Специализированные клеточные структуры для контурного анализа изображений

Розглянуто принципи побудови багатоканальної системи технічного зору з використанням клітинних автоматів. На основі запропонованого поняття геометричного типу зображення розпізнаються зображення, інваріантні до повороту, масштабування і динамічних змін. Запропоновано методи побудови геометричного ти...

Full description

Saved in:
Bibliographic Details
Published in:Кибернетика и системный анализ
Date:2011
Main Author: Белан, С.Н.
Format: Article
Language:Russian
Published: Інститут кібернетики ім. В.М. Глушкова НАН України 2011
Subjects:
Online Access:https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/84232
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:Специализированные клеточные структуры для контурного анализа изображений / С.Н. Белан // Кибернетика и системный анализ. — 2011. — Т. 47, № 5. — С. 33-44. — Бібліогр.: 19 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
_version_ 1860197164886523904
author Белан, С.Н.
author_facet Белан, С.Н.
citation_txt Специализированные клеточные структуры для контурного анализа изображений / С.Н. Белан // Кибернетика и системный анализ. — 2011. — Т. 47, № 5. — С. 33-44. — Бібліогр.: 19 назв. — рос.
collection DSpace DC
container_title Кибернетика и системный анализ
description Розглянуто принципи побудови багатоканальної системи технічного зору з використанням клітинних автоматів. На основі запропонованого поняття геометричного типу зображення розпізнаються зображення, інваріантні до повороту, масштабування і динамічних змін. Запропоновано методи побудови геометричного типу зображення на основі клітинних технологій. This article considers principles of construction of a multichannel system of technical vision using cellular automata. Based on the proposed concept of a geometric type, images invariant to rotations, scaling, and dynamic changes are recognized. Methods based on cellular technologies are proposed for the construction of geometrical-type images.
first_indexed 2025-12-07T18:08:54Z
format Article
fulltext ÓÄÊ 658.012:681.32 Ñ.Í. ÁÅËÀÍ ÑÏÅÖÈÀËÈÇÈÐÎÂÀÍÍÛÅ ÊËÅÒÎ×ÍÛÅ ÑÒÐÓÊÒÓÐÛ ÄËß ÊÎÍÒÓÐÍÎÃÎ ÀÍÀËÈÇÀ ÈÇÎÁÐÀÆÅÍÈÉ Êëþ÷åâûå ñëîâà: èçîáðàæåíèå, ðàñïîçíàâàíèå, ãåîìåòðè÷åñêèé òèï, èíâàðè- àíòíîñòü, îðèåíòàöèÿ, ìàñøòàá, êëåòî÷íûé àâòîìàò. ÂÂÅÄÅÍÈÅ Ñîâðåìåííîå ñîñòîÿíèå ïðîáëåìû òåõíè÷åñêîãî çðåíèÿ õàðàêòåðèçóåòñÿ ìíî- æåñòâîì ïîäõîäîâ, êîòîðûå â îñíîâíîì íàöåëåíû íà ðåàëèçàöèþ ôóíêöèé è ñòðóêòóð, ìîäåëèðóþùèõ ïîäîáèå çðèòåëüíîãî êàíàëà ÷åëîâåêà [1–5]. Ìíîãî âíèìàíèÿ óäåëÿåòñÿ èñêóññòâåííûì íåéðîííûì ñåòÿì (ÈÍÑ), êîòîðûå ñîñòîÿò èç íåéðîïîäîáíûõ ýëåìåíòîâ è ñâÿçåé ìåæäó íèìè ñ èçìåíÿþùèìèñÿ âåñà- ìè [6]. Èçâåñòíî ìíîæåñòâî íåéðîàðõèòåêòóð, ðàçëè÷íûõ ïàðàäèãì è àëãîðèò- ìîâ îáó÷åíèÿ. Îäíàêî ïðè ðåøåíèè ñëîæíûõ çàäà÷ îáðàáîòêè çðèòåëüíîé èí- ôîðìàöèè ñòîðîííèêè ÈÍÑ íàòàëêèâàþòñÿ íà ðÿä òðóäíîñòåé è ïðîáëåì, êî- òîðûå, â ïåðâóþ î÷åðåäü, çàêëþ÷àþòñÿ â îãðàíè÷åíèè íàáîðà ôóíêöèé, íåîáõîäèìûõ äëÿ ñïåöèàëüíîé îáðàáîòêè äàííûõ, à òàêæå äëèòåëüíûõ è òðó- äîåìêèõ àëãîðèòìîâ îáó÷åíèÿ. Õàðàêòåðíî, ÷òî â îáëàñòè îáðàáîòêè è ðàñïîçíàâàíèÿ èçîáðàæåíèé ïðè âñåì ìíîãîîáðàçèè ìåòîäîâ è ñðåäñòâ îíè íå ÿâëÿþòñÿ âçàèìîçàìåíÿåìûìè (íà- ïðèìåð, ñèñòåìû áèîìåòðè÷åñêîé èäåíòèôèêàöèè ëè÷íîñòè ïî îòïå÷àòêàì ïàëü- öåâ, ðàäóæíîé îáîëî÷êå ãëàç, ëèöó íå ìîãóò ðàñïîçíàâàòü ñèìâîëû, ðàçëè÷íûå ãåîìåòðè÷åñêèå ôèãóðû, à òàêæå çàìåíèòü îäíà äðóãóþ). Ïðè ýòîì ñîâðåìåííûé êîìïüþòåð íå ìîæåò îòëè÷èòü êîøêó îò ñîáàêè [7], ïîýòîìó âñå áîëüøå ñïåöèà- ëèñòîâ óáåæäàþòñÿ â íåîáõîäèìîñòè ïîèñêà íîâûõ àðõèòåêòóðíûõ è àïïàðàòíûõ ïîäõîäîâ â ñî÷åòàíèè ñ ïðîãðàììíûìè, êîòîðûå ñîäåéñòâîâàëè áû îáðàáîòêå âèäåîäàííûõ â ðåàëüíîì ìàñøòàáå âðåìåíè. Ïðè ïîñòðîåíèè ñèñòåìû îáðàáîòêè èçîáðàæåíèé âîçíèêàåò íåîáõîäèìîñòü ðåøåíèÿ ðÿäà ñïåöèàëèçèðîâàííûõ çàäà÷ ýôôåêòèâíîé ïðåäâàðèòåëüíîé ïîäãî- òîâêè äàííûõ. Ê îñíîâíûì èç íèõ îòíîñÿòñÿ ýôôåêòèâíîå ñæàòèå âèäåîäàííûõ è äîñòèæåíèå âûñîêîãî áûñòðîäåéñòâèÿ. Îäíèìè èç íàèáîëåå ýôôåêòèâíûõ ñðåäñòâ îáðàáîòêè âèäåîäàííûõ ÿâëÿþòñÿ êëåòî÷íûå àâòîìàòû (ÊÀ). Áëàãîäàðÿ òîìó, ÷òî ÊÀ îáëàäàåò ñâîéñòâàìè îäíîðîäíîñòè è âîçìîæíîñòè ðåàëèçàöèè ëþ- áûõ ñîåäèíåíèé ìåæäó êëåòêàìè ñðåäû, ïóòåì ïåðåíàñòðîéêè âî âðåìÿ îáðàáîò- êè