CC BY
30
УДК 004.932.2
Садыков C.C. , Терехин А.В. , Захаров К.С.
Муромский институт (филиал) ФГБОУ ВПО «Владимирский государственный университет имени А.Г. и Н.Г. Столетовых»
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ДИАПАЗОНОВ ЗНАЧЕНИЙ ПРИЗНАКОВ ФОРМЫ ПЛОСКИХ ФИГУР ПРИ ИХ ПРОИЗВОЛЬНОМ РАСПОЛОЖЕНИИ В ОБЛАСТИ СЦЕНЫ
Аннотация. В докладе описывается процесс вычисления диапазонов значений диагональных признаков формы, приводятся результаты исследований.
Ключевые слова: признак, диапазон, распознавание, объект.
Задача автоматизации сборочных процессов существует с 50х годов прошлого века, когда стали появляться системы технического зрения и начала активно развиваться робототехника. С совершенствованием технического обеспечения каждый раз возникает необходимость в разработке новых и улучшении существующих методов и алгоритмов обработки изображений, вычисления признаков объектов и их распознавания.
Признаком может быть любая информация, которая позволяет отличить один объект от другого [1]. Признаки бывают как числовые так и качественные. К числовым относятся - площадь периметр, длина, ширина, количество отверстий, моменты инерции, координаты центра тяжести и другие. Качественными признаками могут быть следующие - «длинный», «короткий» «выпуклый», «вогнутый», «простой», «сложный» и другие.
Немаловажным аспектом для числовых признаков является определение их диапазонов допустимых значений. Эта необходимость связана с тем, что в реальных системах часто присутствуют различного рода помехи. Часто они связаны с недостаточным освещением сцены или с его не правильной настройкой. Это влечет за собой появление теней, что в свою очередь влияет на значения соответствующих геометрических характеристик рассматриваемого объекта. От части подобных помех избавляются с помощью методов предварительной обработки [2].
Но, не смотря на это, значения некоторых характеристик объекта уже не будут соответствовать аналогичным значениям идентичного эталона. Поэтому задача определения диапазонов значений признаков эталонных объектов является актуальной.
Данная задача решается методом научного эксперимента. Он заключается в проведении опытов на тестовых экземплярах объектов.
Эксперимент делится на следующие этапы:
- Сбор информации;
- Наблюдение явления;
- Анализ результатов наблюдений и формирование выводов.
Теоретическая часть
Алгоритм определения диапазонов значений признаков формы представлен на схеме рис. 1.
Блок анализа отклонений признаков по всем выборкам фигур
Рис. 1 Схема алгоритма определения диапазонов значений диагональных признаков формы
1. Генерируется выборка фигур одного типа.
2. Вычисляются диагональные признаки каждого объекта.
Блок Блок Блок вычисления
генерации изображений вычисления признаков отклонений выборки ■ фигур одного типа Память ЭВМ
х1 *2 -■ Xn
a11 а12 ■■■ a\n
А = a2i a22 ■■■ a2n
_am1 am2 ■■■ amn _
где xi — хи - вектор признаков; n - количество признаков объекта; atj - значение признака j
генерируемой фигуры i (i=1..n, j=1..m); A - выборка сгенерированных фигур типа 1.
3. Вычисляются отклонения каждого признака по каждому столбцу матрицы А.
Ак,- = max(a ) — min(a )
где Akt - отклонение i-го признака фигуры типа 1.
Пункты 1,2 выполняются для каждого типа фигур. Формируются векторы отклонения признаков для каждого типа объектов:
АК1 = (Aki, Ак2,..., Акп}
где l -тип фигуры; AK{ - вектор отклонений фигуры типа L.
4. Отклонения по каждой выборке объектов сохраняются в памяти ЭВМ.
5. Из полученных векторов AKL строится матрица K, содержащая отклонения значений всех признаков для каждого типа объектов.
