УСТРОЙСТВО ДЛЯ РАСПОЗНАВАНИЯ СИТУАЦИЙ Российский патент 2002 года по МПК G06K9/62 

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и предназначено для использования в системах автоматического распознавания ситуаций, в частности для распознавания состояний сложных технологических объектов по спектральным характеристикам их параметров.

Известно устройство для распознавания образов по авторскому свидетельству 1575211 (опубл. 30.06.90 в Бюл. 24, МПК G 06 К 9/00), используемое в зрительных и классифицирующих системах роботов и при вводе графической информации в ЭВМ, которое по своей технической сущности является наиболее близким к предлагаемому устройству. Это устройство содержит входной блок, состоящий из преобразователей унитарного кода в двоичный и компараторов, блок коммутации, включающий в себя селекторы входных каналов, входы которого подключены к выходам входного блока, блок принятия решений на базе мажоритарного элемента, вход которого подключен к выходу блока коммутации, генератор случайных чисел, подключенный к первому входу мультиплексора, блок памяти, выход которого подключен ко второму входу мультиплексора, а информационный вход к выходам регистра и ко входам блока коммутации, логический элемент НЕ, логический элемент ИЛИ, триггер, двоичный счетчик, сдвиговый регистр и блок управления, причем выход мультиплексора подключен ко входу первого регистра, а выход мажоритарного элемента - через элемент НЕ на установочный вход триггера.

Недостатком устройства-прототипа является низкая достоверность распознавания образов, имеющих классификационные признаки со случайным характером изменения величин, либо поступающих по зашумленным каналам, либо меняющих свои значения в зависимости от условий окружающей среды или во времени. Низкая достоверность устройства-прототипа обусловлена следующими причинами:
- процесс обучения и распознавания производится для одной разделяющей функции, реализуемой мажоритарным элементом с жесткой структурой, что исключает нахождение и выбор рациональной с точки зрения достоверности комбинации входных признаков и вида разделяющей функции;
- выбор признаков в процессе обучения для распознавания изображения образа производится по первой же комбинации фрагментов, дающей по мажоритарному принципу положительный результат, что может привести к ошибке в процессе распознавания, при изменении величины выбранных признаков вследствие случайного характера изменения признака или сбоя;
- в качестве генератора признаков в устройстве-прототипе использован генератор случайных чисел, что не позволяет производить упорядоченный перебор вариантов признаков и разделяющих функций, кроме того, это устройство не позволяет производить сравнение и выбор оптимального варианта;
- в устройстве не предусмотрена возможность оперативной коррекции состава признаков распознавания и вида разделяющей функции в случае изменения величин признаков в зависимости от изменения окружающей обстановки и от фактора времени.

Техническим результатом настоящего изобретения является повышение достоверности распознавания ситуаций.