äàííûõ äîñòèãàåòñÿ âîçìîæíîñòü êàê êîíòóðíîé îáðàáîòêè èçîáðàæåíèé, òàê è îáðàáîòêè ïî ïàðàìåòðàì ÿðêîñòíûõ è öâåòîâûõ õàðàêòåðèñòèê. Äàííàÿ ñòàòüÿ ïîñâÿùåíà ðåøåíèþ çàäà÷è ðåàëèçàöèè ïðåäâàðèòåëüíîé îá- ðàáîòêè è ýôôåêòèâíîé ïîäãîòîâêè äàííûõ íà ñïåöèàëèçèðîâàííûõ êëåòî÷íûõ ñòðóêòóðàõ. Îíè ðåàëèçóþò îñíîâíûå îïåðàöèè ïðåäâàðèòåëüíîé îáðàáîòêè èçî- áðàæåíèé è ôîðìèðóþò äàííûå â ôîðìå, ïîçâîëÿþùåé àíàëèçèðîâàòü èçîáðàæå- íèÿ, èíâàðèàíòíûå àôôèííûì ïðåîáðàçîâàíèÿì ìàñøòàáà è ïîâîðîòà. ÏÐÈÍÖÈÏÛ ÏÎÑÒÐÎÅÍÈß ÑÈÑÒÅÌÛ ÒÅÕÍÈ×ÅÑÊÎÃÎ ÇÐÅÍÈß Â ñèñòåìå òåõíè÷åñêîãî çðåíèÿ (ÑÒÇ) ó÷èòûâàþòñÿ ôóíêöèè íåéðîôèçèîëîãè- ÷åñêèõ ñèñòåì: àíàëèç öâåòà, ÿðêîñòè, äâèæåíèÿ è ãåîìåòðè÷åñêèõ ôîðì. Ïîñ- ëåäíèå ïðîÿâëÿþòñÿ â ïåðåïàäàõ öâåòà è ÿðêîñòè [8, 9]. Ïðè ýòîì äîêàçàíà ISSN 0023-1274. Êèáåðíåòèêà è ñèñòåìíûé àíàëèç, 2011, ¹ 5 33 © Ñ.Í. Áåëàí, 2011 èåðàðõè÷íîñòü ïîñòðîåíèÿ è ðàñïîëîæåíèÿ êëåòî÷íûõ àíñàìáëåé ñ ñîîòâåò- ñòâóþùèìè îðãàíèçàöèÿìè ñâÿçåé ìåæäó íèìè [10–12]. Èññëåäîâàíèÿ òàêæå ïîêàçàëè, ÷òî çðèòåëüíàÿ èíôîðìàöèÿ îáðàáàòûâàåòñÿ â ÷åòûðåõ ïàðàëëåëüíûõ ñèñòåìàõ: ÿðêîñòíîé, öâåòîâîé, äâèæåíèÿ è ôîðìû [10, 12, 13]. Öâåòîâàÿ ñèñ- òåìà ñîñòîèò èç òðåõ ïîäñèñòåì îáðàáîòêè öâåòîâ.  ïëàíå îðãàíèçàöèè ñâÿçåé ìåæäó êëåòêàìè äîêàçàíî íàëè÷èå â íèõ ãîðè- çîíòàëüíûõ è âåðòèêàëüíûõ ñâÿçåé [8, 14], îðãàíèçóþùèõ ïðîñòðàíñòâåííóþ ñòðóêòóðó ìîçãà. Ïî ôèçè÷åñêîé îðãàíèçàöèè áèîëîãè÷åñêîé çðèòåëüíîé ñèñòå- ìû âñå ïðîöåññû ïî îáðàáîòêå èçîáðàæåíèé îñóùåñòâëÿþòñÿ âî âðåìåíè è ñ îïå- ðàíäàìè, ïðåäñòàâëåííûìè èìïóëüñíûìè ïîñëåäîâàòåëüíîñòÿìè [15]. Òåõíè÷åñêàÿ ñèñòåìà äîëæíà îáëàäàòü ñâîéñòâàìè, ïðèñóùèìè åñòåñòâåííî- ìó çðåíèþ â ðåàëèçàöèè ðàñïîçíàâàíèÿ èçîáðàæåíèé, ïîäâåðæåííûõ èçìåíå- íèÿì â ìàñøòàáå è îðèåíòàöèè, íî ñîõðàíèâøèõ îñíîâíûå ãåîìåòðè÷åñêèå ñîîò- íîøåíèÿ ñâîèõ ãåîìåòðè÷åñêèõ ôîðì. Êðîìå òîãî, â ñèñòåìå äîëæíû ðåàëè- çîâûâàòüñÿ ñòðóêòóðíî-ôóíêöèîíàëüíûå ïðèíöèïû è îðãàíèçàöèÿ åñòåñòâåííîãî çðèòåëüíîãî êàíàëà, äëÿ ýòîãî èñïîëüçóþòñÿ êëåòî÷íûå îäíîðîäíûå ñðåäû. Ñèñòåìà äîëæíà áûòü ïåðåñòðàèâàåìîé ëèáî ñîñòîÿòü èç ñïåöèàëèçèðîâàííûõ ïàðàëëåëüíûõ êàíàëîâ, êîòîðûå îáðàáàòûâàþò ñîîòâåòñòâóþùèå àòðèáóòû èçî- áðàæåíèé äëÿ ïîëó÷åíèÿ ïîëíîé èíôîðìàöèè î çðèòåëüíîé ñöåíå. Ñîâðåìåííûå ðàáîòû â ýòîé îáëàñòè äàþò âûñîêèå ðåçóëüòàòû ïðè îáðàáîòêå â îñíîâíîì ñòàöè- îíàðíûõ èçîáðàæåíèé áåç ó÷åòà îðèåíòàöèè è ìàñøòàáíûõ èçìåíåíèé. Òðóäíîñòè òàêæå âîçíèêàþò ïðè ïîïûòêå ìîäèôèêàöèè èçâåñòíûõ ìåòîäîâ è ñèñòåì äëÿ ðåà- ëèçàöèè ïðèíöèïîâ îáðàáîòêè èçîáðàæåíèé ñ ó÷åòîì îðèåíòàöèè è ìàñøòàáà. Ñèñòåìó îáðàáîòêè è ðàñïîçíàâàíèÿ èçîáðàæåíèé â îáùåì âèäå ìîæíî ïðåäñòàâèòü (ðèñ. 1) îïåðàöèîííûì áëîêîì (ÎÁ), áëîêîì ñðàâíåíèÿ (ÁÑ) è áëî- êîì ïàìÿòè (ÁÏ) [4, 16, 17]. Âõîäíîå èçîáðàæåíèå (I âõ ) ïîäàåòñÿ íà ÎÁ, â êîòî- ðîì ïîäâåðãàåòñÿ ðàçëè÷íûì îïåðàöèÿì äëÿ ýôôåêòèâíîãî îïèñàíèÿ. ×àùå âñåãî íà âû- õîäå ÎÁ ôîðìèðóþòñÿ öèôðîâûå ôîðìû èçîáðàæåíèé â âèäå êîäîâ, êîäèðóþùèå èõ îñíîâíûå àòðèáóòèâíûå ïðèçíàêè.  ÁÏ õðàíÿòñÿ êîäû, êîòîðûå çàïèñûâàþòñÿ íà ïîëÿõ ïàìÿòè ñ àäðåñàìè ñîîòâåòñòâóþùèõ èåðàðõè÷åñêèõ êëàññîâ. Êîä, ôîðìèðóåìûé ÎÁ, ñðàâíèâàåòñÿ â ÁÑ ñ êîäàìè, õðàíÿùèìèñÿ â ÁÏ. Ïî ðå- çóëüòàòàì ñðàâíåíèÿ îñóùåñòâëÿåòñÿ ïîèñê áëèæàéøåãî ïî ñòðóêòóðå êîäà, õðàíÿùåãîñÿ â ÁÏ. Ðàñïîçíàâàíèå èçîáðàæåíèé çàêëþ÷àåòñÿ â îïðåäåëåíèè èçîáðàæåíèÿ îáúåê- òà, ïîñòóïèâøåãî íà âõîä ñèñòåìû òåõíè÷åñêîãî çðåíèÿ. Îäíàêî íåâîçìîæíî ðàñïîçíàòü èçîáðàæåíèå íåçíàêîìîãî îáúåêòà. Ïîýòîìó äëÿ îñóùåñòâëåíèÿ äàí- íîãî ïðîöåññà ñèñòåìó íåîáõîäèìî îáó÷èòü, ñîçäàâ â ÁÏ ñèñòåìû êîäû ýòàëîíîâ ñ ïðèñâîåíèåì èì èäåíòèôèêàòîðîâ, êîòîðûå ñîõðàíÿëèñü áû â íåì â çàäàííîé îðãàíèçàöèè ïî êëàññàì.  ïðîöåññå ðàñïîçíàâàíèÿ îñóùåñòâëÿåòñÿ ïîèñê íàèáîëåå áëèçêèõ êîäîâ ýòàëîíîâ, äëÿ ýòîãî òðåáóåòñÿ ðàçðàáîòêà ñîîòâåòñòâóþùèõ àëãîðèòìîâ. Ñàì ýòàëîí òðåáóåò ýôôåêòèâíîãî ïðåäñòàâëåíèÿ è õðàíåíèÿ â áàçå ñèñòåìû ðàñïîçíàâàíèÿ, â ñâÿçè ñ ýòèì îñóùåñòâëÿþòñÿ ïîèñêè ôîðì èõ ïðåäñòàâëåíèÿ. Íàèáîëåå ðàöèîíàëüíûì ïîäõîäîì â îáðàáîòêå è õðàíåíèè ÿâëÿåòñÿ ïðåäñòàâëå- íèå èçîáðàæåíèÿ â âèäå êîäà, ðàçáèòîãî íà ïîëÿ, êàæäîå èç íèõ êîäèðóåò ñîîòâå- òñòâóþùèé àòðèáóò êîëè÷åñòâåííî è êà÷åñòâåííî, à òàêæå óêàçûâàåò íà ñâÿçè 34 ISSN 0023-1274. Êèáåðíåòèêà è ñèñòåìíûé àíàëèç, 2011, ¹ 5 ÎÁ Iâõ S ÁÑ ÁÏ Ðèñ. 1. Îáùàÿ ñòðóêòóðà ðàñïîçíàâàíèÿ èçîáðàæåíèé