Устройство для распознавания образов Советский патент 1983 года по МПК G06K9/62 

Изобретение относится к техничес кой киоернетике, в частности к устройствам для распознавания образов, и может быть использовано при поиске месторождений полезных ископаемы в. медицинской и технической дкагнос тике. Известно устройство для распозна вания образов, содержащее входное п ле в двоичном коде (блок входной ин формации ), дешифраторы, арифметические устройства,устройства управлени ( блоки управления, запоминающее ус ройство (блок памяТиг), мажоритарное устройство соединений (коммутатор), выходное устройство (блок регистрации)1.. Недостаток -устройс ва заключается в его невысокой точности распознавания, так как распознавание ведется на основе усредне нного прототипа - эталона, заложенного в бло ках памяти для каждого разряда и цифрового кода. Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является устройство для распознавания образов соде эжащее блок ввода информации, выходы которого соединены с входами дещифратора, а вход с первым выхо дом блока управления, второй выход которого соединен с первым входом ког-отутатора, первый выход дешифратора соединен с входом блока управления, генератор случайных импульсов и блок пагдяти, входы которых соедине ны с третьим выходом блока управления, а выходы - со вторым и третьи входами коммутатора, и регистрирующий блок, подключенньай к блоку сравнения, входы которого соединены с со ответствующими выходами блокаумножёния и блока выборки, входы которог подключены к блоку памяти, другой из входов которого соединен с одним из выходов блока умножения, подключенному к блоку С5 ммиррвания, выходы ко торого соединены с блоком считьгоания, выходы которого подключены к. де шифратору 2 . i Недостатком известного устройства также является его невысокая точность распознавания, так как распознавание ведется путем сравнения ответных сигналов с эталонным ожидаемым содержанием блока памяти, т.е. на основе сравнения с усредненным эталоном. Цель из.обретення - -повышение точности распознавания образов устройством. Поставленная цель достигается тем, что в устройство, содержащее блок Ввода информации, выходы которого соединены с входами дешифратора, а вход - с первым выходом блока управления, второй выход- которого соединен с первым входом коммутатора, первый выход дешифратора соединен со входом блока управления, генератор случайных импульсов и блок памяти, входы которалх соединены с третьим выходом блока управления, а выходы - со вторыми и третьими входами коммутатора, и регистрирующий блок, введены три Цепочки из последовательно сеединенных блоков ключей и интеграторов-, два блока пороговых элементов, блок коррекции порогов и вычислитель, причем первые входы блоков ключей каждой цепочки соединены соответственно с четвертым, пятым и шестым выходами блока управления, а вторые входы блоков ключей соединены соответственно с первым, вторым и третьим выходами коммутатора, второй выход дешифратора соединен с третьим входом блока ключей первой цепочки, первые входы первог.о и второго блоков пороговых элементов соединены соответственно с выходами интеграторов первой и второй цепочки, втбрые входы соединены с первьци и вторым выходами блока коррекции порогов соответственно, третьи входы соединены соответственно с седьмьи и восьмым, выходами блока управления, а выходы соединены с третьими входами блоков кл1бчей второй и третьей цепочек соответственно, выход интеграторов третьей цепочки соединен со входами блока коррекции порогов и вычислителя, второй вход которого соединен с девятым выходом блока управления, а выход вычислителя соединен с регистрирующим блбком. При йтом вычислитель содержит делитель, выход которого является выходом вычислителя, входы делителя соединены с выходами первого сумматора и накопителя, первые входы которых соединены с выходом аналого-цифрового преобразователя, первый вход которого соединен с выходом коммутатора каналов, входы которого являются входами вычислителя. Блок коррекции порогов содержит цепочки из -последовательно соединенных вторых сумматоров, интеграторов и исполнительных элементов, выходы которых являются выходами блока, входы сумматоров соединены с выходами элементов задержки и инверторов, которых являются входами блока. На фиг.1 представлена структурная схема устройства; на фиг.2 - схема блока коррекции порогов; на фиг.3.схема вычислителя. Устройство содержит блок 1 ввода нформации, дешифратор 2, первый лок 3 ключей, первый блок 4 интегаторов, первый блок 5 пороговых элеентов, второй блок б ключей, втоой блок 7 интеграторов, второй лок 8 noporoBEjK элементов, третий лок 9 ключей, третий блок 10 интегpaторов, вычислитель 11, блок 12 коррекции порогов, регистрирующий 0ЛОК 13, блок 14 памяти, генератор 15 случайных импульсов, коммутатор 16 и блок 17 управления.

Блок 12 коррекции порогов содержит элемент 18 задержки, инвертор 19, сумматор 20, интегратор 21, исполнительный элемент 22. .

Вычислитель 11 содержит коммутатор 23 каналов, аналого-цифровой преобразователь 24, сумматор 25, накопи.тель 26, делитель 27, узел 28 синхронизации. .

Работа устройства осуществляется в режимах обучения и распознавания.

В режиме распознавания по команде Пуск из блока 14 памяти вьщаются синхроимпульсы, по которым блоки устройства устанавливаются в режиме готовности, а затем синхронизируется их рабочий (цепи синхронизации не; показаны ).