Для достижения этого результата в устройстве для распознавания ситуаций, содержащем входной блок, информационные входы которого подключены ко входу устройства, блок коммутации каналов, входы которого подключены к выходам входного блока, генератор кодов признаков, мультиплексор, первый информационный вход которого подключен к первому выходу генератора кодов признаков, блок памяти, выход которого подключен ко второму информационному входу мультиплексора, блок принятия решений, информационные входы которого подключены к выходам блока коммутации каналов, двоичный счетчик, регистр двоичного кода и блок управления, четвертый и пятый выходы которого подключены соответственно к адресному входу мультиплексора и к первому управляющему входу генератора кодов признаков, в качестве входного блока использован блок буферного регистра, в качестве блока памяти - многоразрядный регистр кода признаков и разделяющей функции, а также дополнительно включены блок кольцевых сдвиговых регистров и две схемы сравнения, причем информационные входы и выходы блока кольцевых сдвиговых регистров посредством внутренних магистральных шин устройства подключены к выходам блока буферного регистра и ко входам блока коммутации каналов, первый выход мультиплексора подключен непосредственно к адресным входам блока коммутации каналов, а второй выход - к настроечным входам блока принятия решения, выход которого является выходом устройства и подключен ко второму информационному входу первой схемы сравнения, первый информационный вход которой подключен к шине младшего разряда внутренней магистрали устройства, первый выход первой схемы сравнения подключен к пятому входу блока управления, а второй выход - к счетному входу двоичного счетчика, выход которого подключен к первому информационному входу второй схемы сравнения и к информационному входу регистра двоичного кода, второй информационный вход второй схемы сравнения подключен к выходу регистра двоичного кода, а управляющий вход - к восьмому выходу блока управления, первый, второй и третий выходы которого подключены соответственно к первому и второму управляющим входам блока буферного регистра и к первому управляющему входу блока кольцевых сдвиговых регистров, четвертый выход - ко второму управляющему входу блока кольцевых сдвиговых регистров, шестой выход - ко второму управляющему входу блока генерации кодов признаков, седьмой выход - к управляющему входу первой схемы сравнения, а первый и второй входы блока управления подключены соответственно к первому и второму управляющему входам устройства, третий и четвертый входы блока управления подключены соответственно к выходам младших разрядов блока буферного регистра и блока кольцевых сдвиговых регистров, а пятый и шестой входы блока управления - соответственно к первому выходу первой схемы сравнения и ко второму выходу генератора кодов признаков, а в блоке коммутации каналов, содержащем дешифратор кода признака и управляемые клапаны, выходы управляемых клапанов подключены непосредственно к выходу блока коммутации каналов, при этом блок принятия решений содержит сумматор единиц унитарного кода, входы которого подключены к информационному входу блока принятия решений, дешифратор порога разделяющей функции, вход которого подключен к настроечному входу блока принятия решений, и схему сравнения, входы которой подключены к выходам сумматора единиц унитарного кода и дешифратора порога разделяющей функции, а выходы - к выходу блока принятия решений, а генератор кодов признаков содержит блок коммутации счетчиков, блок занесения данных в счетчики, первый вход которого подключен ко второму входу генератора кодов признаков и ко второму входу блока коммутации счетчиков, блок счетчиков, входы занесения данных которого подключены к выходам блока занесения данных, счетный вход - к первому входу генератора кодов признаков, блок схем совпадения, входы которого подключены к выходам блока счетчиков, блок формирования сигнала об окончании перебора кодов признаков, причем выход блока счетчиков подключен к первому выходу генератора кодов признаков, выход блока схем совпадения - ко входу блока формирования сигнала об окончании перебора, а также - ко вторым входам блока занесения данных в счетчики и блока коммутации счетчиков, выход которого подключен к третьему входу блока занесения данных в счетчики и ко второму выходу генератора кодов признаков, а выход блока формирования сигнала окончания перебора подключен к третьему выходу генератора кодов признаков.

На фиг. 1 представлена структурная схема устройства для распознавания ситуаций; на фиг.2 - структурная схема блока коммутации каналов; на фиг.3 - структурная схема блока принятия решений; на фиг.4 - структурная схема генератора кодов признаков; на фиг.5 - структурная схема блока управления устройства; на фиг.6 - таблица истинности дешифратора порога разделяющих функций; на фиг.7 - детализированная структурная схема генератора кодов признаков как пример реализации генератора кодов.

Устройство содержит буферный регистр 1, блок кольцевых сдвиговых регистров 2, блок коммутации каналов 3, блок принятия решения 4, блок управления 5, генератор кодов признаков 6, регистр кода признаков и разделяющей функции 7, мультиплексор 8, два блока сравнения 9 и 10, двоичный счетчик 11 и регистр двоичного кода 12, причем информационные входы буферного регистра 1 являются информационными входами устройства, выходы буферного регистра через шины внутренней информационной магистрали подключены ко входам и выходам блока кольцевых сдвиговых регистров 2 и к информационным входам блока коммутации каналов 3, выходы которого подключены к информационному входу блока принятия решений, а первый и второй управляемые входы блока буферного регистра 1 подключены соответственно к первому и второму выходу блока управления 5, первый и второй входы блока управления 5 подключены соответственно к первому и второму управляющим входам устройства, третий и четвертый входы блока управления подключены соответственно к управляющему выходу блока буферного регистра 1 и к шине младшего разряда внутренней информационной магистрали устройства, а пятый и шестой входы блока управления соответственно к первому выходу первого блока сравнения 9 и к третьему выходу генератора кодов признаков 6, третий выход блока управления 5 подключен к первому управляющему входу блока кольцевых сдвиговых регистров 2, четвертый выход - ко второму управляющему входу блока кольцевых сдвиговых регистров 2 и к адресному входу мультиплексора 8, а пятый, шестой, седьмой и восьмой управляющие выходы блока управления 5 подключены соответственно к первому и второму входам генератора кодов признаков 6, а также к управляющим входам первой 9 и второй 10 схем сравнений; информационный выход генератора кодов признаков 6 подключен к первому информационному входу мультиплексора 8 и к информационному входу многоразрядного регистра кодов признаков и разделяющей функции 7, выход которого подключен ко второму информационному входу мультиплексора 8, первый выход мультиплексора 8 подключен к адресным входам блока коммутации каналов 3, а второй выход - к настроечным входам блока принятия решений 4, выход которого является выходом устройства и подсоединен ко второму информационному входу первой схемы сравнения 9, первый информационный вход первой схемы сравнения 9 подсоединен к шине младшего разряда внутренней магистрали устройства, а второй выход подключен к счетному входу двоичного счетчика 11, выход двоичного счетчика 11 подсоединен к первому информационному входу второй схемы сравнения 10 и к информационному входу регистра двоичного кода 12, выход которого подключен ко второму информационному входу второй схемы сравнения 10, а выход второй схемы сравнения подсоединен к управляющим входам многоразрядного регистра кодов признаков и разделяющей функции 7 и регистра двоичного кода 12.