ìåæäó àòðèáóòàìè èçîáðàæåíèÿ. Äëÿ òî÷íîãî îïèñàíèÿ èçîáðàæåíèÿ äîëæíû âûäåðæèâàòüñÿ ãåîìåòðè÷åñêèå ñâÿçè ìåæäó èíôîðìàöèîííûìè ýëåìåíòàìè â æåñòêîé ïîñëåäîâàòåëüíîñòè ñ ó÷åòîì öâåòîâûõ, ÿðêîñòíûõ è ãåîìåòðè÷åñêèõ àò- ðèáóòîâ [4, 16–18]. Òàêîé êîä íàçûâàåòñÿ ãåîìåòðè÷åñêèì òèïîì èçîáðàæåíèÿ G , êîòîðûé îòîáðàæàåò îñíîâíûå ãåîìåòðè÷åñêèå ôîðìû èçîáðàæåíèÿ â ñæàòîì âèäå [4, 16, 17]. Ãåîìåòðè÷åñêèå ñâÿçè ìåæäó íàèáîëåå èíôîðìàöèîííûìè ýëåìåíòàìè ïîäðà- çóìåâàþò íå òîëüêî ðàññòîÿíèå ìåæäó íèìè, íî è ðàñïîëîæåíèå, à èìåííî ñìûñ- ëîâûå îòíîøåíèÿ. Ñ ýòèõ ïîçèöèé ãåîìåòðè÷åñêèé òèï G — ýòî ìíîæåñòâî êîðòå- æåé èíôîðìàöèîííûõ ýëåìåíòîâ, êîòîðûå íàõîäÿòñÿ â çàäàííûõ îòíîøåíèÿõ. ÊËÅÒÎ×ÍÀß ÎÐÃÀÍÈÇÀÖÈß ÏÐÅÄÂÀÐÈÒÅËÜÍÎÉ ÏÎÄÃÎÒÎÂÊÈ ÈÇÎÁÐÀÆÅÍÈÉ Ïðåäïîñûëêîé ïîñòðîåíèÿ ÑÒÇ íà îñíîâå êëåòî÷íîé ìíîãîêàíàëüíîñòè ïîñëó- æèëà íåîäíîðîäíîñòü îñíîâíûõ àòðèáóòîâ èçîáðàæåíèé. Âñå îíè òðåáóþò ñïå- öèôè÷åñêèõ ìåòîäîâ è àëãîðèòìîâ îáðàáîòêè. Ëþáóþ çàìêíóòóþ ôèãóðó ìîæíî êëàññèôèöèðîâàòü ïî êîëè÷åñòâó ñòîðîí (âåðøèí) êàê ìíîãîóãîëüíèê, à îòíîøåíèÿ ìåæäó ñòîðîíàìè îïðåäåëÿþò òîïîëî- ãèþ èõ ðàñïîëîæåíèÿ [4, 16–18]. Èìåííî òî÷êè èçëîìà êîíòóðà (âåðøèíû ìíîãî- óãîëüíèêà) íàèáîëåå èíôîðìàòèâíû, ïîñêîëüêó ðåçêî îòëè÷àþòñÿ îò âñåõ îñòàëü- íûõ êëåòîê ñîñòîÿíèåì îêðåñòíîñòè. Òàêèì îáðàçîì, íàèáîëåå èíôîðìàòèâíûìè êëåòêàìè èçîáðàæåíèÿ â ÊÀ ÿâëÿþòñÿ êëåòêè, êîòîðûå íå èìåþò ñîñåäíèõ êëå- òîê ñ îäèíàêîâûì ñîñòîÿíèåì îêðåñòíîñòè. Èñïîëüçîâàíèå êëåòî÷íûõ òåõíîëîãèé ïîçâîëèëî ðàçðàáîòàòü ðÿä ðàçëè÷íûõ îïåðàöèé äëÿ ïðåäâàðèòåëüíîé ïîäãîòîâêè èçîáðàæåíèÿ [4, 16–18]: óäàëåíèå ïî- ìåõ, êîððåêöèþ èçîáðàæåíèÿ, âûäåëåíèå îòäåëüíûõ ýëåìåíòîâ èçîáðàæåíèÿ, à òàêæå äîáàâëåíèå íåîáõîäèìûõ ÷àñòåé èçîáðàæåíèÿ. Ïîñêîëüêó èçîáðàæåíèÿ, ïðîåöèðóåìûå íà âõîäíóþ àïåðòóðó ÑÒÇ, èìåþò îãðàíè÷åííûé ðàçìåð ïîëÿ è ïðåäñòàâëåíû ìíîæåñòâîì ïðîñòûõ ýëåìåíòîâ (êëåòîê ñ çàäàííîé ìîçàèêîé), âñå îïèñàííûå îïåðàöèè õàðàêòåðèçóþòñÿ èçìåíåíèåì öâåòîâûõ è ÿðêîñòíûõ ïàðà- ìåòðîâ êëåòîê. Íàïðèìåð, åñëè ðå÷ü èäåò îá îáíóëåíèè êëåòîê, òî ýòî çíà÷èò, ÷òî êëåòêà ïðèíèìàåò ñîñòîÿíèå êëåòîê ôîíà. Âñå îïåðàöèè ïî ïðåäâàðèòåëüíîé îáðàáîòêå èçîáðàæåíèé íàöåëåíû íà èç- ìåíåíèå ñîñòîÿíèé ýëåìåíòîâ çðèòåëüíîé ñöåíû (êëåòîê ÊÀ) äëÿ ôîðìèðîâàíèÿ ìíîæåñòâà ñèãíàëîâ îïðåäåëåííîé ôîðìû â ïðîñòðàíñòâå è âðåìåíè. Ýòè ñèãíà- ëû ïðåäñòàâëÿþò èçîáðàæåíèå â ôîðìå, óäîáíîé äëÿ õðàíåíèÿ è äàëüíåéøåé îá- ðàáîòêè.  ñîâðåìåííûõ öèôðîâûõ ñèñòåìàõ äàííûå õðàíÿòñÿ â âèäå êîäîâ. Ïîý- òîìó è ñèãíàëû äîëæíû áûòü â ôîðìå, óäîáíîé äëÿ ïðåäñòàâëåíèÿ â âèäå êîäî- âîé ïîñëåäîâàòåëüíîñòè. ÊÀ ðàññìàòðèâàåòñÿ êàê ÷åòâåðêà [19]: ÊÀ � � �L Q u f, , , . Çäåñü L — d-ìåðíàÿ ðåøåòêà, ñîñòîÿùàÿ èç n êëåòîê, ðàñïîëîæåííûõ â óçëàõ ïå- ðåñå÷åíèÿ; Q — ìíîæåñòâî ñîñòîÿíèé êëåòîê; u — îêðåñòíîñòü êëåòêè, ñîñòîÿ- ùàÿ èç êëåòîê, âëèÿþùèõ íà åå ñîñòîÿíèå; f — ôóíêöèÿ ëîêàëüíûõ ïåðåõîäîâ.  êàæäûé äèñêðåòíûé ìîìåíò âðåìåíè êëåòêà âû÷èñëÿåò ñâîå ïîñëåäóþùåå ñîñòîÿíèå, êîòîðîå çàâèñèò îò ñîñòîÿíèÿ êëåòîê åå îêðåñòíîñòè. Ìíîæåñòâî ñî- ñòîÿíèé êëåòîê â êàæäûé äèñêðåòíûé ìîìåíò âðåìåíè ôîðìèðóåò îáùåå ñîñòîÿ- íèå ÊÀ, êîòîðîå çàâèñèò îò Q u, è f . Ñòðóêòóðíî ÊÀ ìîæíî ïðåäñòàâèòü êàê ìàòðèöó êëåòîê, êîòîðûå èìåþò ñâÿ- çè ñ ñîñåäíèìè, ñîãëàñíî çàäàííîé îêðåñòíîñòè (ðèñ. 2), à ñàìà êëåòêà â îáùåì âèäå ñ ó÷åòîì îêðåñòíîñòè ôîí Íåéìàíà ïðåäñòàâëåíà íà ðèñ. 3. ISSN 0023-1274. Êèáåðíåòèêà è ñèñòåìíûé àíàëèç, 2011, ¹ 5 35 Êëåòêà (ñì. ðèñ. 3, à) ñîñòîèò èç ôóíêöèîíàëüíîãî ìîäóëÿ (ÔÌ) è ìîäóëÿ ïàìÿòè (ÌÏ), íà âûõîäå êîòîðîãî ôîðìèðóåòñÿ ñèãíàë ñîñòîÿíèÿ êëåòêè â ÊÀ. ÌÏ óñòàíàâëèâàåòñÿ â ïåðâîíà÷àëüíîå ñîñòîÿíèå ïî âõîäíîìó èíôîðìàöèîííî- ìó ñèãíàëó îò âõîäà óñòàíîâêè (ÂÓ), È — èíôîðìàöèîííûé âõîä. Ôóíêöèîíèðîâàíèå êëåòêè íà÷èíàåòñÿ ïî ñèãíàëó óïðàâëåíèÿ (ÑÓ), ïðè ýòîì íå âñå êëåòêè ÊÀ îäíîâðåìåííî ìîãóò îáðàáàòûâàòü èíôîðìàöèþ îò ñîñåäíèõ êëåòîê. Èçáèðàòåëüíîñòü ôóíêöèîíèðîâàíèÿ êëåòêè îñóùåñòâëÿåòñÿ ïî ñèãíàëó óïðàâëåíèÿ ðàáîòîñïîñîáíîñòüþ (ÑÓÐ). Òàêèì îáðàçîì, èçìåíåíèå ñîñòîÿíèÿ ÌÏ îñóùåñòâëÿåòñÿ ÔÌ ïî óïðàâëÿþùèì è èíôîðìàöèîííûì ñèãíàëàì îêðåñòíîñòè. Íà ðèñ. 3, á ïðåäñòàâëåíà ôóíêöèîíàëüíàÿ ñõåìà êëåòêè ÊÀ äëÿ âûäåëåíèÿ êîíòóðîâ áèíàðíîãî èçîáðàæåíèÿ.  íà÷àëüíûé ìîìåíò âðåìåíè îñóùåñòâëÿåòñÿ óñòàíîâêà êëåòîê â åäèíè÷íîå ñîñòîÿíèå ïî âõîäàì òðèããåðîâ ñîîòâåòñòâóþùèõ êëåòîê, êîòîðûå ïðåäñòàâëÿþò è õðàíÿò ñîñòîÿíèå êëåòêè (ðèñ. 4).  