Порівняння двомірних зображень об’єктів за формою їх контур
Пропонується алгоритм порівняння двомірних зображень об’єктів за формою їх контурів. Алгоритм застосований в інтелектуальній відеокамері ІВК-1, створеній в Інституті кібернетики імені В.М. Глушкова НАН України. The algorithm for contour form comparison of the two-dimentional images of the objects is...
Saved in:
| Date: | 2007 |
|---|---|
| Main Authors: | , |
| Format: | Article |
| Language: | Ukrainian |
| Published: |
Інститут кібернетики ім. В.М. Глушкова НАН України
2007
|
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/6490 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Порівняння двомірних зображень об’єктів за формою їх контур / В.П. Боюн, Ю.А. Сабельніков // Комп’ютерні засоби, мережі та системи. — 2007. — № 6. — С. 155-161. — Бібліогр.: 3 назв. — укр. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1860215153199415296 |
|---|---|
| author | Боюн, В.П. Сабельніков, Ю.А. |
| author_facet | Боюн, В.П. Сабельніков, Ю.А. |
| citation_txt | Порівняння двомірних зображень об’єктів за формою їх контур / В.П. Боюн, Ю.А. Сабельніков // Комп’ютерні засоби, мережі та системи. — 2007. — № 6. — С. 155-161. — Бібліогр.: 3 назв. — укр. |
| collection | DSpace DC |
| description | Пропонується алгоритм порівняння двомірних зображень об’єктів за формою їх контурів. Алгоритм застосований в інтелектуальній відеокамері ІВК-1, створеній в Інституті кібернетики імені В.М. Глушкова НАН України.
The algorithm for contour form comparison of the two-dimentional images of the objects is proposed. The algorithm is used in the intelligent videocamera IVC-1, created in the V.M. Glushkov Institute of Cybernetics NAS of Ukraine.
|
| first_indexed | 2025-12-07T18:15:48Z |
| format | Article |
| fulltext |
Комп’ютерні засоби, мережі та системи. 2007, № 6 155
V.P. Boyun, Y.A. Sabelnikov
CONTOUR FORM COMPARISON
OF THE TWO-DIMENTIONAL
IMAGES OF THE OBJECTS
The algorithm for contour form
comparison of the two-dimentional
images of the objects is proposed.
The algorithm is used in the intelli-
gent videocamera IVC-1, created in
the V.M. Glushkov Institute of Cy-
bernetics NAS of Ukraine.
Пропонується алгоритм порів-
няння двомірних зображень
об’єктів за формою їх контурів.
Алгоритм застосований в інтеле-
ктуальній відеокамері ІВК-1,
створеній в Інституті кіберне-
тики імені В.М. Глушкова НАН
України.
В.П. Боюн, Ю.А. Сабельніков,
2007
УДК 519.2(031)
В.П. БОЮН, Ю.А. САБЕЛЬНІКОВ
ПОРІВНЯННЯ ДВОМIРНИХ
ЗОБРАЖЕНЬ ОБ’ЄКТІВ
ЗА ФОРМОЮ ЇХ КОНТУРІВ
Одним з найбільш інформативних представ-
лень зображень є їх контурне представлення
[1, 2]. Тому для розпізнавання і вимірювання
об’єктів на зображеннях актуальними є алго-
ритми аналізу форми контурів з довільною
геометрією.
Пряме порівняння замкнених контурів
об’єктів двомірних зображень з контурами
еталонів методом геометричного суміщення
ускладнюється тим, що на реальних зобра-
женнях виділені контури, як аналізованих
об’єктів так і еталонів спотворені випадко-
вим шумом, а також можуть в деякій мірі
геометрично відрізнятись. Тому визначення
зсуву і орієнтації геометрично спотвореного
контуру об’єкта для суміщення з контуром
еталона для пошуку їх найбільшого збігу за
характерними точками інваріантними до зсу-
ву і повороту, наприклад, таким, як центри
площі замкненої контуром, площі об’єкта,
точки контуру максимально і мінімально
віддалені від зазначених центрів, не дає ба-
жаного результату.
Пропонується за базу для суміщень брати
сегменти контуру еталона і відповідні їм
сегменти контуру об’єкта, що не спотворені.
Суть такого підходу полягає в наступному.
По-перше, з контурного зображення ета-
лона формується шаблон, тобто з “однопік-
сельної” лінії контуру формується зона допу-
стимих відхилень контурної кривої на вели-
чину шумової похибки, яка враховує випад-
кові шуми на зображеннях і може бути апрі-
орі задана. На рис. 1 показано: ліворуч – ета-
лон замкнений контурами, праворуч – сфор-
мований шаблон.