Блок коммутации каналов устройства (фиг.2) содержит дешифратор кода признаков 13 и управляемые клапаны 14, причем информационные входы управляемых клапанов 14 подключены к информационным входам блока коммутации х1-х10, входы дешифратора 13 - к адресным входам блока коммутации с1-с28, выходы дешифратора 13 - к управляющим входам управляемых клапанов 14, а выходы управляемых клапанов 14 подключены непосредственно к выходу блока коммутации каналов а1-а10.

Блок принятия решений (фиг.3) содержит сумматор единиц унитарного кода 15, входы которого подключены к информационному входу блока принятия решений a1-a10, дешифратор 16 порога разделяющей функции, вход которого подключен к настроечному входу блока принятия решений b1-b6, и схему сравнения 17, входы которой подключены к выходам сумматора единиц унитарного кода 15 и дешифратора порога разделяющей функции 16, а выход - к выходу R блока принятия решений.

Генератор кодов признаков (фиг.4) содержит блок коммутации 18 счетчиков, блок занесения 19 данных в счетчики, первый вход которого подключен ко второму входу генератора кодов признаков d2 и ко второму входу блока коммутации 18 счетчиков, блок счетчиков 20, входы занесения данных которого подключены к выходам блока занесения данных 19, счетный вход - к первому входу генератора кодов признаков d1, блок схем совпадения 21, входы которого подключены к выходам блока счетчиков 20, блок формирования сигнала об окончании перебора кодов признаков 22, причем выход блока счетчиков 20 подключен к первому выходу генератора кодов признаков с1-с28, выход блока схем совпадений 21 - ко входу блока формирования сигнала об окончании перебора 22, а также - ко вторым входам блока занесения данных 19 в счетчики и блока коммутации 18 счетчиков, выход которого подключен к третьему входу блока занесения данных 19 в счетчики и ко второму выходу генератора кодов признаков b1-b6, а выход блока формирования сигнала окончания перебора 22 подключен к третьему выходу е генератора кодов признаков.

Блок управления устройства (фиг.5) содержит дешифратор 23 входных сигналов и сигналов состояния блока управления, две программируемые логические матрицы 24 и 25, регистр состояния 26, генератор импульсных сигналов 27, двоичный счетчик 28 и схему сравнения 29, причем входы дешифратора 23 входных сигналов и сигналов состояния блока управления подключены к управляющим входам k1-k2 блока управления, а также - ко входам условий f1-f4 блока управления и к выходам регистра состояний 26, а выходы дешифратора 23 подключены ко входам программируемых матриц 24 и 25, выходы генератора импульсов 27 подключены к импульсному входу программируемой логической матрицы 25 и к счетному входу двоичного счетчика 28, выходы программируемой логической матрицы 24 подключены ко входам регистра состояний 26, а выходы программируемой логической матрицы 25 являются выходами блока управления, выходы двоичного счетчика 28 подключены к первой группе входов схемы сравнения 29, ко второй группе входов которой подключены клеммы g контактов, имеющих код 20, а выход схемы сравнения 29 подключен к импульсному входу программируемой логической матрицы 25.