X х2 ■■ Xn
Ак11 Ак12 ■■ Ак1п
K = Ак21 Ак22 ■■ Ак2п
_Акл АкХ2 ■■ АкЬп
По матрице K определяются максимальные отклонения по каждому признаку для всех типов объектов:
S = max( Ак/)
где S - отклонение i-го признака; l - тип фигуры; Д = (^ ,S2,„;Sn}
где Д - вектор отклонений признаков для любого типа фигур из заданного набора.
Экспериментальная часть
В качестве объектов наблюдения были выбраны плоские геометрические фигуры. Для их исследования была разработана и реализована программа-генератор объектов, которая создает N фигур выбранного типа со случайными значениями параметров, вычисляет их признаки и выводит в таблицу.
Число N выбирается исследователем. Так как сгенерированные фигуры имеют ровные грани и углы, необходимо ввести случайные помехи. Для этого к изображениям фигур применяется фильтр Гаусса со случайным размером маски [2] . Это позволяет имитировать влияние помех как на реальных снимках. Для каждого сгенерированного объекта вычисляются признаки формы [3].
Для некоторых геометрических фигур данные признаки формы имеют стандартные значения не зависимо от их размера, что в свою очередь позволяет сформировать классы объектов. В таблице 1 приведены типовые значения некоторых признаков формы для плоских фигур.
Таблица 1 Классы плоских фигур.
Название фигуры ПКФ ДКФ КДО1 КДО2 КДО3 КДО4
Круг i 0,707107 0,707107 0,707107 0,707107 0,707107
Квадрат i 1 1 1 1 1
Равнобедренный треугольник л л 1 0,5 1 0,5
Равносторонний треугольник 0,866025 0,755929 1 0,5 1 0,5
Прямоугольник (0;1) 1 1 1 1 1
Полукруг 0,5 1,154701 1 0,707107 1 0,707107
Эллипс л л (0,5;1) (0,5;1) (0,5;1) (0,5;1)
Параллелограмм л л лл1 лл2 лл1 Лл2
Где л - любое значение, лл1, лл2 - попарно равные значения признаков.
Для определения диапазонов значений признаков для каждого класса были сгенерированы 1000 экземпляров каждого типа фигур. Были найдены максимальные и минимальные значения каждого признака, а так же отклонения с учетом внесенных помех. Результаты сведены в таблицу 2.
Таблица 2 Экспериментальные значения диагональных признаков формы и их отклонений для каждой выборки фигур.
Наименование фигуры ПКФ ДКФ КДО1 КДО2 КДО3 КДО4 КД1 КД2
Круг Мин. 0,99359 0,97383 0,68421 0, 68263 0, 68263 0,69697 0,95545 0,96312
Макс 1 0,99380 0,70769 0,71437 0,71437 0,72222 0,99734 0,99734
Откл 0,00641 0,01997 0,02348 0,03173 0,03173 0,02525 0,04188 0,03422
Квадрат Мин. 1 0,71135 0,96969 0,95511 0,97142 0,97058 0,98473 0,98473
Макс 1 0,71773 0,987 95 1 1 1 0,99395 0,99998
Откл 0 0,00638 0,01825 0,04488 0,02857 0,02941 0,00922 0,01524
Равнобедр. треугольник Мин. 0,18309 0,18309 0,98113 0,50413 0,98113 0,50413 0,68650 0,68650
Макс 0,18867 0,18867 0,987 95 0,52181 1 0,5236 0,69951 0,69951
Откл 0,00558 0,00558 0,00681 0,01768 0,01886 0,01947 0,01301 0,01301
Равностор. треугольник Мин. 0,85904 0,74705 0,98571 0,48960 0,98571 0,48988 0,73348 0,73348
Макс 0,86907 0,76102 0,987 95 0,50019 1 0,50938 0,73826 0,74098
Откл 0,01002 0,01397 0,00223 0,01058 0,01428 0,01949 0,00478 0,00750
