Способ измерения площадей фигур

Способ измерения площадей фигур

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

О П И С А Н И Е 3864I3

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Зависимое от авт. свидетельства №

Заявлено 24.VI.1971 (№ 1672928/18-24) с присоединением заявки №

Приоритет

Опубликовано 14.VI,1973. Бюллетень № 26

Дата опубликования описания 23.Х.1973

М. Кл. G 06k 9/16

УДК 681.329.19(088.8) Авторы изобретения

В. П. Авдеев, И. С. Горьян и В. С. Нощенко

Заявитель

СПОСОб ИЗМЕРЕНИЯ ПЛОШАДЕЙ ФИГУР

Изобретение относится к области автоматики и вычислительной техники.

Известны способы измерения площадей фигур, основанные на фотоэлектрическом преобразовании и накоплении полученного сигнала, пропорционального площади измеряемой фигуры.

Однако известные способы не позволяют измерять площади фигур, имеющих сложную геометрическую форму, так как дают большую погрешность, которая зависит от степени сложности фигур и их ориентации.

Предлагается способ измерения площадей фигур, при котором, с целью устранения зависимости результата измерения от формы и ориентации фигур, многократно перезаписывают видеосигнал с памяти одного промежуточного носителя в память другого промежуточного носителя, меняя каждый раз направление считывания так, что после каждой перезаписи в память промежуточного носителя записывают видеосигнал не только от той части фигуры, которая была выделена в предыдущем кадре одним из известных методов, но и видеосигнал от новых ее частей, выделенных благодаря считыванию в другом направлении. Направления считывания меняют до тех пор, пока не выделят видеосигнал от всей измеряемой фигуры с заданной точностью, после чего этот видеосигнал измеряют и градуируют в единицах площади.

На фиг. 1 изображена функциональная схема осуществления предлагаемого способа, где

5 1 — фотоэлектронный преобразователь; 2— устройство управления; 8 — первый промежуточный носитель; 4 — синхрогенератор; б— устройство селекции и формирования; б— решающее устройство; 7 — устройство за10 держки; 8 — устройство сравнения; 9 — измерительное устройство; 10 — второй промежуточный носитель.

На фиг. 2 схематически изображена прост15 ранственная апертура, при этом приняты следующие обозначения: х 1 — незадержанный сигнал; х, х;,,,11 i 1, х l,j+l, х,,,

На фиг. 3 представлена эпюра фигуры, площадь которой измеряется. При этом стрелками Х и Y указано начальное направление раз30 вертки.

386413

Точки а, b, с, а, е, f, g, h, К l, т, и фигуры обозначают фиксироваш.ые моменты считывания; s и Т вЂ” точки максимума и минимума функции, описывающей границу фигуры, между когорыми определяют число строк.

На фиг. 4 приведена эшора фигуры, записанной в памяти второго промежуточного носителя после считывания первого кадра. При этом приняты следующие обозначения: Л— область, записанная в память второго промежуточного носителя видеосигналом уровня

Up., — область, записанная в память второго промежуточного носителя видеосигналом уровня U>.

Видеосигнал одного кадра с прсобразователя 1 через управляющее устройство 2 записывают в память первого промежуточного носителя 8, способного работать как в режиме записи видеосигнала, так и B режиме считывания. Направление записи и считывания переключают каждый кадр устройством управления 2, которым управляют синхронизирующими импульсами синхрогенератора 4, Записанный в памяти промежуточного носителя видеосигнал считывают во втором кадре в направлении, например, обратном направлению записи и через устройство управления 2 подают на схему 5 формирования и селекции, где его квантуют на два уровня (О и 1) и подают па решающее устройство б. Затем путем сравнения задержанных и незадержанных сигналов формируют видеосигнал уровнем

Up от связных областей измеряемой фигуры, а сигнал от других фигур формируют уровнем

U>. Эти сигналы подают одновременно на устройство задержки 7 и устройство сравнения

8, через устройство управления 2 на измеритсльнос устройство 9 и на запись в память второго промежуточного носителя 10.

В память второго промежуточного носителя будет записан уровнем Up видеосигнал от некоторой части фигуры, выделенной при данном направлении считывания с памяти первого промежуточного носителя, и уровнем U видеосигнал от невыделенной части фигуры и других фигур, находящихся в кадре.

В следующем кадре направление считывания изменяют, и видеосигнал через устройст"о управления 2 подают на устройство 5 формирования и селекции, в котором сигнал селектируют и формируют на уровни У и У .