В.П. БОЮН, Ю.А. САБЕЛЬНІКОВ
Комп’ютерні засоби, мережі та системи. 2007, № 6 156
РИС. 1
По-друге, контур еталона розбивається на декілька сегментів, наприклад ді-
литься на чотири сегменти з однаковою кількістю точок. Робиться припущення,
що хоча б один з сегментів контуру, аналізованого об’єкта, геометрично не спо-
творений і тотожний відповідному сегмента контуру еталона.
Для кожного з сегментів контуру еталона здійснюється така процедура.
Послідовно шукаються сегменти контуру аналізованого об’єкта відповідні
черговому вибраному сегмента контуру еталона за такими ознаками:
- довжина вибраного сегмента;
- відстань між крайніми точками сегмента.
За однією крайньою точкою, яка береться за опорну, обчислюється поло-
ження, а за другою вектор орієнтації аналізованого об’єкта щодо еталона. Для
обчислення приблизного масштабу вибирається одне з співвідношень відповід-
них ознак: коренів площ, довжин периметрів або відстаней між центрами пло-
щин і мінімально чи максимально віддаленими від них точками контуру. Всі на-
звані ознаки сегментів і об’єктів інваріантні до зсуву і повороту.
Далі отримане контурне зображення аналізованого об’єкта з урахуванням
його положення, орієнтації і масштабу щодо еталона перетворюється і наклада-
ється на шаблон. Підраховується процент точок контуру об’єкта які вийшли за
рамки шаблона.
Коли перебрані всі сегменти контуру еталона, змінюється з заданим шагом
масштаб (плюс або мінус), у рамках припущеного можливого геометричного
спотворення (геометрична похибка) і процедура порівняння повторюється.
Зо порівнянням з мінімальним процентом точок контуру об’єкта, які вийш-
ли за рамки шаблона, робиться висновок, наскільки в цілому зрівнялись контур
об’єкта з шаблоном еталона і в яких місцях відбулося не зрівняння. З урахуван-
ням обчислених для цього порівняння характеристик за зсувом, поворотом і ма-
сштабом здійснюється подальший аналіз і необхідні вимірювання.
На рис. 2 показано: ліворуч – об’єкт виділений контуром, праворуч – цей же
контур (білі точки) зсунутий, повернутий і накладений на шаблон (сіра зона). В
даному випадку масштаби об’єкта і еталона збіглися. Як видно, зовнішні конту-
ри об’єкта і еталона збіглися, а внутрішні отвори на об’єкті і еталоні знаходяться
в різних місцях.
ПОРІВНЯННЯ ДВОМІРНИХ ЗОБРАЖЕНЬ ОБ’ЄКТІВ ЗА ФОРМОЮ ЇХ КОНТУРІВ
Комп’ютерні засоби, мережі та системи. 2007, № 6 157
РИС. 2
Виділення контурів об’єктів і формування бази даних еталонів. Проце-
дурі порівняння передує процедура виділення контурів об’єктів, які представ-
ляються у вигляді послідовності координат його точок.
Найбільш простим є розділення за порогом, оскільки легко реалізується і
має високу швидкодію. У даному випадку елементи зображення, що мають яск-
равість нижчу від деякого порога, вважаються частиною об’єкта, а ті, що мають
яскравість вищу від даного порога – фоном. Межами об’єкта вважаються лінії
розділу між двома областями.
У тих випадках, коли мова йде про зображення, в яких різниця між об’єктом
і фоном не є чітко визначеною, для їх розділення використовується більш склад-
ний метод граничного детектування. Цей метод базується на пошуку неоднорід-
ностей або великих змін в яскравості зображення. Для пошуку неоднорідностей
використовуються маски, які дозволяють проводити одночасне обстеження не-
великої групи елементів зображення. Найбільш розповсюдженим підходом є
використання масок, сформованих так званими градієнтними операторами, які
можуть виявляти певні типи неоднорідностей у зображенні. Перевага градієнт-
них операторів теж у простоті їх реалізації. Проте існують і інші способи виді-
лення границь областей і контурних ліній. У роботі [3] проведено загальний
огляд градієнтних операторів, а також виявлені їх особливості.