öåëîì áèíàð- íîå èçîáðàæåíèå ïðåäñòàâëÿåòñÿ ñîñòîÿíèåì âñåõ êëåòîê ÊÀ. Êëåòêè, íàõîäÿùèå- ñÿ â åäèíè÷íîì ñîñòîÿíèè (ðèñ. 4, à), ïðåäñòàâëÿþò èçîáðàæåíèå, à êëåòêè â íóëå- âîì ñîñòîÿíèè — ôîí.  äàííîé ñõåìå ÔÌ ïðåäñòàâëåí êîíúþíêòîðîì, êîòîðûé îáðàáàòûâàåò ñèãíàëû îò ñîñåäíèõ êëåòîê îêðåñòíîñòè. Ïî ÑÓ îñóùåñòâëÿåòñÿ îá- íóëåíèå êëåòîê, ó êîòîðûõ âñå ñîñåäíèå êëåòêè íàõîäÿòñÿ â ñîñòîÿíèè ëîãè÷åñêîé åäèíèöû (ðèñ. 4, á). Åñëè ó êëåòêè õîòÿ áû îäíà ñîñåäíÿÿ êëåòêà íàõîäèòñÿ â íóëå- âîì ñîñòîÿíèè, òî îíà íå îáíóëÿåòñÿ. 36 ISSN 0023-1274. Êèáåðíåòèêà è ñèñòåìíûé àíàëèç, 2011, ¹ 5 Ðèñ. 2. Ïðèìåðû îêðåñòíîñòåé â ÊÀ: îêðåñòíîñòü ôîí Íåéìàíà (à); îêðåñòíîñòü Ìóðà (á) X i j, �1 X i j, �1 X i j�1, X ij X i�1,? X i j� �1 1, X ij X i j�1, X i j, �1 X i j, �1 X i j� �1 1, X i j� �1 1, X i j�1, X i j� �1 1, à á Ðèñ. 3. Îáîáùåííàÿ ñòðóêòóðà êëåòêè (à) è åå ôóíêöèîíàëüíàÿ ñõåìà (á) X ti j�1, ( ) ÑÓÐ ÔÌ ÌÏ X tij ( )� 1 X tij ( ) ÑÓ ÂÓ ÑÓ & R X tij ( )� 1 X tij ( ) È áà X ti j�1, ( ) X ti j, ( )�1 X ti j, ( )�1 ÑÓÐ X ti j, ( )�1 X ti j, ( )�1 X ti j�1, ( ) X ti j�1, ( ) S T Ïî âðåìåííûì çàòðàòàì îïåðà- öèè â ÊÀ ìîæíî ðàçäåëèòü íà îäíî- òàêòíûå è ìíîãîòàêòíûå. Íàïðèìåð, îïåðàöèÿ âûäåëåíèÿ êîíòóðîâ â ÊÀ âûïîëíÿåòñÿ çà îäèí òàêò, à îáðàòíàÿ åé îïåðàöèÿ çàêðàñêè — çà âðåìÿ, êî- òîðîå çàâèñèò îò ñòðóêòóðû èçîáðàæå- íèÿ. Äëÿ ðåàëèçàöèè îïåðàöèé ïðåä- âàðèòåëüíîé îáðàáîòêè íà ÊÀ (âûäå- ëåíèå êîíòóðîâ, óñòðàíåíèå ïîìåõ, çàêðàñêà, ìàñøòàáèðîâàíèå è äð.) ðàç- ðàáîòàíî ìíîæåñòâî ñõåìîòåõíè÷åñ- êèõ ðåøåíèé [4]. Îäíàêî ñàì ÊÀ íå ìîæåò âûïîëíÿòü âñå íåîáõîäèìûå ôóíêöèè ïî ïðåäâàðèòåëüíîé îáðà- áîòêå èçîáðàæåíèé. Äëÿ ýòîãî îí äîëæåí ñîäåðæàòü èíôîðìàöèîííûå âõîäû, âûõîäû è óïðàâëÿþùèå âõî- äû. Îáîáùåííàÿ ñòðóêòóðà ÎÁ ïðåä- ñòàâëåíà íà ðèñ. 5. Ñõåìà ñîäåðæèò ÊÀ, áëîê ïàðàëëåëüíîé îáðàáîòêè ñèãíàëîâ ìàññèâà êëåòîê (ÁÏÎ), áëîê îáðàáîòêè ñèãíàëîâ êîîðäèíàò Õ è Y (ÁÎÊ), áëîê óïðàâëåíèÿ è ôîðìèðî- âàíèÿ ïîñëåäîâàòåëüíîñòè ñèãíà- ëîâ (ÁÓ). ÊÀ ìîæåò ñîñòîÿòü èç ïîñëåäîâàòåëüíîñòè ÊÀ, ñîâìåùåííûõ ïî âõîäàì è âûõîäàì. Êàæäûé èç íèõ íàöåëåí íà âûïîëíåíèå çàäàííîé îïåðàöèè ïðåäâàðè- òåëüíîé îáðàáîòêè èçîáðàæåíèé, ïîñòóïàþùèõ ïî âñåì âõîäàì ïàðàëëåëüíî. Íàï- ðèìåð, îäèí ÊÀ óäàëÿåò ïîìåõè, äðóãîé âûäåëÿåò ýëåìåíòû èçîáðàæåíèé, òðåòèé äîáàâëÿåò ýëåìåíòû èçîáðàæåíèé è ò. ä. Ñèãíàëû ñ ÊÀ ñíèìàþòñÿ ÁÎÊ è ÁÏÎ, îáðàáàòûâàþòñÿ èìè è ïåðåäàþòñÿ â ÁÓ, êîòîðûé ôîðìèðóåò ïîñëåäîâàòåëüíîñòü ñèãíàëîâ íà âûõîäå Yâûõ è îäíîâðåìåííî óïðàâëÿåò ÊÀ. ÁÎÊ âûïîëíÿåò îïåðàöèè îïðåäåëåíèÿ íåîáõîäèìûõ ïðîñòðàíñòâåííî îðèåíòèðîâàííûõ ïðèçíàêîâ, à ÁÏÎ ïðîâîäèò ïàðàëëåëüíóþ îáðàáîòêó íàä âñåì ìàññèâîì êëåòîê îäíîâðåìåííî. ÐÀÑÏÎÇÍÀÂÀÍÈÅ ÈÇÎÁÐÀÆÅÍÈÉ Ñ ÏÎÌÎÙÜÞ ÊÀ Ðàñïîçíàâàíèå ñèìâîëîâ è ïðîñòûõ ïëîñêèõ ôèãóð îñóùåòñâëÿåòñÿ ìåòîäîì îïèñàíèÿ ãåîìåòðè÷åñêîãî îáðàçà â ñæàòîì âèäå, ïî ôîðìå êîíòóðà, îïðåäåëÿ- þùåãî ìíîãîóãîëüíèê. Äëÿ ýòîãî íàõîäÿòñÿ òî÷êè èçëîìà êîíòóðà, ðàññòîÿíèÿ ìåæäó íèìè è âåëè÷èíà óãëà â èçëîìàõ. Ðàçðàáîòàí ìåòîä îïðåäåëåíèÿ âåðøèí, îñíîâàííûé íà ïîñëåäîâàòåëüíîì îòñëåæèâàíèè êîíòóðà ñèãíàëîì âîçáóæäåíèÿ, êîòîðûé ïåðåìåùàåòñÿ îò îäíîé êëåòêè ê äðóãîé â ïîëå ÊÀ. Îäíàêî îêðåñòíîñòè áëèæàéøèõ ñîñåäåé äàþò ìíî- æåñòâî ëîæíûõ êëåòîê, îïðåäåëÿþùèõ âåðøèíû. Ïîýòîìó äëÿ óñòðàíåíèÿ ýòîãî íåäîñòàòêà èñïîëüçóåòñÿ êëåòî÷íàÿ îêðåñòíîñòü êðóãà ñ èçìåíÿþùèìñÿ ðàäèó- ñîì, ÷òî äàåò âîçìîæíîñòü îïðåäåëèòü ñòîðîíó ìåæäó âåðøèíàìè. Àíàëèç ëîæ- íûõ ðåçóëüòàòîâ ýêñïåðèìåíòà ïî äàííîìó ìåòîäó ïîêàçàí íà ðèñ. 6. Ïðèíöèïû ôóíêöèîíèðîâàíèÿ ÊÀ ïî äàííîìó ìåòîäó çàêëþ÷àþòñÿ â ñëåäóþ- ùåì. Ïåðâîíà÷àëüíî îò îäíîãî èç êðàåâ ÊÀ (èëè èç åãî ëþáîé êëåòêè) íà÷èíàåò ôîð- ìèðîâàòüñÿ è ðàñïðîñòðàíÿòüñÿ ïî âñåì êëåòêàì ñèãíàë âîçáóæäåíèÿ, êîòîðûé óñòà- íàâëèâàåò èõ â ñîñòîÿíèå âîçáóæäåíèÿ. Ñèãíàë âîçáóæäåíèÿ ìîæåò ðàñïðîñòðàíÿòüñÿ ïî çàäàííîé îêðåñòíîñòè, íàïðèìåð ïî ôîí Íåéìàíó (ðèñ. 7,à) èëè Ìóðó (ðèñ. 7,á). ISSN 0023-1274. Êèáåðíåòèêà è ñèñòåìíûé àíàëèç, 2011, ¹ 5 37 Ðèñ. 4. Ïðèìåð âûäåëåíèÿ êîíòóðîâ áèíàðíîãî èçîáðàæåíèÿ â ÊÀ à á ÁÎÊ ÁÓ ÊÀ ÁÏÎ Yâûõ … … Iâõ Ðèñ. 5. Ñõåìà áëîêà ïðåäâàðèòåëüíîé îáðàáîòêè X Êîãäà ñèãíàë âîçáóæäåíèÿ äîñòèãàåò áëèæàéøåé êëåòêè êîíòóðà èçîáðàæå- íèÿ, ÊÀ îñóùåñòâëÿåò åãî ðàñïðîñòðàíåíèå ïî êîíòóðó èçîáðàæåíèÿ â îäíîì èç åãî