В этот момент первым, узлом ynpaB ления блока 17 управления в. коммутаторе 16 включаются соответствующие каналы связи и блок 1 ввода информации, который начинает производить преобразования аналоговой информации в цифровой код и выдавать ее в дешифратор 2, а в случае имеющейся информации в цифровом коде - выдавать ее непосредственно в дешифратор 2.

При поступлении цифровой информа;ции в дешифратор 2 последним преобразуются разряды цифрового кода в п-булевых -функциях, каждая из которых равна 1, т.е. им выдаются сигналы, однозначно соответствующие каждому цифровому коду. Затем эти сигналы от всех разрядов поступают в первый блок 3 ключей. Одновременно с этим . дешифратором 2 выдается команда на включение пересчетных схем первого узла управления блока 17 управления.

Пересчетные схемы в результате этого выдают сигналы на соответствующие каналы первого блока 3 ключей.

При совпадении сигналов пересчет-: ных схем первого узла управления блока 17 и сигналов,- поступающих сдешифратора 2, соответствующие ключи блока 3 открываются и пропускают через себя случайные сигналы - Веса, поступающие из блока 17 памяти через соответствуюйще каналы связи коммутатора 16 на первый блок 4 интеграторов, в результате чего эти случайные сигналы . Весы интегрируются (запоминаются ) соответствующими интеграторами блока 4.

. ,По окончании считывания цифрового информационного массива команда, поступающая с дешифратора 2 на пересчетные схемы пертвого узла управления блока 17, исчезает, вследствие чего последним вь-лается команда на откривание каналов первой группы пороговых элементов 5, которые

пропускают- с первой группы интеграторов 4 сигналы, если их величина превышает пороговую величину, установленную в период обучения.

Одновременно первым узлом управления блока 17 выдается команда во второй узел управления блока 17, по команде которого происходит включение соответствующих каналов связей коммутатора 16, при этом через эти каналы из блока 14 памяти поступают случайные сигналы - Весы на второй блох 6 ключей.

Одновременно вторым узлом управления блоком 17 включаются в работу его пересчетные схейы, сигналы которых также поступают во второй блок 6 ключей..

Совместное взаимодействие поступающих в этот момент сигналов с первых пороговых элементов 5 и сигналов пересчетных схем второго узла управления блока 17 открывают соответствующие ключи второго блока 6 ключей, кр торые пропускают приходящие через . коммутатор 16 из блока 14 памяти случайные сигналы - Весы на второй блок 7 интеграторов, в результате чего эти случайные сигналы - Весы интегрируются ( запоминаются ) соответствующими интеграторами блока 7. По окончании обсчета пересчетными схемами второго узла управления блока 17 соответствующих каналов ключей блока 6 вторым узлом упч равления блока 17 выдается команда на открывание каналов второго блока .8.пороговых элементов, которые пропускают со второго блока 7 . интеграторов сигналы, если их превышает пороговую величину, установленную в период обучения.

Одновременно втърым узлом управления блока 17 выдается команда в третий узел управления блока 17, tio команде которого происходит включение соответствующих каналов связей коммутатора 16, через которые из блока 14 памяти поступают случайные сигналы - Весы на третийблок ключей.

Одновременно вторьш узлом управления блоком17 включаются в работу его пересчетные схемы-, сигналы которых также поступают на третий блок 9 ключей.

Совместное взаимодействие посту:пающих в этот момент сигналов со второго блока 8 пороговых ;элементов и сигналов пересчетных схем второго узла управления блока 17 открывает соответствующие ключи третьего блока 6 ключей, которые пропускают приходящие через коммутатор 16 из блока 14 памяти случайные сигналы на сумматоры третьей группу интеграторов 10,а с сумматоров блока 10 - на соответствующие интеграторы блока 10, в результате чего эти

случайные сигналы - Весы интегрируются (запоминаются ) соответствующими ВЕлходными интеграторами блока 10, причем каждый выходной интегратор этого Ьлока 10 представляет классификационный канал соответствующего распознаваемого объекта. Эти каналы и сам объект выявляются в период обучения, N

По окончании обсчета пересчетными схемами третьего узла управления бло ка 17 соответствующих каналов ключей блока 9 третьим узлом управления бло ком 17 выдаетсякоманда в блок 14 памяти на его отключение.

Одновременно по этой команде сигкалы с выходных интеграторов блока 10 поступают в вычислитель 11, -где . происходит анализ характера насыщени .исследуемого распозаваемого объекта (пласта разреза скважин с входящими в него компонентами, т.е. вероятност нахождения этих составляющих компонент (например, нефть, вода, газ ) в этом пласте по количеству классифационных каналов .(нефть, газ, вода ) установленных и выявленных в период обучени.я.

Вероятность нахождения этих компонентов - классов вычисляется в виде соотношений

и.

и.

и.