Прямоуголь- ник Мин. 0,59803 0,51767 0,98547 0,97699 0,98547 0,97699 0,98968 0,98968
Макс 0, 63392 0,53972 0,98719 1 1 0,99114 0,99757
Откл 0,03588 0,02205 0,00172 0,02300 0,01453 0,02300 0,00146 0,00788
Полукруг Мин. 0,47826 0,47724 0,96014 0,66372 0,96014 0,66372 0,85849 0,85849
Макс 0,51923 0,51836 0, 97 962 0,68459 1 0,70010 0,88439 0,88439
Откл 0,04097 0,04112 0,01948 0,02087 0,03985 0,03638 0,02590 0,02590
Эллипс Мин. 0,5 0,49984 0,68450 0,69800 0,68450 0,69800 0,77968 0,77968
Макс 0,52941 0,52882 0,70703 0,70385 0,70703 0,70385 0,79636 0,79636
Откл 0,02941 0,02898 0,02252 0,00584 0,02252 0,00584 0,01668 0,01668
Параллело- грамм Мин. 0,58992 0,51129 0,85551 0, 98293 0,98938 0,85098 0,85826 0,99237
Макс 0, 60927 0,52336 0,86179 0,98437 0,99038 0,86094 0,86637 0,99319
Откл 0,01934 0,01206 0,00628 0,00144 0,00100 0,00995 0,00811 0,00082
Где ПКФ, ДКФ, КДО1, КДО2, КДО3, КДО4, КД1, КД2 - соответственно прямоугольный коэффициент формы, диагональный коэффициент формы, 4 коэффициента диагональных отрезков, 2 коэффициента диагоналей [3].
Таблица 3 Отклонения значений диагональных признаков по всем фигурам.
Наименование фигуры ПКФ ДКФ КДО1 КДО2 КДО3 КДО4 КД1 КД2
Круг 0,00641 0,01997 0,023482 0,031734 0,031734 0,025253 0,041887 0,034222
Квадрат 0 0,00638 0,018255 0,044883 0,028571 0,029412 0,009222 0,015246
Равнобедренный треугольник 0,00558 0,00558 0,006815 0,017688 0,018861 0,01947 0,013012 0,013012
Равносторонний треугольник 0,01002 0,01397 0,002236 0,010588 0,014283 0,019497 0,004781 0,007503
Прямоугольник 0,03588 0,02205 0,001722 0,023005 0,01453 0,023005 0,001464 0,007886
Полукруг 0,04097 0,04112 0,01948 0,020875 0,039854 0,03638 0,025908 0,025908
Эллипс 0,02941 0,02898 0,022528 0,005845 0,022528 0,005845 0,016683 0,016683
Параллелограмм 0,01934 0,01206 0,006286 0,001442 0,001004 0,009952 0,008114 0,000827
Таким образом, получился следующий вектор отклонений данных диагональных признаков для плоских геометрических фигур:
Д - ''ПКФ, 'дКФ, 'кДО 1, 'кДО2, 'кДО3, 'кДО4,'кД1 'кД 2} ,
со значениями отклонений:
'ПКФ - 0,04097 ;
8тФ = 0,041122 ;
3кдо\ = 0,023482 ;
$кдо2 = 0,04483 ;
8Щоз = 0,039854 ;
$кдо4 ~ 0,03638 ;
8Ш = 0,041887 ;
8кд2 = 0,034222 .
Полученные значения найдут себе применение в алгоритмах распознавания, которые используют в расчетах числовые признаки, и допускают влияние помех на исследуемом изображении.
ЛИТЕРАТУРА
1. Садыков С. С., Стулов Н.Н. Методы и алгоритмы выделения признаков объектов в системах технического зрения. - М.: изд. Горячая линия - Телеком, 2005
3. Садыков С.С. Цифровая обработка и анализ изображений. - Ташкент: НПО «Кибернетика» АН
РУз, 1994. - с.98-102, 142-152
3. Терехин А.В. Метод формирования вектора признаков для идентификации проекций реальных трехмерных объектов // Наука и современность - 2013" сборник материалов XX международной научно-практической конференции. Новосибирск, 20 февраля 2013 г., Под общей редакцией к.э.н. С.С. Чеснокова. Изд Новосибирск 2013, - 300с. ил.