Далі обчислюються деякі первинні параметри і координати характерних то-
чок, що не залежать від положення, орієнтації і масштабу об’єкта такі як:
- довжина контуру L;
- площа замкнена контуром S_k;
- площа об’єкта S_о, яка не збігається з S_k, якщо в об’єкті є місця, що йому
не належать ( наприклад, отвори різної форми);
- координати центрів площі замкненої контуром, площі об’єкта та безпосе-
редньо контуру;
- координати точок контуру, максимально і мінімально віддалених від
центру площі замкненої контуром.
Для проведення порівнянь спочатку, безумовно, слід сформувати базу ета-
лонних об’єктів. З цією метою для еталонних об’єктів здійснюється процедура
виділення контурів і збереження їх разом з обчисленими первинними пара-
В.П. БОЮН, Ю.А. САБЕЛЬНІКОВ
Комп’ютерні засоби, мережі та системи. 2007, № 6 158
метрами і координатами характерних точок у базі даних еталонів. Далі всі хара-
ктеристики еталонів будемо позначати з приставкою ет.
Реалізація алгоритму порівняння за формою. Алгоритм порівняння за
формою аналізованого об’єкта з еталонами складається з 9 етапів.
Етап 1. Виділення контурів аналізованого об’єкта з обчисленням його пер-
винних характеристик.
Етап 2. Вибір з еталонів можливого кандидата для порівняння з аналізова-
ним об’єктом.
Щоб зменшити кількість обчислень, які є достатньо трудомісткими, для по-
рівняння за формою аналізованого об’єкта з еталонами спочатку роблять почат-
кову перевірку за первинними характеристиками, що не залежать від положення
і повороту об’єктів. За цією перевіркою визначається найбільш близький
кандидат з еталонів для наступного аналізу. Початкова перевірка робиться за
відносною похибкою з заданим порогом . При рівних масштабах відношення
параметрів L, S_k, S_o і відстаней між характерними точками до відповідних
характеристик еталонів мають бути в рамках 1 1 . Лінійні величини
порівнюються безпосередньо наприклад, 11
етL
L
; для квадратич-
них величин порівнюються їх корені наприклад, 1
_
_
1
етkS
kS
.
При різних масштабах одне з відношень береться за масштаб М наприклад,
_
;
_ ет
S k
М
S k
потім аналогічним чином порівнюються другі відношення по-
ділені на цей масштаб наприклад, 1 1/ M
L
L
ет
.
Етап 3. Формування шаблона для контурного зображення еталона.
На чистому полі кадра всі значення яскравості “пікселів” якого дорівнюють
0 (чорний колір) для вибраного еталона формується шаблон. Для цього поле
кадру заповнюється значеннями відмінними від 0 (наприклад, 128 сірий колір)
в точках, які мають координати точок контуру, а також в прилеглих до них, що
знаходяться на відстані не більше допустимого відхилення. Таким чином замість
“однопіксельної” кривої контуру формується крива завтовшки в два рази більше
ніж вибране відхилення.
Етап 4. Розбиття контуру еталона на сегменти.
Контур еталону ділиться на декілька сегментів з таким розрахунком, що хо-
ча б один з відповідних сегментів на аналізованому об’єкті буде не спотворений.
Для експерименту еталон ділився на чотири сегменти з приблизно рівною кіль-
кістю точок у кожному. Умова розбиття може бути й іншою. Як черговий бе-
реться перший сегмент, перебір буде здійснюватись за годинниковою стрілкою.
Присвоюється початкове значення черговому масштабу M* = M.
ПОРІВНЯННЯ ДВОМІРНИХ ЗОБРАЖЕНЬ ОБ’ЄКТІВ ЗА ФОРМОЮ ЇХ КОНТУРІВ
Комп’ютерні засоби, мережі та системи. 2007, № 6 159
Етап 5. Початок процедури пошуку сегментів контуру аналізованого об’єкта
відповідних черговому сегмента еталона.
Задається початкова точка на контурі аналізованого об’єкта, яка береться за
чергову початкову та чергову кінцеву точку сегмента.
Етап 6. Пошук сегмента на контурі аналізованого об’єкта відповідного чер-
говому сегмента контуру еталона за ознаками рівності їх довжин і відстаней між
кінцевими точками.
Пошук здійснюється послідовним зсувом за годинниковою стрілкою на
один “піксел” позиції чергової кінцевої точки, до тих пір поки довжина сегмен-
та контуру, замкнена цими точками, буде рівною або більшою ніж довжина чер-
гового сегмента еталона. Поруч зі знайденою кінцевою точкою, у межах допус-
тимої геометричної похибки, шукається точка відстань до якої, від початкової
точки, дорівнює відстані між кінцевими точками чергового сегмента еталона.