U,...U ....,U2f...-.U,l

являющихся относительными величинами, которые регистрируются на ленте АЦИУ 35 выходного регистратора 13 в виде прямого ответа, нефть - 0,6, газ 0,3, вода - 0,1 и т.д. где U,U2,U величины напряжения аналогового сигнала, выдаваемые в блок 11 с выход- . ных каналов.интеграторов блока 10, а индекс 1 +h соответствует номеру канала.

В блоке 11 эти аналоговые сигналы и , (J2 t f поступают на комму- 45 татор 23 каналов, с помощью которого они последовательно опрашиваются и выдаются в преобразователь аналогкод 24,-с выхода которого информация в цифровом коде поступае.т на сумма- гп тор 25, где происходит суммирование данных всех каналов, результат которого поступает в узел 27 деления, в который через узел задержки -.нако- . питель 26 (время задержки равняется времени суммирования )поступают оцифрованные данные каждого канала.. В процессе деления получаются результаты, которые фиксируются АЦПУ блоком 13. Синхронизация уз.лов вычислителя 11 осуществляется узлом 2& синх- 0 онизации этого блока. .

Обучение устройства заключается выявлении пороговых уровней порогов ервы 5 и вторых 8 блоков пороговых лементов, и в выявлении Весов - 65

случайных сигналов, поступаемьтх в первые 4 вторые 7 и третьи 10 блоки интеграторов.

Обучение{установка ) пороговых уроней блоков 5 и 6 осуществляется .с помощью блока 12 коррекции порогов, поключенного оператором в период обучения к выходам третьего блока 10 интеграторов, а обучение (выявление Весов - случайных сигналов - осуществляется с помощью генератора 15 случайных импульсов, подключенного в этот период оператором к коммутатору 16. В этот момент оператором к коммутатору 16 подключается также генератор стандартных сигналов (не показан). Синхроимпульсы от генератора стандартных сигналов и случайные сигналы Веса от генератора случайных импульсов через коммутатор 16 записываются на магнит-, ную ленту блока 14 памяти, причем на первой дорожке записываются синхроимпульсы, а на остальных дорожках случайные сигналы - Весьа.

В этом случае, случайные сигналы Веса поступают через коммута- тор 16 как в блок 14 памяти, так и .одновременно через коммутатор 16 и соответствующие блоки 3,6,9 ключей - в первые 4, вторые 7 и третьи блоки интеграторов.

В режиме обучения в блоке 1 ввода информации устанавливается информация известного объекта, например акустический сигналj принадлежащий нефтеносному пласту (залежи ). В данном режиме в отличие от описанной работы режима распознавания случайные сигналы Веса выдаются генератором 15 случайных импульсов, а блоком 14 памяти фиксируются, -запоминаются с тем, чтобы выдавать их затем в режиме распознавания, с помощью блок-а 12 коррекции порогов вырабатываются пороговые уровни блоков 5 и 8 при изменении выходных сигналов с третьего блока 10 интеграторов .:

Блок 12 коррекции порогов работает следующим образом.

При обучении устройства с выходных каналов .(1-г fi) третьего блока 10 интеграторов будут проводиться в каждом канале сначала изменяющиеся величины и.;-, , затем и т.д. Первая величина U. поступает в соответств5 щем канале блока 12 коррекции порогов, на элемент 18 задержки, а с нее - на сумматор 20 через время At , равное времени задержки, В этот момент на другой вход сумматора 20 будет поступать через инвертор 19 следующая величина напряжения и.)2 .

. Разность этих величин ди поступает на интегратор 21, а с него на исполнительный элемент 22. Исполнительные Элементы 22 блока 12 изменяют величины установки -пороговых уровней.в блоках 5 и 6.

При достижении режима насыщения при обучении, т.е. неизменного статческого .значения U const ; с выхода блока 10, т.е. ПРИ -аи и.; - близком к нулю, блок 12 коррекции порогов прекращает свою работу, так как оператор в этот момент отключает его от блока 10.

Обучение устройства ведется многократно и с несколькими известными объектами и их компонентами - газ, нефть, вода и т.д., при этом выявление пороговых уровней блоков 5,6 и случайных сигналов весов ведется до тех пор, пока на АЦПУ блЬк регистрации не появятся постоянные (близкие между собой)результаты, указывающие принадлежность наибольшей вероятности насыщения пласта для каждого известного обучаемого объекта, например нефтеносного пласта. Выходная информация на ленте АЦПУ блока 13 принимает, напримёр для случая 3-хклассов следующий вид:

Пласт нефтеносный

Нефть ГазВода

0,7 0,20,1

. 0,8 0,10,1

Пласт газоносный Нефть Газ - Вода 0,1 0,8 -0,1 ОД 0,7 0,2

Пласт водоносный Нефть Газ Вода 0,2 0,1 0,7 0,1 0,1 . 0,8 Введение новых блоков и конструктивных связей позволяет существенно повысить точность работы устройства, а зафиксированные блоком памяти на магнитных лентах случайные сигналы Веса за счет сменности лх хранения позволяют вести быстрое обучение устройства и дают возможность распознавания нерграниченного количества исследуемых объектов при небольишх конструктивных элементах устройства.

фиг. 2

фиг