íàïðàâëåíèé. Óñòðàíèòü àëèàéçèíã ïîçâîëÿåò ïîäõîä, «óâåëè÷èâàþùèé» ðàç- ìåðû (äèàìåòð) òî÷êè âåðøèíû êîíòóðà, ÷òî ñïîñîáñòâóåò ðàñøèðåíèþ ïîëîñû ïðîõîæäåíèÿ ñèãíàëà âîçáóæäåíèÿ âäîëü êîíòóðà. Ïî ïðîõîæäåíèþ âîçáóæäå- íèÿ ñèãíàëîì âñåãî êîíòóðà ïîäñ÷èòûâàþòñÿ âåðøèíû è îïðåäåëÿåòñÿ N -óãîëü- íèê. Ìåòîä ïîçâîëÿåò îïðåäåëèòü êîëè÷åñòâî âåðøèí ñ ó÷åòîì ðàçðûâîâ ñòîðîí è ëèøíèõ ëèíèé. Íàèáîëåå ýôôåêòèâíûì ÿâëÿåòñÿ ìåòîä, èñïîëüçóþùèé âðåìÿ-ìïóëüñíîå ïðåäñòàâëåíèå êîíòóðîâ ôèãóðû. Ñóòü åãî çàêëþ÷àåòñÿ â îáõîäå êîíòóðà ñèãíà- ëîì âîçáóæäåíèÿ è (ïðè êàæäîì èçìåíåíèè íàïðàâëåíèÿ) ôîðìèðîâàíèÿ èì- ïóëüñîâ çàäàííîé àìïëèòóäû è äëèòåëüíîñòè.  íà÷àëüíûé ìîìåíò âðåìåíè âûáèðàåòñÿ áëèæàéøàÿ âåðøèíà ìíîãîóãîëü- íèêà, îò êîòîðîé íà÷èíàåòñÿ ïðîöåññ ïåðåäà÷è âîçáóæäåíèÿ îò êëåòêè ê êëåòêå.  ìîìåíò ñìåíû íàïðàâëåíèÿ ÊÀ âûäàåò èìïóëüñ, àìïëèòóäà êîòîðîãî çàâèñèò îò ñîñòîÿíèÿ êëåòîê åå îêðåñòíîñòè.  ìîìåíò ñìåíû íàïðàâëåíèÿ ôîðìèðóåòñÿ íîâûé èìïóëüñ ñ ñîîòâåòñòâóþùåé àìïëèòóäîé. Åñëè èìååò ìåñòî åäèíè÷íîå (ñòóïåí÷àòîå) èçìåíåíèå íàïðàâëåíèÿ ñ ïîñëåäóþùèì åãî âîññòàíîâëåíèåì, òî ôîðìèðóåòñÿ åäèíè÷íûé èìïóëüñ. 38 ISSN 0023-1274. Êèáåðíåòèêà è ñèñòåìíûé àíàëèç, 2011, ¹ 5 Ðèñ. 6. Ðåçóëüòàòû ðàáîòû ïðîãðàììû îïðåäåëåíèÿ âåðøèí ìíîãîóãîëüíèêà Óãîë ïîâîðîòà, ãðä 1 2 3 4 5 6 7 8 Ê î ë è ÷ åñ òâ î î ø è á î ê 0 1 2 3 4 5 Èíòåðôåéñ ïðîãðàììû Ðèñ. 7. Ïðèìåðû ðàñïðîñòðàíåíèÿ ñèãíàëà âîçáóæäåíèÿ â ÊÀ à 0-é òàêò 1-é òàêò 2-é òàêò 2-é òàêò1-é òàêò0-é òàêò á Äëÿ ÷åòêîé ôèêñàöèè âåðøèí óñòðàíÿþòñÿ èìïóëüñû ñ ìàëûìè àìïëèòóäà- ìè. Ïðè ýòîì óñòðàíåíèå îäíîãî èìïóëüñà îáóñëîâëèâàåò óâåëè÷åíèå àìïëèòó- äû îñòàâøèõñÿ èìïóëüñîâ (ñêà÷êè â âåðøèíàõ ìíîãîóãîëüíèêà) íà åäèíèöó, ÷òî ñîçäàåò ÷åòêèé êîíòðàñò ôèãóðû.  ýòîì ìåòîäå àìïëèòóäû âåðøèí èìïóëüñîâ ïðåäñòàâëÿþò äëèíû ñòîðîí ôèãóðû. Ïîñêîëüêó â ðåàëüíîì èçîáðàæåíèè òàêèõ èìïóëüñîâ ïðèñóòñòâóåò ìíîãî, äëÿ óñòðàíåíèÿ àëèàéçèíãà óäàëÿþòñÿ îäèíî÷íûå èìïóëüñû ñ îäíîâðåìåííûì äîáàâëåíèåì åäèíè÷íûõ àìïëèòóä ê ïðåäûäóùèì íååäèíè÷íûì èìïóëüñàì. Òà- êèì îáðàçîì, óñòðàíÿþòñÿ êîíòóðíûå ïîìåõè è àëèàéçèíã.  îáùåì âèäå ñòðóê- òóðà äëÿ ôîðìèðîâàíèÿ èìïóëüñíîé ïîñëåäîâàòåëüíîñòè ñîäåðæèò ÊÀ, äâóìåð- íûé ïîâòîðèòåëü (ÄÏ) è áëîê îáðàáîòêè (ÁÎ) (ðèñ. 8). Âî âðåìÿ îáõîäà êîíòó- ðà èçîáðàæåíèÿ îáúåêòà, çà- ïèñàííîãî â ÊÀ, íà âûõîäå êëåòîê, ïðèíàäëåæàùèõ êîí- òóðó, ôîðìèðóþòñÿ èìïóëü- ñû, àìïëèòóäû êîòîðûõ çà- âèñÿò îò ñîñòîÿíèÿ êëåòîê îêðåñòíîñòè. Ýòîò ñèãíàë ïî- ñòóïàåò íà ñîîòâåòñòâóþùèé âõîä ÄÏ â îïðåäåëåííûé ìî- ìåíò âðåìåíè. Íà åãî âûõîäå ôîðìèðóåòñÿ ïîñëåäîâàòåëü- íîñòü èìïóëüñîâ, ïîñòóïàþ- ùèõ íà âõîä ÁÎ, êîòîðûé îñóùåñòâëÿåò åå ïîðîãîâóþ îáðàáîòêó è óäàëÿåò ñîîòâå- òñòâóþùèå èìïóëüñû ñ åäè- íè÷íîé, äâîéíîé ëèáî ñðåä- íåé àìïëèòóäîé èìïóëüñîâ â ïîñëåäîâàòåëüíîñòè.  ñîîòâåòñòâèè ñ ïðåä- ëîæåííûì ìåòîäîì ñòðóê- òóðíî-ôóíêöèîíàëüíàÿ ñõåìà êëåòêè ÊÀ ïðåäñòàâëåíà íà ðèñ. 9. Êëåòêà ñîäåðæèò äâà áëîêà àíàëèçà (ÁÀ1, ÁÀ2), ýëåìåíò ïàìÿòè (ÝÏ), áëîê ôîðìèðîâàíèÿ ñèãíàëà S 0 îáíóëåíèÿ (ÁÑÎ), ôîðìèðîâàòåëü èìïóëüñîâ (ÔÈ) è ôîðìèðîâàòåëü ñèãíàëà S B âîçáóæäåíèÿ (ÔÑÂ). Ïî èíôîðìàöèîííûì âõîäàì S èíô ïóòåì óñòàíîâêè ÝÏ â ñîñòîÿíèå ëîãè÷åñêîãî «0» ëèáî ëîãè÷åñêîé «1» çà- ïèñûâàåòñÿ â êëåòêó ýëåìåíòàðíûé äèñêðåò èçîáðàæåíèÿ. Åäèíè÷íîå ñîñòîÿíèå ÝÏ ñîîòâåòñòâóåò ïðèíàäëåæíîñòè êëåòêè èçîáðàæå- íèþ îáúåêòà, à íóëåâîå — ôîíó. Ñèãíàëû S B âîçáóæäåíèÿ ïîñòóïàþò íà âõîäû ÁÀ1, êîòîðûé ñ ïåðâîãî âûõîäà ïîäàåò óïðàâëÿþùèé ñèãíàë íà ïåðâûé âõîä ÔÑÂ, íà âûõîäå êîòîðîãî ôîðìèðóåòñÿ S B. Âûõîä ÝÏ ôîðìèðóåò ñèãíàë ñîñòîÿ- íèÿ SÑ êëåòêè, ñèãíàëû âîçáóæäåíèÿ S B è ñîñòîÿíèÿ S Ñ ïåðåäàþòñÿ òîëüêî ê êëåòêàì îêðåñòíîñòè, à ñèãíàë îáíóëåíèÿ S 0 ïîñòóïàåò íà âòîðûå âõîäû ÔÑ âñåõ êëåòîê ÊÀ. Âûõîä ÔÈ ÿâëÿåòñÿ îäíèì èç âûõîäîâ ÊÀ, íà êîòîðîì ôîðìè- ðóåòñÿ èìïóëüñíûé ñèãíàë S èì ñîîòâåòñòâóþùåé ôîðìû. ISSN 0023-1274. Êèáåðíåòèêà è ñèñòåìíûé àíàëèç, 2011, ¹ 5 39 ÊÀ ÄÏ ÁÎ ²âõ Gâûõ Ðèñ. 8. Îáùàÿ ñòðóêòóðà ôîðìèðîâàíèÿ èìïóëüñíîé ïîñëåäîâàòåëüíîñòè ÁÀ1… S B î ò ê ë åò î ê î ê ð åñ òí î ñò è ÁÀ2… S C î ò ê ë åò î ê î ê ð åñ òí î ñò è ÔÈ ÁÑÎ ÔÑ ÝÏ S0 îò êëåòîê ÊÀ SB SÑ S0 Sèíô Sèì Ðèñ. 9. Ñòðóêòóðíî-ôóíêöèîíàëüíàÿ ñõåìà êëåòêè ÊÀ, ðåàëèçóþùåãî ìåòîä ÁÀ2 àíàëèçèðóåò ñîñòîÿíèÿ êëåòîê îêðåñòíîñòè ïî ñèãíàëàì S Ñ è óïðàâëÿåò ÔÈ, êîòîðûé ôîðìèðóåò ñèãíàë S èì , åñëè íà åãî ïåðâîì âõîäå èìååòñÿ S Ñ �1. Êðîìå òîãî, ÁÀ2 óïðàâëÿåò ñîñòîÿíèåì ÝÏ â çàâèñèìîñòè îò çàëîæåííûõ â íåãî ôóíêöèé. Åñëè íà ïåðâîì âõîäå ÁÑÎ ïðèñóòñòâóåò ñèãíàë S Ñ �1, à íà âòîðîì, îò âòîðîãî âûõîäà ÁÀ1, — òàêæå ëîãè÷åñêàÿ «1», òî ÁÑÎ ôîðìèðóåò ñèãíàë S 0 � 0 , êîòîðûé ïîñòóïàåò íà âòîðûå âõîäû ÔÑ âñåõ êëåòîê ÊÀ. Âñëåäñòâèå ýòîãî êëåòêè, ó êîòîðûõ íà âûõîäå ÝÏ ïðèñóòñòâóåò ñèãíàë SÑ � 0 (êëåòêè ïðèíàäëå- æàò ôîíó), ïîñòóïàþùèé íà òðåòèé âõîä ñîáñòâåííîãî ÔÑÂ, ïåðåñòàþò ãåíåðè- ðîâàòü ñèãíàë âîçáóæäåíèÿ, ò.