Устройство распознавания ситуаций работает в четырех режимах: режим ввода исходных данных, режим обучения, режим распознавания ситуаций и контрольный режим. Выбор режима определяется состояниями первого k1 и второго k2 управляющих входов устройства. В исходном состоянии, когда k1=0 и k2=0, выходные клапаны блока буферного регистра 1 и блока кольцевых сдвиговых регистров 2 закрыты и в блок кольцевых сдвиговых регистров 2 поступают сигналы, соответствующие нулевой информации под действием сигналов сдвига, поступающих от блока управления 5. Благодаря этому в исходном состоянии блок кольцевых сдвиговых регистров обнулен. Все остальные блоки устройства находятся в статическом состоянии. Для задания режима ввода исходных данных на вход k1 подается единичный уровень, т.е. k1=1. Затем с временным интервалом Δt через блок буферного регистра 1 в блок кольцевых сдвиговых регистров 2 последовательно вводятся сначала десять значений векторов признаков для ситуаций класса А объекта, а затем десять значений для ситуаций класса В. При этом занесение векторов ситуаций класса А сопровождается единичным значением на входе Y, а занесение векторов ситуаций класса В - соответственно нулевым. В процессе ввода исходных данных для обучения устройства сначала из блока управления 5 на первый управляющий вход блока буферного регистра 1 подаются сигналы занесения информации со входа устройства, затем по сигналам из блока управления 5, поступающим на второй вход блока буферного регистра 1, открываются выходные клапаны блока буферного регистра 1 и одновременно по сигналам занесения-сдвига, поступающим из блока управления 5 на первый управляющий вход блока кольцевых сдвиговых регистров 2, производится последовательное занесение двадцати векторов входных значений в блок кольцевых сдвиговых регистров 2. Процесс ввода исходных данных завершается при заполнении информацией блока кольцевых сдвиговых регистров 2 и поступлении на четвертый вход блока управления 5 соответствующего сигнала, который инициирует начало режима обучения устройства.

В режиме обучения в качестве базовой модели (разделяющей функции для ситуаций классов А и В), применяемой при распознавании, в устройстве использован полином следующего вида:

где х_i - значение признака в i-том канале:
q_i - бинарные коэффициенты, причем х_i={0,1}, q_i={0,1},
n - общее число каналов (признаков), подключенных к устройству (для данного устройства n=10).

Целью обучения является определение совокупности из m признаков для разделяющей функции (1), имеющих единичные коэффициенты q_i, обеспечивающих максимальное общее число верных результатов распознавания ситуаций классов А и В на обучающей выборке из двадцати векторов.

Величина m в данном устройстве изменяется в диапазоне от 3 до 9 и характеризует число каналов (признаков), а также вид разделяющего правила, используемых для распознавания в конкретном случае. Перечень каналов, входящих в m, определяется различными сочетаниями по m из n. Разделяющее правило, по которому блок принятия решения 4 относит конкретный вектор входных значений Х к классу А или В, имеет следующий вид:

где функционал Round (m/2) определяет число, равное округленному отношению m/2.

В режиме обучения блок управления 5 инициирует перебор генератором кодов признаков 6 всех возможных сочетаний входных каналов по m из n, а также кодов всех возможных разделяющих правил вида (2) для данных сочетаний. При этом с выхода генератора кодов признаков 6 на первый вход мультиплексора 8 поступает тридцатичетырехразрядный код, содержащий в себе двадцативосьмиразрядный код сочетания каналов и шестиразрядный код порога разделяющей функции для анализа вектора признаков, поступающих по этим каналам. Далее код сочетания каналов через первый выход мультиплексора 8 подается на вход блока коммутации каналов 3, в котором посредством дешифратора 13 кода признака (фиг. 2) производится расшифровка адресов каналов сочетания и подключение их через клапана 14 (фиг. 2) ко входам блока принятия решений 4. Дешифратор 13 кода признака предназначен для расшифровки двоичного кода адреса совокупности каналов и преобразования его в десятиразрядный унитарный код, в котором значение каждого разряда определяет значение коэффициента q_i в выражении (1). В результате преобразований на выходах блока коммутации каналов 3 определяются произведения q_ix_i из выражения (1). Одновременно с этим код порога разделяющей функции со второго выхода мультиплексора 8 подается на настроечные входы блока принятия решений 4 для вычисления суммы S по выражению (1) и выполнения процедуры распознавания по правилу (2). При этом сумматор 15 (фиг.3) единиц унитарного кода производит вычисление суммы S согласно выражению (1), дешифратор 16 порога разделяющей функции определяет величину Round (m/2) и соответственно правило принятия решения согласно таблице истинности дешифратора порога разделяющих функций (фиг.6), а схема сравнения 17 реализует разделяющее правило по выражению (2).

