Файл: Системы очувствления и адаптивные промышленные роботы..pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 29.02.2024
Просмотров: 295
Скачиваний: 0
g = |
lg(/n — 1, n — 1), g(m, n — ]), 3 (m + |
1, n — 1), g{ m — 1, n), |
g = |
(m + I, «), g {m — 1, n + 1), g (m, n + |
1), g (m + \, n + 1). |
Выделение гранил, объектов в бинарных изображениях тоже отно сится к дифференциальным способам. Бинарными или двоичными изображениями называют дискретные изображения g t (т, п ), эле менты которых могут принимать только два фиксированных значе ния. Границы объектов в этом случае можно определить по одной из
следующих логических |
схем: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
т, п £ йгр : [gi (т, п) — а\ & [gj (/ft, |
|
п — |
\) = |
b \ J g 1 (т — 1, |
п) = |
|||||||||
|
|
= b \ f g l ( m - :r |
\, п) = |
|
b \ ! g , |
(т, |
/т |
h 1)]; |
|
|||||
|
т, |
п £ а Гр : [gj (т, |
п) = |
а] & [gi (т — 1, |
« — |
1) = |
|
|||||||
= b \ J g 1 {m, |
я — |
l) = |
^ \/g i(m + |
I, |
п — \) = |
Ь \ ' g ^ m — 1, |
«) = |
|||||||
— b \ j g i { m - \ - 1, |
n) = |
b \ j g i ( m — |
1, |
п-\- |
]) = |
6 \/g i(w. я-Ь |
1) = |
|||||||
|
|
|
= ь VSi (лг -Т Г |
я + |
1) = ft], |
|
|
|
||||||
где т, п |
— координаты |
точек |
границы |
(tfrp); |
а, |
b — возможные |
||||||||
значения |
функции g r (m, п). |
|
конкретного |
алгоритма предвари |
||||||||||
Решающее |
влияние на выбор |
тельной обработки оказывают результаты анализа требований, предъ являемых к СТЗ.
Алгоритмы выделения признаков изображений. На этапе пред варительной обработки стремятся создать сжатое описание объекта в выбранной системе признаков, а затем проводится обработка полу ченного образа.
Выбор признаков осуществляется на основе анализа класса объектов, возможностей датчиков изображения по разрешению, требований к скорости обработки. Наиболее используемыми можно считать геометрические (топологические) признаки, к которым отно сятся площадь и периметр изображения, число отверстий, размеры вписанных и описанных относительно изображения фигур, число и расположение углов и т. п. В некоторых случаях наибольшее различие заключается в моментах инерции изображений заданного класса, тогда их выбирают в качестве признаков.
Геометрические признаки инвариантны относительно поворотов изображения в поле зрения. Инвариантность относительно масштаба изображения достигается нормированием по площади или пери метру. Это важное положительное свойство сжатого описания изоб ражений в системе геометрических признаков.
Наиболее просто вычисляется площадь изображения. Ее значе ние можно получить простым подсчетом числа элементов цифрового изображения при сканировании кадра. Инвариантность этого при знака относительно масштаба изображения достигается нормирова нием по значению квадрата периметра. Периметр изображения вычисляется после выделения границ. Следовательно, вычислению периметра предшествует определение краев и линий изображения,
108
из которых затем нужно выделить граничные элементы. Наиболее просто это решается для бинарных цифровых изображений, когда граничные элементы выделяются на перепаде освещенности объекта и фона, т. е. на переходе от силуэта (единицы) к фону (нулю). В случае изображений с несколькими градациями яркости необходимо запо минать элементы контуров, которые выделяются на этом перепаде при любых значениях яркости изображения.
Для вычисления радиусов вписанных и описанных окружностей следует предварительно определить координаты геометрического центра изображения. Если их обозначить через (Х СУ Y c), а через М обозначить множество координат (х, у) элементов цифрового изобра жения, принадлежащих объекту (в отличие от фона), то координаты центра можно выразить как
|
|
|
i |
/ |
где |
функция, принимающая значения 1 или 0: |
|||
|
_ } |
1; |
(»'. /) € м ) |
|
|
" |
10; |
((, |
/ ) Т м ) ’ |
a x ij* Uij — дискретные отсчеты координат в поле цифрового изобра жения.
После определения X L и Y c вычисляются минимальное и макси мальное расстояния (радиусы вписанной и описанной окружностей) до уже выделенных граничных элементов. Нормирование радиусов по корню квадратному из площади или по периметру приводит к инвариантности этих признаков относительно масштаба изобра жения.
Проще определяется длина сторон описанного прямоугольника. При сканировании изображения запоминаются максимальная и минимальная абсциссы /тах и /т1п, на которые в кадре попадает изображение объекта, и ординаты гтах и гт1п. Высота Y и основание X прямоугольника являются соответственно их разностью. Нормиро вание проводится также по квадратному корню из площади или по периметру.