å. S  � 0. Ïîñëå ôîðìèðîâàíèÿ ñèãíàëà S 0 �1 êëåòêè ôîíà ïåðåñòàþò ïðèíèìàòü ó÷àñòèå â ïåðåäà÷å ñèãíàëà S Â. Ñèãíàë âîçáóæäåíèÿ ðàñïðîñòðàíÿåòñÿ ïî êëåòêàì êîíòóðà èçîáðàæåíèÿ â îäíîì èç íà- ïðàâëåíèé, îïðåäåëÿåìûì ÁÀ2. Èìïóëüñ ôîðìèðóåòñÿ òîëüêî òîãäà, êîãäà åäèíè÷íûé ñèãíàë S  ïîñòóïàåò íà òðåòèé âõîä ÔÈ. Ïðè ýòîì ñèãíàë âîçáóæäåíèÿ S  áëîêèðóåò ðàáîòó ñîáñòâåííîãî ÔÑ ïî ïÿòîìó âõîäó. Êëåòêà ïðåäñòàâëåíà íà óðîâíå ñòðóêòóðíî-ôóíêöèîíàëüíûõ ìîäóëåé, êîòîðûå ìîãóò èìåòü íåñêîëüêî âàðèàíòîâ ðåàëèçàöèè. Äàííûé ìåòîä ïðîìîäåëèðîâàí íà êîìïüþòåðå è ïîêàçàë âûñîêèå ðåçóëüòà- òû ïðè ðàñïîçíàâàíèè. Äëÿ ìîäåëèðîâàíèÿ ìåòîäà èñïîëüçîâàëèñü èçîáðàæåíèÿ ïëîñêèõ ôèãóð, êîòîðûå çàíîñèëèñü â êîìïüþòåð ñ ïîìîùüþ ôîòîêàìåðû è ñêà- íåðà ñ ðàçëè÷íûìè ðàçðåøåíèÿìè. Ïðè ýòîì ôèãóðû çàïèñûâàëèñü ñ ðàçëè÷íîé îðèåíòàöèåé è ìàñøòàáíûìè ïðåîáðàçîâàíèÿìè. Íà ðèñ. 10 ïðåäñòàâëåí ïðèìåð ðàñïðîñòðàíåíèÿ ñèãíàëà âîçáóæäåíèÿ â ïîëå ÊÀ.  íà÷àëüíûé ìîìåíò ñèãíàë âîçáóæäåíèÿ ðàñïðîñòðàíÿåòñÿ ïî êëåòêàì ôîíà (ðèñ. 10, à) è ïðè äîñòèæåíèè áëèæàéøåé êëåòêè, ïðèíàäëåæàùåé êîíòóðó èçîáðà- æåíèÿ, íà÷èíàåò ðàñïðîñòðàíÿòüñÿ ïî îäíîìó èç íàïðàâëåíèé (ïî ÷àñîâîé ñòðåëêå) ïî êëåòêàì êîíòóðà (ðèñ. 10, á). Ïðè ïðîõîæäåíèè êëåòîê êîíòóðà ôîðìèðóåòñÿ èìïóëüñíàÿ ïîñëåäîâàòåëüíîñòü (ðèñ. 11, à), àìïëèòóäû èìïóëüñîâ â êîòîðîé çà- âèñÿò îò ñîñòîÿíèÿ êëåòîê îêðåñòíîñòè òîé êëåòêè, êîòîðàÿ â äàííûé ìîìåíò ôîð- ìèðóåò èìïóëüñ. Èìïóëüñíàÿ ïîñëåäîâàòåëüíîñòü ôîðìèðóåòñÿ íà âûõîäå ÄÏ (ñì. ðèñ. 8) è ïîñòóïàåò íà âõîä ÁÎ, êîòîðûé îñóùåñòâëÿåò ïîðîãîâóþ îáðàáîòêó. ÁÎ óäàëÿåò èìïóëüñû åäèíè÷íîé, äâîéíîé ëèáî ñðåäíåé àìïëèòóäû. Ïðè ýòîì àìïëè- òóäû íåóäàëåííûõ èìïóëüñîâ âîçðàñòàþò íà âåëè÷èíó, çàâèñÿùóþ îò êîëè÷åñòâà ïðåäûäóùèõ, óäàëåííûõ â ðåçóëüòàòå ïîðîãîâîé îáðàáîòêè (ðèñ 11). Äëÿ ïðîâåäåíèÿ ýêñïåðèìåíòà ôîðìèðîâàëñÿ áàíê ðåàëüíûõ èçîáðàæåíèé ôèãóð (ðèñ. 12) ñ ðàçëè÷íûìè ðàçðåøåíèÿìè. Ïîñëå èõ ïðåäâàðèòåëüíîé îáðà- áîòêè è áèíàðèçàöèè îñóùåñòâëÿëîñü èõ ðàñïîçíàâàíèå. Íàèëó÷øèå ðåçóëüòàòû ïðè ðàñïîçíàâàíèè áûëè ïîëó÷åíû ïðè îïðåäåëåíèè ôîíà ñ ÷óâñòâèòåëüíîñòüþ 30–40 % è áèíàðèçàöèè ôèãóðû — â äèàïàçîíå 70–95 %. Ïðè ýòîì 100-ïðîöåíò- íîå ðàñïîçíàâàíèÿ äîñòèãàëîñü ïðè óäàëåíèè èìïóëüñîâ ñ àìïëèòóäàìè, ñîîòâå- òñòâóþùèìè åäèíè÷íûì çíà÷åíèÿì, çàòåì ñ àìïëèòóäàìè, ñîîòâåòñòâóþùèìè äâóì åäèíè÷íûì çíà÷åíèÿì, à çàòåì èç îñòàâøèõñÿ èìïóëüñîâ óäàëÿëèñü èì- ïóëüñû ñ àìïëèòóäàìè íèæå ñðåäíåãî çíà÷åíèÿ. Èíòåðôåéñ ïðîãðàììû, ðåàëèçóþùåé äàííûé ìåòîä, ïðåäñòàâëåí íà ðèñ. 13. Àíàëèç ðàáîòû ïðîãðàììû ïîêàçàë, ÷òî 97 % ñëó÷àåâ ðàñïîçíàâàíèÿ áûëî òî÷íûì äëÿ ëþáûõ ôèãóð. Äàííûé ìåòîä ïîçâîëÿåò ðàñïîçíàâàòü èçîáðàæåíèÿ ôèãóð, ïîâåðíóòûõ íà ëþáîé óãîë, à òàêæå èçìåíåííûõ ñ ðàçëè÷íûìè ìàñøòàá- íûìè êîýôôèöèåíòàìè. Äëÿ ýòîãî âûáèðàëàñü ñåðèÿ èçîáðàæåíèé ôèãóð, ïîä- âåðæåííûõ ðàçëè÷íûì ìàñøòàáíûì èçìåíåíèÿì, è ñ èçìåíåííûìè îðèåíòàöèÿ- ìè íà ðàçëè÷íûå óãëû ïîâîðîòà è ñäâèãà â ïîëå âõîäíîé àïåðòóðû. Ðåçóëüòàòû ðàáîòû ïðîãðàììû ñ ó÷åòîì àôôèííûõ èçìåíåíèé èçîáðàæåíèé ïðèâåäåíû íà ðèñ. 14. Íà ãðàôèêàõ ãîðèçîíòàëüíàÿ îñü ïðåäñòàâëÿåò âåëè÷èíó óãëà ïîâîðîòà, à âåðòèêàëüíàÿ îñü óêàçûâàåò êîëè÷åñòâî âåðøèí ìíîãîóãîëüíèêà. 