Сформированный видеосигнал подают на решающее устройство б, с последнего видеосигнал подают вновь па устройство задержки 7, чсрсз устройство управления 2 — на запись в памчть первого промежуточного носителя (куда в данном кадре будет записан уровнем Up видеосигнал от ранее выделенной части измеряемой фигуры и видеосигнал от новых частей той же фигуры, выделенных благодаря другому направлению считывания; видеосигнал от невыделенной части фигуры и других фигур записан уровнем U< и т. д.): па устройство сравнения 8, через устройство управления 2— па измерительное устройство 9. Таким образом, в результате каждого последующего считывания выделяются все новыс и новые части слож фигуры, а так как число частей, на которые можно разбить фигуру определенным образом, конечно, то в результате конечного числа перезаписей, фигура выделится полностью, В устройстве сравнения 8 сравнивают показания двух считываний. Если разность показаний не превосходит заданной величины 6 (это будет тогда, когда фигуру выделят полностью), то в следующем цикле считывания включают измерительное устройство и переключают Bëãoðèòì работы решающего уст>5 ройства так, что вместо уровня Up rra запись в память промежуточного носителя подают О (т. е, производят стирание измеренной фигуры). Если разность показаний больше о, то показания предыдущего считывания сбрасы2о в ают.

Использование двух видиконов, работающих поочередно то в режиме записи, то в режиме воспроизведения, позволяет выполнить задержку. видеосигнала па время, равное дли25 тельности кадра. Элементы пространственной апертуры совместно с решающим устройством выделяют логическим путем видеосигнал от связной области.

С помощью решающего устройства б по за3О данному алгоритму выделяют из полного видеосигнала, поступающего па его вход, видеосигнал от всей измеряемой фигуры.

Алгоритм работы решающего устройства.

35 Пусть x — выходной сигнал решающего устройства и пусть отсутствует сигнал со схемы сравнения, то:

1) если х;, — О, то х=О;

40 2) если хр,,— 1 и ху i, j q — х;

:х I, l — -х,, 1:.О, то х:1;

3) если впервые выполняется условие: хг, j хг, j $ 1 и хс-, j — $ х -$ j.- =

=х;,;=О, то х=У,;

4) если условие 3 выполняется второй и т. д. раз, то x=U,; о) еслихг, —— 1иxi,; IVx;,j \/ /х >, j3/x; >, j > — 1 у U„TQ X: Уо;

6) если х; j —.1 их,j i — U, иприэтом (xi — i, j-I/y x< i, j/ х — I, j, i) = О /У, то

55 Х У

7) если xi, j — У„то х = U„;

8) если х,, — U> и х; $, j $ /х;, j \/

\/х;,>. =У„то Х=У,;

9) если х;,, =.У, и (х; т,; /х <, у\/

g xi т,, ) = О,/ У„то х = U, Если на управляющее устройство поступил сигпал со схемы сравнения, то вместо п. 7 следует:

65 10) если х,,=Up, то х=О.

386413

В качестве устройства сравнения 8 может быть использован реверсивный счетчик с пороговым устройством. Пороговым устройством выделяют видеосигнал уровня Утт, а реверсивный счетчик работает один кадр в режиме сложения, другой кадр — в режиме вычитания, В качестве измерительного устройства может быть использован любой измерительный прибор.

В качестве примера рассмотрим измерение площади фигуры, эпюра которой представлена на фиг. 3.

В результате фотоэлектрического преобразования и построчного сканирования одного кадра полученный видеосигнал, содержащий полную информацию о фигуре, через устройство управления 2 записывают в память промежуточного носителя 8, после чего система готова для измерения площади фигуры.

Пусть считывание производят слева направо и сверху вниз. При считывании фона видеосигнал имеет нулевой уровень и, следовательно, согласно условию 1 алгоритма работы решающего устройства в память второго промежуточного носителя 10 записывают видеосигнал, соответствующий уровню О. При считывании точки а фигуры (считывают по линии а — f) размах видеосигнала не равен нулю, следовательно, если он превышает некоторый порог, при помощи устройства 5 формируют единицу. Таким образом, в момент времени ln соответствующий считыванию точки а измеряемой фигуры, на вход решающего устройства б подают единицу, на все остальные входы решающего устройства— нули, поэтому выполняется условие и. 2 алгоритма и сигнал на выходе решающего устройства равен единице.

В момент 1, отстоящий от lI на время, равное длительности элемента разложения т, считывастся точка в фигуры и поэтому сигнал х;,, равен единице.

Сигнал х;; <, поступающий на другой вход решающего устройства, также равен единице за счет задержки на время т„на остальных входах — нули, следовательно, выполняется условие п. 3 алгоритма и сигнал на выходе решающего устройства формируют уровнем

UI. Это означает, что считывается какая-то фигура.

При считывании других точек фигуры, находящихся на отрезке а — с, всегда выполняется условие п. 5 алгоритма и поэтому на запись в память второго промежуточного носителя от участка в — с фигуры подают ви деосигнал уровнем Ue. На участке с — d выполняется условие п. 1 алгоритма и, следовательно, участок с — d, не принадлежащий фигуре, будет записан уровнем О. При считывании точки d, принадлежащей фигуре, в память второго промежуточного носителя будет записан видеосигнал (выполняется условие п. 2 алгоритма), при считывании точки е, отстоящей от точки d на расстояние одного растрового элемента, будет вновь выполняться условие

15 г0

45 п. 3 алгоритма, но согласно п. 4 на выходе решающего устройства формируют видеосигнал уровнем UI. Это естественно, т, к. априори неизвестно, принадлежит ли участок d — f измеряемой фигуре или нет.