Проверка каждого варианта модели производится на базе исходной выборки данных, хранящихся в блоке кольцевых сдвиговых регистров 2. При этом посредством управляющих сигналов сдвига, поступающих из блока управления 5 на первый вход блока кольцевых сдвиговых регистров 2, через блок коммутации каналов 3 на вход блока принятия решений 4 последовательно подаются все двадцать векторов исходных значений признаков, а в схеме сравнения 9 производится сравнение кода истинной ситуации объекта, поступающего на первый вход схемы сравнения 9 из блока кольцевых сдвиговых регистров 2 по шине младшего разряда внутренних магистралей устройства, и выходного кода блока принятия решений 4. Если эти коды совпадают, то в двоичный счетчик 11 добавляется единица. В процессе обучения все регистры блока кольцевых сдвиговых регистров 2 работают в режиме кольцевого сдвига. При этом по сигналам от блока управления 5 выходные клапаны блока кольцевых сдвиговых регистров открыты, а на первый управляющий вход его поступают импульсы сдвига. На каждый двадцатый импульс, свидетельствующий о завершении проверки очередного варианта, по восьмому выходу блока управления 5 в схему сравнения 10 поступает сигнал, по которому в регистр двоичного кода 12 заносится содержимое двоичного счетчика 11 при условии, что оно больше текущего значения регистра двоичного кода 12. Одновременно с этим в многоразрядный регистр кода признаков и разделяющей функции 7 записывается код лучшего на текущий момент времени варианта разделяющей функции и сочетания каналов. В процессе обучения в устройстве анализируются результаты верного распознавания для всех сочетаний вариантов каналов: по три из десяти, по четыре из десяти и т.д., по девять из десяти - для соответствующих разделяющих правил. Например, для сочетаний по три из десяти - по мажоритарному правилу: два из трех, для сочетаний четыре из десяти - соответственно: два из четырех, для сочетаний по пять из десяти - три из пяти и т.д. При этом в многоразрядном регистре кода признаков и разделяющей функции 7 определяется код модели, соответствующей максимальному результату по правильному распознаванию ситуаций по исходным данным. По завершении анализа последнего варианта и режима обучения в целом из генератора кодов признаков 6 на седьмой управляющий вход блока управления 5 поступает сигнал, инициирующий переход к режиму распознавания.

В режиме распознавания ситуации по сигналу от блока управления 5 исследуемый вектор данных сначала записывается в буферный регистр 1. Затем через открытые выходные клапаны блока буферного регистра 1 по шинам внутренних магистралей устройства эти данные подаются на информационные входы блока коммутации каналов 3 и далее на вход блока принятия решений 4. При этом на адресные входы блока коммутации каналов 3 и на настроечные входы блока принятия решений 4 с выхода многоразрядного регистра кодов признаков и разделяющей функции 7 через второй информационный вход мультиплексора 8 по сигналу из блока управления 5, поступающему на адресный вход мультиплексора 8, подаются соответственно код адресов каналов и код порога разделяющей функции, обеспечивающие максимальную достоверность распознавания по результатам обучения устройства. Распознавание производится за один такт в темпе поступления входной информации. В результате распознавания ситуации устройство выдает на выходе R сигнал 1, если определена ситуация класса А, и сигнал 0, если определена ситуация класса В.

Режим контрольного распознавания предназначен для проверки разделяющей функции и уточнения ее в случае изменения характеристик объекта. Контрольные входные данные сопровождаются признаком k2=1 на втором управляющем входе блока управления 5. При этом в схеме сравнения 9 производится сравнение кода распознавания с выхода устройства, поступающего на второй вход схемы сравнения 9, и кода фактической ситуации, поступающего на первый вход схемы сравнения 9 с младшего разряда блока буферного регистра 1. Если коды не совпадают, то на пятый вход блока управления 5 поступает сигнал об ошибке. По этому сигналу контрольный замер заносится в блок кольцевых сдвиговых регистров 2 и производится переобучение устройства так, как было описано выше. При занесении контрольного вектора данных в блок кольцевых сдвиговых регистров 2 для сохранения равного представительства ситуаций классов А и B в блоке кольцевых сдвиговых регистров удаляется более ранний вектор соответствующей ситуации. Это достигается тем, что перед занесением в блок кольцевых сдвиговых регистров 2 контрольного вектора Х_k производится сравнение значений Y, характеризующих код ситуации, на третьем и четвертом управляющих входах блока управления 5. Если они совпадают, то контрольный вектор заносится. В противном случае производится кольцевой сдвиг по всем регистрам блока кольцевых сдвиговых регистров 2 до получения нужного совпадения.

