МОДЕЛЬ БИОЛОГИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ Советский патент 1970 года по МПК G09B23/00 

Изобретение относится к однородным моделям биологических систем с распространяющимся возбуждением и латеральным торможением.

Модель может быть использована для наглядного изучения аналогов биологических систем, в качестве двухмерного нейристора в приборах для обработки оптической информации, в частности, для выделения контуров изображения и изменения контраста.

Известна однородная модель биологической системы, содержащая электролюминесцентный усилитель света (ЭЛУ) со световой внутренней обратной связью (оптрон) и термосоиротивление, сигналы в которой передаются при помощи световых и тепловых волн. Вследствие самопроизвольного изменения теплового поля модели в ней нельзя воспроизвести явление латерального торможения в изолированной форме: быстродействие модели мало, так как оно определяется инерционностью термосонротивления.

Описьгва-емая модель имеет легко контролируемые и регулируемые параметры, позволяет воспроизводить совместно и раздельно явления распространяющегося возбуждения и летательного торможения, быстродействие модели определяется световой постоянной времени фотосопротивления ЭЛУ.

дены преобразователи спектра видимого (зеленого) света в инфракрасный, оптические фильтры с полосой пропускания в инфракрасной зоне и оптические системы с переменными параметрами. Фоточ вствительный слой ЭЛУ выполнен нз материала, чувствительность которого уменьшается от спектра сигнала на выходе преобразователя.

Длина волны возбуждающего светового сигнала соответствует максимуму снектральной чувствительности фотосопротивлепия ЭЛУ. Тормозной эффект достигается при помощи инфракрасных лучей, уменьщающих чувствительность фотосопротивления. Инфракрасный сигнал вырабатывается при помощи преобразователя спектра и инфракрасного фильтра.

Математическая зависимость степени возбуждения (торможения) каждой точки входной плоскости модели от ее оптических и геометрических параметров описывается возбуждающей (тормозной) функцией связи Sg (ST ). Величины возбуждающих (тормозных) сигналов, действующих на каждую точку входной плоскости модели, зависят от яркости возбуждающего (тормозящего) изображения и от величины 5в (5,, ).

На чертеже схематически изображены модель и проходящие в ней световые потоки (показаны пунктиром).

Модель состоит из источника входного светового изображения 1, фильтров 2 и 3, преобразователя спектра 4, оптических систем 5- 8 и электролюминесцентного усилителя, состоящего из токонроводящих прозрачных нленок 9 и 10, например, из , фоточувствительного слоя 11 из монокристаллического CdS, непрозрачного промежуточного слоя 12, например, из лавсаново окрашенной нленки, электролюминофора зеленого свечения 13, например, из ZnS - Си.

Преобразователь спектра 4 может быть выполнен в виде ЭЛУ красного и инфракрасного свечения с электролюминофором, напрнмер, из ZnSe, CdS - Си, совместно с фильтром, пропускающим световые волны длиной больще 750 нм.

Онтические системы имеют изменяемые параметры, например фокусное расстоялие и прозрачность, определяющие вид SB и 5,.. В зависимости от вида моделируемой фуикции в работе. модели участвуют различные группы оптических систем.

В режиме моделирования прямого латерального торможения в работе участвуют оптические системы 5 и 5. Входное изображение разделяется на два, одно из которых проходит через фильтр 2, а другое - через фильтр 3. Максимум полосы нропускаиия фильтра 2 соответствует максимуму снектральной чувствительности фотослоя 11. Полоса пропускания фильтра 3 соответствует инфракрасному диапазону, приводящему к уменьщению чувствительности фотослоя JL Чувствительность монокристаллического CdS уменьшается при одновременном воздействии на него зеленого света длиной волны /.i 550 нм и инфракрасных лучей в диапазоне /-2 750-1400 нм. Оптические системы 5 и б совмещают на входной плоскости ЭЛУ оба изображеиия в расфокусированном виде. Степень расфокусировки зависит от требуемого вида SB и ST . К пластинам 9-10 ЭЛУ прикладывается напряжение с частотой, например 2000 гц. Пока плоскость фотосопротивлеПИЯ // не освещена зелеными лучами электролюминофор 13 не горит. При освещении плоскости 11 электролюминофор загорается. Яркость свечения каждой точки плоскости электролюмииофора зависит от соотношения зеленых (А.) и инфракрасных лучей (Л), падающих на прилегающую по вертикали к электролюминофору точку фотосопротивления //. В режиме моделирования обратного латерального торможения в работе участвуют оптические системы 5 и 7. Изображение с выхода ЭЛУ ноступает в преобразователь спектра 4, с выхода которого инфракрасное изображение, определяющее вид ST, подается на вход ЭЛУ. Яркость свечения каждой точки плоскости 13 зависит от соотнощения зеленого света, поступающего с плоскости /, и инфракрасных лучей, попадающих с выхода ЭЛУ па его вход.

В режиме моделирования процесса распространяющего возбуждения работают оптические системы 5, 7 и 8. Выходное изображение ЭЛУ через оптическую систему 8 поступает на вход в расфокусированном виде без изменения спектрального состава, поворота, сдвига и из.менения масштаба. Вследствие этого электролюминофор светится и после исчезновения входного сигнала. Он освещает не только нрилегающий по вертикали участок фотосопротивления 11, но в результате расфокусировки - и боковые его участки. На каждом участке плоскости // суммируются освещенности от различно удаленных светящихся участков плоскости 13. На участках плоскости 13. прилегающих но вертикали к участкам плоскости //, где освещенность превышает порог возбуждения, электролюминофор загорается. Таким образом, свечение распространяется вширь iHO плоскости ЭЛУ от точки, возбуждепной импульсом света. Входное изображение, преобразованное в инфракрасный спектр (АЗ), передается через оптичеекую систему 7 на вход ЭЛУ. Участки электролюмииисцептной плоскости 13, прилегающие к участкам фотослоя с максимальным инфракрасным облучением, гаснут. Погасшие участки ЭЛУ не могут быть возбуждены светом в течение некоторого времени, определяемого инерционностью фотосопротивления. Время возвращения чувствительности фотосопротивления в исходное состояние соответствует времени рефрактер ности.

Предмет изобретения

1. Модель биологической системы, еодержащая ПЛОСКИЙ электролюминесцентный усилитель света (ЭЛУ), отличающаяся тем, что, с целью повышения быстродействия и расширения функциональных возможностей модели, она снабжена преобразователями спектра, один из которых, преобразующий сиектр входного изображения, содержит оптические системы с переменными параметрами и фильтры, а другой включен в цепь оптической обратной связи, охватывающей ЭЛУ, фотосопротивление входной плоскости ЭЛУ выполнено из материала, чувствительность которого уменьщается от спектра сигнала, излучаемого преобразователями.

2. Модель по п. 1, отличающаяся тем, что в качестве .преобразователей спектра применены инфракрасный фильтр с полосой пропускания больше 750 нм, и ЭЛУ, излучаюший в краспом и инфракрасном диапазонах, электролюминесцентный слой которого изготовлен, например из ZnSe, CdS - Си.