Решение вопроса о принадлежности участка d — f измеряемой фигуре откладывается до установления связности точек участка d — f c теми точками фигуры, связность которых установлена при считывании первого кадра в определенном направлении. Очевидно, что при неизменном направлении считывания связность указанных участков можно установить только при наличии большого объема памяти; объем памяти будет зависеть от числа строк, укладывающихся между точками S u

Т, но так как это число зависит от формы фигуры, то, следовательно, решение вопроса связности в общем случае практически неосуществимо.

При наличии системы перезаписи и возможности изменения направлений считывания связттость, как будет показано ниже, устанавливается естественным путем, за счет задержки видеосигнала.

Таким образом, в памяти второго проме>куточного носителя участок е — f будет записан видеосигналом уровня Уь Если в поле зрения телевизионной установки кроме измеряемой фигуры находятся еще и другие фигуры, то они тоже будут записаны видеосигналом уровня U|. При считывании точки д и других точек линии д — h фигуры выполняется условие и. 5 алгоритма и таким образом, за счет задержт<и на время Т,— т, или 7,, плп T,+т, мстаттавливатот связность точек участка в — с и участка g — h измеряемой фигуры следовательно, участок g — h будет записан видеосигпалом уровня Uo а участок к — l — уровня U,.

На участке т — а выполняется условие п. 5 алгоритма и, слечовательно, он будет запиcBII в память промежуточного носителя видеосигналом уровня U> и т. д.

В результате считывания полного кадра площадь А измеряемой фигуры будет записана в памяти второго промежуточного носителя видеосигналом уровня У>. площадь В и другие части — видеосигналом уровня Уь

Затем переключают режим работы промежуточных носителей (первый промежуточный носитель работает в режиме записи, второй— воспроизведения), направление разверток (например, па обратное, т. е. справа налево, снизу вверх) и переключают устройство формирования и селекции так, что считываемый видеосигнат подают на селектор, который формиоует вттовь сигнал уровня Up или U) (компенсируя потери поеобразоваппя).

Если теперь вначале считывают части фигуры, соответствующие уровню U, то выполняется условие и. 9 алгоритма и па запись в память первого промежуточного носителя подают видеосигнал уровня UI и так далее до тех пор, пока не начнут считывать часть, ра386413 нее помеченную уровнем видеосигнала Uo (например, точка О).

С этого момента при считывании точек площади А выполняется условие п. 7 алгоритма и на запись подаюг видеосигнал от площади А уровнем U<.

При выполнении условия п. 8, т. е. при считывании границы участков А и В, решающая схема формирует видеосигнал уровня Uo (т. е. опять за счет задержки на время Тс окончательно решают вопрос о связности областей А и В и, таким образом, после считывания второго кадра в памяти первого промежуточного носителя вся фигура будет записана уровнем Uo видеосигнала). Затем сравнивают результаты двух считываний в устройстве сравнения 8, и так как А+В)А, то вновь переключают режимы работы промежуточных носителей и направление разверток; при последующем считывании убеждаются в равенстве двух последних считываний и переходят к измерению площади фигуры с одновременным стиранием ее (выполнение условия п. 10 алгоритма).

Погрешность измерения предлагаемым способом в основном определяется устройством перезаписи. Очевидно, что с ростом числа перезаписей погрешность измерения площади будет расти. Но, как показывает анализ, площади частей, наиболее часто встречающихся в практике, могут быть измерены максимум через четыре перезаписи. Однако требование высокой точности измерений накладывает соответствующие требования на систему перезаписи с точки зрения погрешности.

5 Кроме того, существует ряд известных методов уменьшения систематических погрешностей (например, введение поправок), описание которых выходит за рамки данного изобретения.

Предмет изобретения

Способ измерения площадей фигур путем сканирования и построчного разложения изображения, формирования амплитуды получен15 ного видеосигнала, построчного суммирования видеосигналов от измеряемой фигуры за время кадра, отличающийся тем, что, с целью устранения зависимости результата измерения от формы и ориентации фигур, после ска20 нирования каждого кадра изменяют направление сканирования, выделяют сигнал начала сканирования фигуры, задерживают его на время длительности строки и на время длительности элемента разложения, затем

25 сравнивают исходный и задержанный видеосигналы, нормируют полученный сигнал по амплитуде, суммируют его с полученным ранее видеосигналом и измеряют результирующий сигнал, затем все указанные операции

30 повторяют до тех пор, пока суммарный сигнал не перестанет увеличиваться.

386413

Фиг, ф

Редактор Б. Нанкнна

Техред Л, Богданова Корректор В Федулова

Типография, пр. Сапунова, 2

Заказ 2822/11 Изд. № 1675 Тираж (;47 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

Москва, К-35, Раушская наб., д. 4/5