Генератор кодов признаков 6 работает следующим образом. Первоначально по сигналу исходной установки от блока управления 5 устройства, поступающему на второй вход d2, блок коммутации счетчиков 18 и счетчики блока счетчиков 20 устанавливаются в исходное состояние. Генератор кодов признаков 6 начинает работу при поступлении на первый вход d1 счетных импульсов от блока управления 5.

Предположим, что при n=10, m=3, тогда правило перебора сочетаний признаков может быть описано оператором вложенных циклов:
For i1:=1 to n-(m-1) do
For i2:=i1+1 to n-(m-2) do (3)
For i3:=i2+1 to n-(m-3) do
Kvar:=i1•10000+i2•100+i3•1,
где Kvar - код сочетания варианта.

Перебор сочетаний производится с использованием оператора вложенных циклов, причем число вложений циклов вместе с внешним соответствует числу каналов в сочетании, а начальный индекс каждого вложенного цикла на единицу выше начального индекса каждого соответствующего внешнего цикла. Перебор сочетаний в генераторе кодов признаков 6 выполнен с использованием девяти двоичных счетчиков блока счетчиков 20 (фиг.4), имеющих различный период заполнения. Для обеспечения различных периодов заполнения счетчиков предназначены блок занесения 19 данных в счетчики и блок схем совпадения 21 (фиг. 4), обеспечивающих контроль заполнения счетчиков до соответствующих им уровней n-(m-1), n-(m-2). ..n. Блок занесения 19 данных в счетчики обеспечивает занесение значений i1, i2. ..i9 в соответствующие счетчики при их исходной установке и текущих значений в процессе работы генератора кодов признаков 6. Блок коммутации 18 счетчиков предназначен для задания числа m в сочетании из n, или вида разделяющего правила. Для задания m=3 блок коммутации разрешает занесение данных лишь в три счетчика нижнего уровня блока счетчиков 20. Для задания m=4 - соответственно в четыре и т.д., причем подключение счетчиков при изменении m от 3 до 9 производится автоматически по сигналам от соответствующих схем совпадения блока схем совпадения 21 (фиг.4) в процессе упорядоченного перебора сочетаний. При этом на первый выход с1-с28 генератора кодов признаков поступает двадцативосьмиразрядный код сочетания признаков, на второй выход b1-b6 - шестиразрядный двоичный код порога разделяющей функции, а на третий выход е - сигнал об окончании перебора.

Блок управления устройства 5 работает следующим образом. Дешифратор 23 (фиг.5) преобразует совокупность входных кодов k1-k2, кодов условий f1-f4, а также кодов состояния, поступающих с выхода регистра состояний 26, в код, определяющий следующее состояние блока управления 5 и очередной команды. В программируемых логических матрицах 24 и 25 записаны соответственно функции перехода состояний блока управления 5 и выходные функции для задания кодов команд. Согласно этим функциям, код дешифратора 23 далее преобразуется соответственно в код следующего состояния блока управления 5 и в код очередной команды. Код состояния с выходов матрицы 24 записывается в регистр состояний 26, а код команды с выхода матрицы 25 поступает на управляющие выходы z1-z8 блока управления 5. Генератор импульсных сигналов 27 определяет временной режим работы устройства и генерирует последовательность импульсных сигналов для работы счетчиков устройства. Двоичный счетчик 28 и схема сравнения 29 предназначены для отсчета двадцати импульсов при управлении сдвигом в блоке кольцевых сдвиговых регистров 2 в процессе обучения устройства.