40 ISSN 0023-1274. Êèáåðíåòèêà è ñèñòåìíûé àíàëèç, 2011, ¹ 5 ISSN 0023-1274. Êèáåðíåòèêà è ñèñòåìíûé àíàëèç, 2011, ¹ 5 41 Ðèñ. 11. Èçîáðàæåíèå èìïóëüñíîé ïîñëåäîâàòåëüíîñòè íåóäàëåííûõ (à) è óäàëåííûõ (á) èìïóëüñîâ à á Ðèñ. 12. Ïðèìåðû ôèãóð, èñïîëüçîâàííûõ â ýêñïåðèìåíòå Ðèñ. 10. Ïðèìåð ðàñïðîñòðàíåíèÿ ñèãíàëà âîçáóæäåíèÿ ïî êëåòêàì ôîíà (à) è êëåòêàì êîíòóðà (á) Ïåðâîíà÷àëüíàÿ ôèãóðà Ðàñïðîñòðàíåíèÿ ñèãíàëà âîçáóæäåíèÿ ïî êëåòêàì ôîíà à á Ðàñïðîñòðàíåíèÿ ñèãíàëà âîçáóæäåíèÿ ïî êëåòêàì êîíòóðà èçîáðàæåíèÿ  ïðîãðàììå ðåàëèçîâàíû ôóíêöèè îáðàáîòêè èìïóëüñíûõ ïîñëåäîâàòåëü- íîñòåé ñ ó÷åòîì óäàëåíèÿ îäèíî÷íûõ è äâîéíûõ íàèìåíüøèõ èìïóëüñîâ ïî àìï- ëèòóäå, ïî çàäàííîìó ïîðîãó ôèëüòðàöèè è îñóùåñòâëÿåòñÿ àäàïòàöèîííûé âû- áîð ïîðîãà àìïëèòóäû, êîòîðûé îïðåäåëÿåò íàèáîëüøèé ïðîöåíò ðàñïîçíàâàíèÿ. Ïî äàííûì ìåòîäàì ðàçðàáîòàíà ïðîãðàììà äëÿ ðàñïîçíàâàíèÿ ðóêîïèñíîãî òåêñòà íà îñíîâå êëåòî÷íûõ òåõíîëîãèé, ðåçóëüòàòû ðàáîòû êîòîðîé ïðåäñòàâëå- íû â [4, 17]. Äëÿ ïðîâåäåíèÿ ýêñïåðèìåíòà ñ èñïîëüçîâàíèåì ïðåäëîæåííûõ ìå- òîäîâ â êà÷åñòâå èçîáðàæåíèé áûëè âçÿòû íå òîëüêî èçîáðàæåíèÿ ôèãóð, íî è èçîáðàæåíèÿ ïå÷àòíûõ è ðóêîïèñíûõ ñèìâîëîâ. Ïðè ýòîì èçîáðàæåíèÿ ïîäâåð- 42 ISSN 0023-1274. Êèáåðíåòèêà è ñèñòåìíûé àíàëèç, 2011, ¹ 5 Ðèñ. 13. Èíòåðôåéñ ïðîãðàììû, ìîäåëèðóþùåé äàííûé ìåòîä Áèíîðèçîâàííîå èçîáðàæåíèå Èñõîäíîå èçîáðàæåíèå Ñôîðìèðîâàííàÿ èìïóëüñíàÿ ïîñëåäîâàòåëüíîñòü Ðåçóëüòàò îáðàáîòêè èïóëüñíîé ïîñëåäîâàòåëüíîñòè ãàëèñü ïðåîáðàçîâàíèÿì ìàñøòàáèðîâàíèÿ è ïîâîðîòà â ïîëå ðàñïîçíàâàíèÿ. Ðàç- ìåð èçîáðàæåíèÿ áûë ðàçëè÷íûì: îò 10 10� äî 300 300� åäèíèö ðàñòðà. Îñóùå- ñòâëÿëñÿ òàêæå ïîäáîð ïîðîãîâîé ÿðêîñòè äëÿ âûäåëåíèÿ êîíòóðîâ. Ðåçóëüòàòû ðàáîòû ïðîãðàììíûõ ïðîäóêòîâ íà ðàçëè÷íûõ âû÷èñëèòåëüíûõ ñðåäñòâàõ íå ïî- êàçàëè îòëè÷èé â êà÷åñòâå ðàñïîçíàâàíèÿ äëÿ îäíèõ è òåõ æå ýêçàìåíàöèîííûõ âûáîðîê. Áûñòðîäåéñòâèå âûïîëíåíèÿ îïåðàöèé çàâèñåëî îò òèïà öåíòðàëüíîãî ïðîöåññîðà è îò ÷àñòîòíûõ õàðàêòåðèñòèê ïàìÿòè. ÇÀÊËÞ×ÅÍÈÅ Â íàñòîÿùåé ðàáîòå ïðåäëîæåí íîâûé ïîäõîä ê ðåàëèçàöèè ïðåäâàðèòåëüíîé îáðàáîòêè èçîáðàæåíèé â ñèñòåìå òåõíè÷åñêîãî çðåíèÿ ñ èñïîëüçîâàíèåì êîí- òóðíîãî àíàëèçà íà îñíîâå êëåòî÷íûõ òåõíîëîãèé. Òàêàÿ îðãàíèçàöèÿ ïîçâîëè- ëà íà ÊÀ îáðàáàòûâàòü èçîáðàæåíèÿ çàìêíóòûõ ôèãóð â çðèòåëüíîé ñöåíå, ïîäâåðæåííûõ ïðåîáðàçîâàíèÿì ïîâîðîòà è ìàñøòàáà. Ïðè ýòîì àíàëèç êîíòó- ðà çðèòåëüíîãî îáðàçà ïðåäñòàâëÿåòñÿ ïîñëåäîâàòåëüíîñòüþ èìïóëüñîâ, êîòî- ðûå ïîäâåðãàþòñÿ äàëüíåéøåé îáðàáîòêå, ÷òî ìîäåëèðóåò ïðîöåññû, ïðîèñõî- äÿùèå â çðèòåëüíîì áèîëîãè÷åñêîì êàíàëå. Òàêèå ïîñëåäîâàòåëüíîñòè î÷åíü óäîáíû â îáðàáîòêå. Ïðåäëîæåííûé ìåòîä êîíòóðíîãî àíàëèçà èçîáðàæåíèé äàåò âîçìîæíîñòü îïèñàòü åãî â îòíîøåíèÿõ, ïîñëåäîâàòåëüíîñòü êîòîðûõ ïîçâîëÿåò ðàñïîçíàòü èçîáðàæåíèå ôèãóð, èçìåíèâøèõ îðèåíòàöèþ â ïîëå âõîäíîé àïåðòóðû ñèñòåìû ISSN 0023-1274. Êèáåðíåòèêà è ñèñòåìíûé àíàëèç, 2011, ¹ 5 43 Ðèñ. 14. Ðåçóëüòàòû ðàáîòû ïðîãðàììû, ìîäåëèðóþùåé ìåòîä, îñíîâàííûé íà âðåìÿèìïóëüñíîì ïðåäñòàâëåíèè èçîáðàæåíèé è ìàñøòàá. Ðàçðàáîòàííûå ïðîãðàììíûå ñðåäñòâà ôîðìèðóþò ãåîìåòðè÷åñêèé îáðàç èìïóëüñíûìè ïîñëåäîâàòåëüíîñòÿìè è ïîêàçûâàþò 100 % ðàñïîçíàâàíèå èçîáðàæåíèé ïëîñêèõ çàìêíóòûõ ôèãóð, èçìåíåííûõ â ìàñøòàáå, è 97,7 % ðàñ- ïîçíàâàíèÿ ïîâåðíóòûõ èçîáðàæåíèé. Ïðè ýòîì çíà÷èòåëüíî ïîâûñèëîñü êà÷åñ- òâî îáó÷åíèÿ ñèñòåìû íà ìàëûõ îáúåìàõ îáó÷àþùèõ âûáîðîê (îò 10 äî 50 îáó÷àþùèõ ñèìâîëîâ), êîòîðîå ïðåâûøàåò 97 %. ÑÏÈÑÎÊ ËÈÒÅÐÀÒÓÐÛ 1. Ä æ î í ñ Ì . Ò . Ïðîãðàììèðîâàíèå èñêóññòâåííîãî èíòåëëåêòà â ïðèëîæåíèÿõ: Ïåð. ñ àíãë. À.È. Îñèïîâ. — Ì.: ÄÌÊÏðåññ, 2006. — 312 ñ. 2. Ð à á è í î â è ÷ Ç . Ë . , Á º ë î â Þ . À . Ïàì’ÿòü ëþäèíè é ìèñëåííÿ — îáðàçíå é ñèìâîëüíå (êîíöåïòóàëüíå ìîäåëüíå ïðåäñòàâëåííÿ) // Äîï. ÍÀÍ Óêðà¿íè. — 2009. — ¹ 3. — Ñ. 61–65. 3. à ë à ä ó í  . Ï . ,  à ù å í ê î Í . Ä . ,  å ë è ÷ ê î  . Þ . Ïðîãíîçèðîâàíèå íà îñíîâå ðàñòó- ùèõ ïèðàìèäàëüíûõ ñåòåé // Ïðîãðàììíûå ïðîäóêòû è ñèñòåìû. — 2002. — ¹ 2. — Ñ. 22–27. 4. Ï à ð à ë å ë ü í î - ³ º ð à ð õ ³ ÷ í å ïåðåòâîðåííÿ ³ Q -îáðîáêà ³íôîðìàö³¿ äëÿ ñèñòåì ðåàëüíîãî ÷àñó / Ì.Î. Êîâçåëü, Ë.². Òèì÷åíêî, Þ.Ô. Êóòàºâ, Ñ.Â. Ñâº÷í³êîâ, Â.Ï. Êîæåì’ÿêî, Î.². Ñòà- ñþê, Ñ.Ì. Á³ëàí, Ë.Â. Çàãîðóéêî. — Êè¿â: ÊÓÅÒÒ, 2006. — 492 ñ. 5. M e r t o g u n o S . , B o u b a k i s N . G . Adigital retina-like low-level vision processor // IEEE Trans. on Systems, Man. and Cybernetics-part B: Cybernetics. — 2003. — 33, N 5. — Ð. 782–788. 6. Ê ð ó ã ë î â  .  . , Á î ð è ñ î â  .  . Èññêóñòâåííûå íåéðîííûå ñåòè. Òåîðèÿ è ïðàêòèêà. — Ì.: Ãîðÿ÷àÿ ëèíèÿ-Òåëåêîì, 2001. — 382 ñ. 7. Õ î ê è í ñ Ä æ . , Á ë å é ê ñ ë è Ñ . Îá èíòåëëåêòå: Ïåð. ñ àíãë. — Ì.: ÎÎÎ «Âèëüÿìñ», 2007. — 240 ñ. 8. Ë è í ä ñ å é Ï . , Í î ð ì à í í Ä . Ïåðåðàáîòêà èíôîðìàöèè ó ÷åëîâåêà. — Ì.: Ðåäàêöèÿ áèîëî- ãè÷åñêîé ëèòåðàòóðû, 1974. — 550 ñ. 9. Ç à â à ë è ø è í Í .  . , Ì ó ÷ í è ê È . Á . Ìîäåëè çðèòåëüíîãî âîñïðèÿòèÿ è àëãîðèòìû àíàëè- çà èçîáðàæåíèé. — Ì.: Íàóêà. Ãë. ðåä. ôèç.