, либо 503 или 25% зарядов в местах пересечения линиИ различной ориентации, полученных эа два или три импульса накопления соответственно. Густота

1059698 штриховки на изображениях энаха (фиг.1 } обратно пропорциональна числу накопленных фотоприемными ячейками зарядов.

Для негативного иэображения (светлое изображение на темном фоне) результат анализа обратный, т.е. выделяется светлая линия в направлении переноса зарядов в секции накопления.

В течение интервала 27 производится параллельный перенос потенциальных рельефов из секции 5 накопления в секцию 4 хранения, после чего секция накопления готова к восприятию следующего изображения, а из секции хранения накопленная информация построчно 15 передается в выходнои регистр 3, откуда она последовательно считывается через выходной узел 2 во внешние схемы распознавания, содержащие пороговое устройство с уровнем дискрети-,ф зации, обеспечивающим прохождение видеосигнала только от линии анализируемого направления.

В матрицах со строчно-кадровой органиэациеи предлагаемый способ реа-g$ лизуется аналогичным образом. Отличие состоит лишь в том, что после каждого импульса накопления информация параллельно передается из ячеек накопления в боковые регистры переноса, щ сдвигается з них на величину равную, например, длине двух ячеек в ячейки накопления. Таким образом осуществляется сдвиг накопленной информации.

После этого на ячейки накопления по- 35 дается следующий импульс накопления.

Считывание накопленной и проанализированной информации во внешние цепи производят общепринятым для этого типа матриц способом. !

Следует отметить, что наиболее четкое воспроиэ ведение проектируемой линии знака для любой матрицы фотоприемников, в том числе и для матрицы ПЗСр прОисхОДит тОлькО в тОм 45 случае, если проектируемая линия закрывает по меньшей мере две фотоприемные ячеики. Тогда при любом расположении линии относительно ячеек по крайней мере одна из них (в направлении ширины .линии) полностью перекрыта проектируемой линией. Если же ширина линии равна размеру фотоприемной ячейки или меньше его, то возможен случай, когда линия спроектируется не на одну, а частично на две соседние фотоприемные ячейки.

Это приводит к уменьшению отношения сигнал/шум вдвое, что в конечном итоге повышает вероятность "пропуска цели". Наилучший результат анализа получается при сдвиге потенциальных рельефов во время действия импульсов сдвига пачек 24-26 на оптимальную величину, равную длине двух ячеек секции накопления матрицы 1I3C. 65

Как при меньшем, так и при большем сдвиге вероятность правильного распознавания уменьшается.

Эффект выделения ориентированных эЛементов в изображении проявляется при записи информации минимум за два этапа накопления. С принципиальной точки зрения ограничений сверху на число этапов накопления нет. Чем их больше, тем лучше происходит отделение ориентированных элементов анализируемого направления от элементов с малым угловым расстоянием от него, т.е. сужается диаграмма направленности (угол ) анализа. Однако в каждом конкретном случае, тем более при известном отношении максимальной ширины анализируемого элемента к его минимальной длине число этапов накопления выбирают таким образом, чтобы обеспечить неЬбходимое превышение полезного сигнала, полученного от элементов анализируемого направления, над паразитным сигналом от элементов других направлений, достаточное для четкого срабатывания порогового устройства. Так, например, для распознавания письменных знаков { букв и цифр) количество этапов накопления должно быть не менее четырех для уменьшения вероятности появления параэитных сигналов от мест пересечения элементов знака и наложения различных элементов друг на друга, расположенных в отличном направлении от анализируемого. Максимальное же число импульсов накопления ограничивается величиной пробела между знаками..

По сравнению с известными предлагаемое изобретение позволяет расширить функциональные воэможности матриц с переносом заряда посредством проведения одновременно с преобразованием оптической информации в электрическии сигнал и ее анализ с целью выделения линий в изображении, ориентированных параллельно направлению сдвига зарядов в матрице.

В известных способах для целей подобного анализа изображений необходимо использование дополнительного устройства - анализатора изображений, который усложняет конструкцию всего устройства, уменьшает освещенность спроектированного. иа матрицу иэображения в 10-50 раэ и ухудшает его контрастность. Использование предлагаемого способа позволяет исключить из схемы устройства анализатор изображений и, следовательно, повысить освещенность спроектированного на матрицу иэображения и его контрастность. Это дает воэможность уменьшить общее время анализа каждого оптического изображения, что приводит к увеличению производительности всей сис1 059698

Составитель В. Максимова

Редактор М..Рачкулииец Техред М.Надь Корректор A.tlosx

Заказ 9859/59 Тираж 677 . Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская иаб., д.4/5

Филиал ППП "Патент", г.ужгород, ул.Проектная, 4 темы- распознавания. Таким образом, применение предлагаемого способа выделения ориентированных элементов иэображения позволяет выполнять с более высокой вероятностью правильно го выделения такой же объем работы, какой выполняли бы несколько одновременно работающих устройств распознавания, использующих известные спосебы выделения.