На фиг. 7, как пример реализации, представлена детализированная структурная схема генератора кодов признаков и разделяющей функции 6 (фиг.1). Генератор кодов признаков и разделяющей функции (фиг.7) содержит блок триггеров 23 из шести R-S триггеров, логический элемент И 24, восемь инкриментирующих сумматоров 25, восемь логических элементов ИЛИ 26, восемь схем задержки 27, девять двоичных счетчиков 28-36 и десять схем совпадения 37-46, причем установочные входы триггеров блока триггеров 23 подключены соответственно к выходам схем совпадения 37-42, а также ко вторым входам соответствующих логических элементов ИЛИ, к счетным входам счетчиков верхнего уровня, ко входам схемы совпадения 46 и ко второй группе выходов генератора кодов признаков и разделяющей функции b1-b6, а выходы блока триггеров 23 подключены к первому входу элемента И 24 и управляющим входам инкриментирующих сумматоров 25, выходы элемента И 24 и инкриментирующих сумматоров 25 подключены к информационным входам соответствующих счетчиков 28-36, вторые входы элемента И 24 и инкриментирующих сумматоров 25 подсоединены к шине единичного сигнала высокого уровня +5 В, а выход схемы совпадения 46 подключен к третьему выходу генератора кодов признаков и разделяющей функции f4, первые входы всех логических элементов ИЛИ 26 объединены и подключены к установочному входу генератора кодов признаков и разделяющей функции и к установочному входу блока триггеров 23, а выходы логических элементов ИЛИ 26 подключены ко входам соответствующих схем задержки 27, выходы схем задержки 27 подключены ко входам занесения соответствующих счетчиков 28-36, выходы которых подключены к первой группе выходов генератора кодов S1-S9, к первым входам соответствующих инкриментирующих сумматоров 25 и к первым входам соответствующих схем совпадения 37-45, вторые входы которых подключены к клеммам генератора кодов признаков и разделяющей функции р2-p10 с двоичными кодами, соответствующими значениям 2, 3,...10, а счетный вход счетчика 36 подключен ко счетному входу генератора кодов признаков и разделяющей функции d1.

На выходы S1-S9 поступает двадцативосьмиразрядный код, поскольку каждый из выходов S1-S9 подключен к выходам соответствующих счетчиков 37-45, причем счетчики 37 и 38 имеют разрядность 2, счетчики 39-42 соответственно - 3, счетчики 43-45 - 4.

Инкриментирующие сумматоры 25 выполняют операцию двоичного сложения двух слагаемых, одно из которых равно 1, при реализации оператора вложенных циклов согласно выражению (3).

Блок триггеров 23 выполняет функции блока коммутации счетчиков 18 (фиг. 4). Логический элемент И 24, инкриментирующие сумматоры 25, логические элементы ИЛИ 26 и схемы задержки 27 составляют в совокупности блок занесения 19 данных в счетчики (фиг.4). Счетчики 28-36 входят в блок счетчиков 20, схемы совпадения 37-45 составляют блок схем совпадения 21, а на схеме совпадения 46 выполнен блок формирования сигнала окончания перебора кодов 22 (фиг.4).

Предлагаемое устройство по сравнению с устройством-прототипом имеет большую достоверность распознавания ситуаций, имеющих классификационные признаки со случайным характером изменения величин, либо поступающих по зашумленным каналам, либо меняющих свои значения в зависимости от условий окружающей среды или во времени. Большая достоверность предлагаемого устройства обеспечена отличительными особенностями его структуры и алгоритмов работы, позволяющих:
- расширение перечня возможных разделяющих функций и разделяющих правил для распознавания ситуаций;
- проведение упорядоченного перебора всех возможных комбинаций признаков и разделяющих функций и определение наилучшей совокупности признаков и разделяющей функции, обеспечивающих максимальное число верных решений при распознавании ситуаций по данным обучающей выборки;
- выполнение автоматического контроля результатов распознавания и оперативного переобучения устройства при изменении признаков ситуаций с использованием имеющихся аппаратных средств и исходных данных.

Совокупность предлагаемых устройств может быть использована для параллельного распознавания ситуаций для нескольких классов, число которых больше двух, например: для ситуаций классов А и В, А и С, А и D и т.д., где под ситуацией А понимается некоторый образцовый образ, нормальный режим, оригинальная подпись человека, а под ситуациями В, С, D - может быть разновидность аварийной ситуации, поддельная подпись, выполненная субъектами В, С, D.

Предлагаемое устройство имеет конструктивную сложность, соизмеримую со сложностью устройства-прототипа, и может быть выполнено на доступной элементной базе. В частности, регистры - на основе микросхем К155ТМ5, К155ИР1, счетчики - К155ИЕ7, схемы сравнения - К155СП1, программируемые логические матрицы - КР556РТ1, мультиплексор - КР1533КП11, сумматоры - К155ИМ3.

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано в системах автоматического распознавания ситуаций для распознавания состояний объектов по спектральным характеристикам их параметров, а также для распознавания подписи человека. Техническим результатом изобретения является повышение достоверности распознавания ситуаций, имеющих классификационные признаки со случайным характером изменения величин, за счет проведения упорядоченного перебора всех возможных комбинаций признаков и разделяющих функций и определения наилучшей совокупности признаков и разделяющей функции, обеспечивающих максимальное число верных решений при распознавании ситуаций по данным обучающей выборки. Для этого устройство содержит входной блок, блок коммутации, блок принятия решений, блок памяти, мультиплексор, генератор кодов признаков, двоичный счетчик, регистр, блок управления, блок кольцевых сдвиговых регистров и две схемы сравнения. 3 з.п.ф-лы, 7 ил.