Несколько сложнее найти моменты инерции изображения отно сительно его главных осей инерции. Однако промежуточные резуль таты вычислений могут быть использованы для определения ориен
тации объекта, |
что будет |
показано дальше. |
и / |
2 |
определяются |
Главные моменты инерции изображения |
|||||
через моменты |
инерции |
J x и J y относительно осей |
|
координат ОХ |
и O Y , связанных с полем зрения, а также через смешанный мохмент
109
инерции J xy. Если N |
— общее число элементов изображения объекта |
|||
в поле зрения, f (х> |
у) |
— функция |
распределения освещенности, то |
|
координаты центра тяжести изображения |
||||
|
^ |
= |
Y |
i x t}f(*> у); |
|
|
i |
/ |
|
|
|
= |
/ |
*>• |
|
|
i |
} |
где Хц и y tj — дискретные отсчеты координат на цифровом изобра жении.
Далее по известным значениям Х с и Y с вычисляются моменты инерции изображения относительно координатных осей
j x = |
X e)*f(x, |
//);| |
|
Y cf f < x , |
У) |
*I
исмешанный момент инерции
Jxy = 2 |
S (хц - Хс) (Уц - Y v) (х, у). |
i |
1 |
Теперь можно определить главные |
моменты инерции |
||
л . * |
= |
± У 4 - |
- h f т Пу . |
Эти моменты принимают за отличительные признаки изображе ния объектов. Именно пары J u / 2 несут наибольшую информацию
оразличии объектов заданного класса.
Внекоторых случаях целесообразно в качестве признаков ис пользовать взаимное положение углов в контуре изображения. Такая система признаков наиболее эффективна при бинарных циф
ровых изображениях, поскольку обрабатывается информация о силуэте объекта, а углы, выявленные по перепадам освещенности поверхности объекта, не выделяются. В этом случае известны лишь координаты вершин углов силуэта на общем фоне.
Допустим, что контурные элементы найдены и пронумерованы на предыдущих этапах обработки. Один из алгоритмов основан на последовательной проверке фрагментов контура и оценке их кри визны. Проверяемый элемент является центральным для каждого шага проверки (рис. 4.5). Если кривизна фрагмента больше задан ного порогового значения, то проверяемый элемент относится к уг ловым элементам контура. Однако для определения кривизны не обходимо программно строить дугу, аппроксимирующую точки контура, а затем проводить вычисление радиуса ее кривизны. Эти операции предполагают значительный объем вычислений и замед ляют обработку изображений. Более эффективна, но менее точна
ПО
Рис. 4.5. Последовательность проверки элементов контура при оыдслснми углов
|
|
|
|
|
|
|
|
ЛЧ2(Й) |
{х(к-2), у(К-2)} |
|
оценка, |
основанная |
на |
нахождении |
|
|
|
|
|||
модуля |
разности |
координат |
кон |
|
|
|
|
|||
турных |
элементов с номерами k |
— 2 |
|
|
|
|
||||
и k + 2. |
Кривизна |
заменяется |
не |
|
к +2 |
|
|
|||
которой |
мерой отстояния конечных |
|
|
|
||||||
точек фрагмента друг от друга. |
|
{ х ( к + 2), У (к + г )} |
||||||||
Полученное |
отстояние сравнивается |
|
|
|
|
|||||
с заданным |
пороговым |
значением |
Я, |
и |
по результатам |
проверки |
||||
элемент |
с порядковым |
номером k |
может |
быть отнесен к угловым. |
||||||
Если абсциссы и ординаты контурных |
элементов |
с их |
номерами |
обозначить соответственно х (k ), у (k ), то правило выделения углов можно выразить так:
I \ y ( k г- 2) - у ( к - г 2) I \ x ( k - 2) - x ( k + 2 ) \ < H \ ^ M { k ) £ L y
здесь М (k) — проверяемый на данном шаге элемент контура; L — множество угловых элементов анализируемого контура.
Пороговое значение Н следует выбирать при анализе дискретных изображений объектов заданного класса. Вычисления удобно орга низовать в цикле по переменной /г, причем два первых и два по следних по нумерации элемента необходимо проверять вне цикла, поскольку для них невозможно задать элементы с номерами k — 2 или /г + 2. Если выделены несколько соседних элементов контура в качестве угловых, то оператор селекции должен оставить только один из них углом контура.
По мере выделения угловых элементов контура и их селекции целесообразно присваивать выделенным углам порядковые номера. На следующем этапе обработки, когда формируется система при знаков изображения, нумерация дает возможность последовательно определять эти признаки — отстояния углов друг от друга или их отстояние от заранее вычисленного геометрического центра. В ре зультате будет получен вектор новых значений изображения в услов
ной |
форме |
признаков |
А = (11У /2, |
..., |
/„), где |
1{ — вычисленные |
отстояния, |
а п — число выделенных угловых элементов. Совокуп |
|||||
ность |
таких |
векторов |
А описывает |
все |
объекты |
заданного класса. |
Основные методы идентификации и классификации изображений.
Идентификация объектов в СТЗ чаще всего производится методами сравнения с эталоном. При этом, как правило, СТЗ решают одну из двух задач. Первая задача заключается в получении изображения одного объекта и сравнении со всеми эталонами заданного класса. По совпадению выбирается иаилучший эталон и осуществляется идентификация объекта, а затем при необходимости находятся пара метры его положения и ориентации.
Вторая задача заключается в получении изображения нескольких объектов и поочередном их сравнении с эталоном того объекта, ко торый необходимо выделить. После этого вычисляются его положение и ориентация в рабочей зоне робота.
111