-ìàò. ëèò., 1974. — 344 ñ. 10. Õ ü þ á å ë Ä . Ãëàç, ìîçã, çðåíèå. — Ì.: Ìèð, 1990. — 239 ñ. 11. W a g n e r H . G . , M a c N i c h o l E . F . J r . , W o l b a r s h t M . L . The response properties of single ganglion cells in the goldfish retin // J. of General Physiology. — 1960. — 43. — P. 45–62. 12. L i v i n g s t o n e M . S . , H u b e l D . H . Anatomy in the primate visual cortex // Neurosci. — 1984. — N 4. — P. 309–356. 13. Z e k i S . A vision of the brain. — Oxford: Bleckwell Sci. Publ., 1993. — P. 178–190. 14. V o l k m a n n F . C . Vision during voluntary saccadic eye movements // J. Opt. Society of America. — 1962. — 52. — P. 571–578. 15. Ä å ì è ä î â  . Å . Êàê ìû âèäèì òî, ÷òî âèäèì. — Ì.: Çíàíèå, 1987. — 240 ñ. 16. Á å ë à í Ñ . Í . Èñïîëüçîâàíèå êëåòî÷íûõ òåõíîëîãèé â ñèñòåìàõ îáðàáîòêè è ðàñïîçíàâàíèÿ èçîáðàæåíèé // Èñêóññòâåííûé èíòåëëåêò. — 2008. — ¹ 3. — Ñ. 244–253. 17. Á å ë à í Ñ . Í . Ñèñòåìà ðàñïîçíàâàíèÿ èçîáðàæåíèé ñ ðàñòóùèìè êëåòî÷íûìè ñëîÿìè // Òàì æå. — 2010. — ¹ 4. — Ñ. 150–161. 18. Á å ë î ç å ð ñ ê è é Ë . À . Ââåäåíèå â ñèñòåìû àâòîìàòè÷åñêîãî ðàñïîçíàâàíèÿ. — Êèåâ: Íàóê. äóìêà, 2005. — 434 ñ. 19. Ø ì î é ë î â  . È . , À ä à ì à ö ê è é À . È . , Ê ó ç ü î Ì . Í . , Ð ó ñ û í  . Ï . Ïóëüñèðóþùèå èíôîðìàöèîííûå ðåøåòêè. — Ë.: Ìåðêàòîð, 2004. — 301 ñ. Ïîñòóïèëà 23.04.2009 44 ISSN 0023-1274. Êèáåðíåòèêà è ñèñòåìíûé àíàëèç, 2011, ¹ 5
id nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-84232
institution Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
issn 0023-1274
language Russian
last_indexed 2025-12-07T18:08:54Z
publishDate 2011
publisher Інститут кібернетики ім. В.М. Глушкова НАН України
record_format dspace
spelling Белан, С.Н.
2015-07-04T12:51:18Z
2015-07-04T12:51:18Z
2011
Специализированные клеточные структуры для контурного анализа изображений / С.Н. Белан // Кибернетика и системный анализ. — 2011. — Т. 47, № 5. — С. 33-44. — Бібліогр.: 19 назв. — рос.
0023-1274
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/84232
658.012:681.32
Розглянуто принципи побудови багатоканальної системи технічного зору з використанням клітинних автоматів. На основі запропонованого поняття геометричного типу зображення розпізнаються зображення, інваріантні до повороту, масштабування і динамічних змін. Запропоновано методи побудови геометричного типу зображення на основі клітинних технологій.
This article considers principles of construction of a multichannel system of technical vision using cellular automata. Based on the proposed concept of a geometric type, images invariant to rotations, scaling, and dynamic changes are recognized. Methods based on cellular technologies are proposed for the construction of geometrical-type images.
ru
Інститут кібернетики ім. В.М. Глушкова НАН України
Кибернетика и системный анализ
Кибернетика
Специализированные клеточные структуры для контурного анализа изображений
Спеціалізовані клітинні структури для контурного аналізу зображень
Specialized cellular structures for image contour analysis
Article
published earlier
spellingShingle Специализированные клеточные структуры для контурного анализа изображений
Белан, С.Н.
Кибернетика
title Специализированные клеточные структуры для контурного анализа изображений
title_alt Спеціалізовані клітинні структури для контурного аналізу зображень
Specialized cellular structures for image contour analysis
title_full Специализированные клеточные структуры для контурного анализа изображений
title_fullStr Специализированные клеточные структуры для контурного анализа изображений
title_full_unstemmed Специализированные клеточные структуры для контурного анализа изображений
title_short Специализированные клеточные структуры для контурного анализа изображений
title_sort специализированные клеточные структуры для контурного анализа изображений
topic Кибернетика
topic_facet Кибернетика
url https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/84232
work_keys_str_mv AT belansn specializirovannyekletočnyestrukturydlâkonturnogoanalizaizobraženii
AT belansn specíalízovaníklítinnístrukturidlâkonturnogoanalízuzobraženʹ
AT belansn specializedcellularstructuresforimagecontouranalysis