1. Устройство для распознавания ситуаций, содержащее входной блок, информационные входы которого подключены ко входу устройства, блок коммутации каналов, входы которого подключены к выходам входного блока, генератор кодов признаков, мультиплексор, первый информационный вход которого подключен к первому выходу генератора кодов признаков, блок памяти, выход которого подключен ко второму информационному входу мультиплексора, блок принятия решений, информационные входы которого подключены к выходам блока коммутации каналов, двоичный счетчик, регистр двоичного кода и блок управления, четвертый и пятый выходы которого подключены соответственно к адресному входу мультиплексора и первому управляющему входу генератора кодов признаков, отличающееся тем, что в нем в качестве входного блока использован блок буферного регистра, в качестве блока памяти - многоразрядный регистр кода признаков и разделяющей функции, а также дополнительно включены блок кольцевых сдвиговых регистров и две схемы сравнения, причем информационные входы и выходы блока кольцевых сдвиговых регистров посредством шин внутренней магистрали устройства подключены к выходам блока буферного регистра и входам блока коммутации каналов, первый выход мультиплексора подключен непосредственно к адресным входам блока коммутации каналов, а второй выход - к настроечным входам блока принятия решения, выход которого является выходом устройства и подключен ко второму информационному входу первой схемы сравнения, первый информационный вход которой подключен к шине младшего разряда внутренней магистрали устройства, первый выход первой схемы сравнения подключен к пятому входу блока управления, а второй выход - к счетному входу двоичного счетчика, выход которого подключен к первому информационному входу второй схемы сравнения и информационному входу регистра двоичного кода, управляющий вход которого подключен к управляющему входу многоразрядного регистра кода признаков и разделяющей функции и к выходу второй схемы сравнения, второй информационный вход второй схемы сравнения подключен к выходу регистра двоичного кода, а управляющий вход - к восьмому выходу блока управления, первый, второй и третий выходы которого подключены соответственно к первому и второму управляющим входам блока буферного регистра и первому управляющему входу блока кольцевых сдвиговых регистров, четвертый выход - ко второму управляющему входу блока кольцевых сдвиговых регистров, шестой выход - ко второму управляющему входу генератора кодов признаков, седьмой выход - к управляющему входу первой схемы сравнения, а первый и второй входы блока управления подключены соответственно к первому и второму управляющему входам устройства, третий и четвертый входы блока управления подключены соответственно к выходам младших разрядов блока буферного регистра и блока кольцевых сдвиговых регистров, шестой вход блока управления подключен ко второму выходу генератора кодов признаков, а первый выход генератора кодов признаков подключен к информационному входу многоразрядного регистра кода признаков и разделяющей функции. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что в блоке коммутации каналов, содержащем дешифратор кода признака и управляемые клапаны, выходы управляемых клапанов подключены непосредственно к выходу блока коммутации каналов. 3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что блок принятия решений содержит сумматор единиц унитарного кода, входы которого подключены к информационному входу блока принятия решений, дешифратор порога разделяющей функции, вход которого подключен к настроечному входу блока принятия решений, и схему сравнения, входы которой подключены к выходам сумматора единиц унитарного кода и дешифратора порога разделяющей функции, а выходы - к выходу блока принятия решений. 4. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что генератор кодов признаков содержит блок коммутации счетчиков, блок занесения данных в счетчики, первый вход которого подключен ко второму входу генератора кодов признаков и второму входу блока коммутации счетчиков, блок счетчиков, входы занесения данных которого подключены к выходам блока занесения данных в счетчики, счетный вход - к первому входу генератора кодов признаков, блок схем совпадения, входы которого подключены к выходам блока счетчиков, блок формирования сигнала об окончании перебора кодов признаков, причем выход блока счетчиков подключен к первому выходу генератора кодов признаков, выход блока схем совпадения - ко входу блока формирования сигнала об окончании перебора, а также ко вторым входам блока занесения данных в счетчики и блока коммутации счетчиков, выход которого подключен к третьему входу блока занесения данных в счетчики и второму выходу генератора кодов признаков, а выход блока формирования сигнала окончания перебора подключен к третьему выходу генератора кодов признаков.