Якщо така точка знайдена, вона береться як кінцева і переходять до наступного
етапу, в протилежному випадку переходять до етапу 8. Обчислення проводяться
з урахуванням масштабу.
Етап 7. Перетворення координат точок контуру аналізованого об’єкта і су-
міщення їх з шаблоном еталону.
На попередньому етапі знайдено можливі тотожні сегменти аналізованого
об’єкта і еталона. Нехай координати їх початкових точок будуть відповідно
(хп , уп), (хп_ет, уп_ет), а кінцевих (хк, ук), (хк_ет, ук_ет). Початкова точка буде опор-
ною для суміщення і повороту об’єкта навкруги неї, а кінцева потрібна для ви-
значення взаємної орієнтації об’єкта і еталона. Маючи по дві однотипні точки на
еталоні й об’єкті і знаючи їх координати обчислюються потрібні функції sin
і cos кута повороту . Для цього слід провести нескладні перетворення, які ми
опустимо і надамо кінцевий результат:
222
__
2
__
.___
sin
nкnкетnеткетnетк
пкетпеткпкетпетк
xxyyxxyy
yyхxxxyy
;
222
__
2
__
.___
cos
nкnкетnеткетnетк
пкетпеткпкетпетк
xxyyxxyy
yyyyxxxx
.
Якщо координати точок контуру об’єкта ii yx , , а їх координати після пе-
ретворень зсуву, повороту і зміни масштабу
ii yx , , маємо такі співвідношення:
. sincos
; sincos
_
_
етnninii
етnninii
yMxxyyy
xMyyxxx
Порівняння за формою аналізованого об’єкта і еталона полягає в наступно-
му. Зчитуються і аналізуються точки сформованого кадру з шаблоном еталона,
які мають перетворені координати точок контуру об’єкта. Якщо значення зчита-
ної точки дорівнює 128, то ця точка об’єкта сумістилась з шаблоном, а якщо 0,
В.П. БОЮН, Ю.А. САБЕЛЬНІКОВ
Комп’ютерні засоби, мережі та системи. 2007, № 6 160
то не сумістилась. Підраховується процентне відношення не співпадаючих з ша-
блоном точок контуру об’єкта до їх загальної кількості. Якщо це відношення є
найменшим, то чергове порівняння зараховується як результуюче і здійснюється
перехід до наступного етапу. У випадку коли воно дорівнює нулю робиться ви-
сновок, що об’єкт повністю збігається з еталоном за розмірами і формою, в рам-
ках заданого діапазону відхилень, і процедура закінчується.
Етап 8. Перевірки на кінець циклів.
Перевірка закінчення сканування контуру аналізованого об’єкта.
Здійснюється зсув за годинниковою стрілкою на один “піксел” позиції чер-
гової початкової точки і перевіряється рівність її координат координатам почат-
кової точки контуру. Якщо “ні” – повертаються до етапу 6, інакше – йдуть далі.
Перевірка закінчення перебору всіх сегментів контуру еталона.
Перевіряється, чи перебрані всі сегменти контуру еталона. Якщо “ні” – ви-
бирається наступний сегмент і повертаються до етапу 5, інакше – йдуть далі.
Перевірка закінчення перебору всіх можливих відхилень масштабу.
Перевіряється, чи перебрані всі можливі відхилення масштабу. Якщо “ні” –
обчислюється наступний масштаб (М* = M(1+ΔMj), ΔMj = ± ΔM1, ± ΔM2,…), як
черговий береться перший сегмент контуру еталона і повертаються до етапу 5,
інакше – йдуть далі.
Етап 9. Закінчення процедури.
За результат береться те порівняння, для якого отримано мінімум точок, що
не збіглися з шаблоном. З урахуванням обчислених для нього характеристик за
зсувом, поворотом і масштабом проводиться подальший аналіз і необхідні вимі-
рювання або робиться остаточний висновок.
На рис. 3, відповідно ліворуч і праворуч, показано результати суміщень за
первинними характерними точками (центр площі замкненої контуром і макси-
мально віддалена від неї точка контуру) і за запропонованим методом за ха-
рактерними сегментами, які заздалегідь не задавались, а аналіз проводився за
чотирма сегментами, на які випадковим чином було розбито контур еталона.
РИС. 3
Для правого зображення кількість обчислень більше, але результат сумі-
щення значно кращий. Суміщення за характерним сегментом добре спрацьовує
і при значних спотвореннях контурів об’єктів.
ПОРІВНЯННЯ ДВОМІРНИХ ЗОБРАЖЕНЬ ОБ’ЄКТІВ ЗА ФОРМОЮ ЇХ КОНТУРІВ
Комп’ютерні засоби, мережі та системи. 2007, № 6 161
Висновки. Кількість порівнянь контурів об’єкта і еталона дорівнює кількос-
ті знайдених на об’єкті сегментів контуру, які відповідають вибраному сегменту
еталона. Для зменшення обчислень можна попередньо порівнювати самі сегмен-
ти і якщо вони збігаються, порівнювати контури в цілому.
Другою можливістю для зменшення кількості обчислень, є попереднє ви-
значення зсуву і орієнтації об’єкта щодо еталона за первинними характерними
точками. Тоді для знайдення сегмента контуру об’єкта, слід аналізувати не весь
контур, а тільки ту його частку, взяту з допусками на можливу похибку, в якій
вірогідніше всього може знаходитися сегмент відповідний заданому сегмента
еталона.
У деяких задачах можливо задавати один сегмент контуру еталона, якщо
апріорі відомо, що він не може бути спотворений.
Таким чином, запропонований метод порівняння об’єктів за формою їх кон-
турів дозволяє при незначних часових затратах оцінити степінь зрівняння кон-
турів об’єктів, виявити місця не зрівняння, та наочно представити ці результати.
Метод застосовано при розробці типових програм обробки відеоінформації
для створеної в Інституті кібернетики ім. В.М. Глушкова НАН України інтелек-
туальної відеокамери ІВК-1.
1. Абламейко С.В., Лагуновский Д.М. Обработка изображений. – Минск: Амалгея, 2000. –
206 с.
2. Фурман Я.А., Кревецкий А.В., Передреев А.К. и др.. Введение в контурный анализ; при-
ложения к обработке изображений и сигналов / Под ред. Я.А. Фурмана – М: Физматлит,
2003. – 592 с.
3. Русин В.П. Системи синтезу, обробки та розпізнавання складноструктурованих зобра-
жень. – Львів: Вертикаль, 1997. – 264 с.
Одержано 15.05.2007
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-6490 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 1817-9908 |
| language | Ukrainian |
| last_indexed | 2025-12-07T18:15:48Z |
| publishDate | 2007 |
| publisher | Інститут кібернетики ім. В.М. Глушкова НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Боюн, В.П. Сабельніков, Ю.А. 2010-03-04T14:37:44Z 2010-03-04T14:37:44Z 2007 Порівняння двомірних зображень об’єктів за формою їх контур / В.П. Боюн, Ю.А. Сабельніков // Комп’ютерні засоби, мережі та системи. — 2007. — № 6. — С. 155-161. — Бібліогр.: 3 назв. — укр. 1817-9908 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/6490 519.2(031) Пропонується алгоритм порівняння двомірних зображень об’єктів за формою їх контурів. Алгоритм застосований в інтелектуальній відеокамері ІВК-1, створеній в Інституті кібернетики імені В.М. Глушкова НАН України. The algorithm for contour form comparison of the two-dimentional images of the objects is proposed. The algorithm is used in the intelligent videocamera IVC-1, created in the V.M. Glushkov Institute of Cybernetics NAS of Ukraine. uk Інститут кібернетики ім. В.М. Глушкова НАН України Порівняння двомірних зображень об’єктів за формою їх контур Contour form comparison of the two-dimentional images of the objects Article published earlier |
| spellingShingle | Порівняння двомірних зображень об’єктів за формою їх контур Боюн, В.П. Сабельніков, Ю.А. |
| title | Порівняння двомірних зображень об’єктів за формою їх контур |
| title_alt | Contour form comparison of the two-dimentional images of the objects |
| title_full | Порівняння двомірних зображень об’єктів за формою їх контур |
| title_fullStr | Порівняння двомірних зображень об’єктів за формою їх контур |
| title_full_unstemmed | Порівняння двомірних зображень об’єктів за формою їх контур |
| title_short | Порівняння двомірних зображень об’єктів за формою їх контур |
| title_sort | порівняння двомірних зображень об’єктів за формою їх контур |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/6490 |
| work_keys_str_mv | AT boûnvp porívnânnâdvomírnihzobraženʹobêktívzaformoûíhkontur AT sabelʹníkovûa porívnânnâdvomírnihzobraženʹobêktívzaformoûíhkontur AT boûnvp contourformcomparisonofthetwodimentionalimagesoftheobjects AT sabelʹníkovûa contourformcomparisonofthetwodimentionalimagesoftheobjects |