Устройство для распознавания образов Советский патент 1977 года по МПК G06K9/62 G06T7/00 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ РАСПОЗНАВАНИЯ ОБРАЗОВ

1

Изобретение относится к устройствам для распознавания образов, а именно к устройствам для исследования статических и цина мгческих параметров объектов и систем, заключенных внутри какой-либо непрозрачной среды.

Известен целый ряд макетов, устройств и систем, способных распознавать изображ&ние букв и цифр непосредственно с первичного документа и преобразовывать их к виду удобному для ввода в ЭВМ. В этих устройствах широко используются оптические, электронно-лучевые приборы, фотоэлектронные ; и различные фототелеграфные устройства.

Общая особенность известных устройств заключается в их способности воспринимать и распознавать только видимые фигуры и изображения, находящиеся в видимом потоке излучения.

При этом следует учитывать тот факт, что положительный эффект восприятия наблюдается только в том случае, когда фигура остается в неподвижном состоянии.

Разнообразное исследование статических и динамических параметров объектов и сиетем, заключенных внутри какой-либо непрозрачной среды, ставит новые задачи перед измерительной техникой. Некоторые из них заключаются в необходимости создания распознакжцих систем, которые способны воспринимать изображения (образы) в невидимых потоках излучения и распознавать их. К таким задачам относятся, например, распознавание распределения и текучести жидких и сыпучих материалов, находящихся в геометрически закрытом непрозрачном сосуде, или распознавание функционального состояния органов в живом организме. В настоящее время разработаны устройства, с помощью которых исследователю представляется возможным произвести распознавание функционального состояния и структурных 1 составляющихi компонент органа или системы находящихся внутри организма. В этом слу- чае носителем информации является ионизи- . рующее излучение, интенсивность которого изменяется в зависимости от характера процессов, происходящих в распознаваемом объекте. При этом образ объекта представляет собой набор временных сигналов с рецепторов, регисгрируклцих динамику изменения процесса в локальной зоне (точке) объек-. та. Анализ таких сигналов обычно произво- , дится численными методами с применением цифровых вычислительнь;х машин или спецна- g ализированных систем для автоматического поиска коэффициента линейных дифференциальных уравнений и систем для автоматического выделения и измерения составляющих компонент наблюдаемого процесса.JQ

Перечисленные устройства позволяют производить только однопараметрическое распознавание объекта, например распознавание функционального состояния миокарда или процессов гемодинамики раздельно друг от j друга.

Такое представление данных является недостаточным, например, для более правильной оценки состояния сердечно-сосудистой системы в целом или для распознавания20

взаимодействия лимфатической и кровеносной системы.

Эти недостатки могут быть устранены только при многопараметрическом распознавании динамических процессов различной при.д5 роды, происходящих в одном и том же обьек те, в одно и то же время, с помощью предлагаемого устройства (системы , для распознавания образов на основе одновременного использования необходимого числа излучате- зо лей с различными энергиями.

Целью изобретения является повышение достоверности результатов рентгенорадиоло™ гической диагностики.

Цель достигается тем, что устройство 35 содержит блоки формирования признаков энергий излучения, подключенные своими входами к выходам блоков усиления, а выходами через последовательно соединенные блоки контроля признаков энергии излучения и бло-40 ки формирования функций - к соответствующим входам блоков хранения экспериментальных функций, блок выбора функций, входы которого подключены к выходам блоков хранения экспериментальных, функций, а вы™ 45 ходы - к соответствующим входам блоков хранения экспериментальных функций и входу блока автоматического поиска коэффициентов. Входы блока распределения параметров связаны с выходами блока автоматического so поиска коэффициентов, а выход - со входом блока оценки и принятия решения, один из выходов которого подключен к управляюще му входу блока выбора функций. Кроме того, цель достигается особым выполнением55

некоторых блоков устройства.

На фиг. 1 представлена функциональная блок-схема устройства; на фиг. 2 - принцйпиальная электрическая схема некоторых блоков.60

В предложенном устройстве к полю рецепторов 1, составленному, например, из матрицы фотоэлектронных умножителей 2 (см. фиг с детекторами (кристаллами) 3, чувствительными к ионизирующему нзпучению И, и делителя напряжения 4, через усилители 5 подключены блоки 6 и 7, соответственно формирования и контроля признака энергии излучения, к выходам которых через блоки 8 и 8 формирования функций присоединены блоки 9 9 хранения экспериментальных функций. Блоки хранения экспериментальных функций через блок Ю выбора функций соединены с суммирующим узлом 11 определения ошибки блока 12 автоматического поиск коэффициентов уравнений, а выходы узлов постоянных коа1к})ициентов 13 одновременно соединены с выходами суммирующих усилителей 14 и с входами блока 15 распределения параметров, выход которого соединен с управляемым входом блока 10 выбора функции через блок 16 оценки параметров и принятия решения. Выходом блока оценки параметров и принятия решения Является, например, либо указывающее табло, либо сигнал, который передается в систему управления технологическим процессом, либо выбора новой функции и т.п.

Используемая система автоматического поиска коэффициентов уравнений (САПК) блок 12 включает в себя схему решения дифференциального .уравненияг состояи|ую из интегратора 17, сумматора 18( интегратора 19 и усилителей 14 с множительными звеньями 20 в цепях обратных связей. Схема формирования критерия совпадения решения дифференциального уравнения с экспериментальной функцией состоит из узла 11, ф5Т1кционального преобразователя 21 и интегратора 22« Блок 12 содержит также многоканальный автоматический оптимизатор 23/.

В принципиальной электрической схеме (см. фиг, 2) устройства для получения высокого входного сопротивления усилителя входной каскад выполнен на полевом транзисторе Т|. Для повышения быстродействия разработаны формирователи признаков энергии излучения на туннельных диодах ТД2 с повышающими трансформаторами Тр. и Tpj во вторичных обмотках которых включены Т С -цепочки. Схемы контроля признаков выполнены на принципе счета импульсов и состоят из последовательно соединенных цепочекиз стабилитрона Д и туннельных диодов ТД,и стабилитрона Д и туннельных диодов , параллельно которым подключены транзисторы Т, и Та возврата с совокупности с цепочкой из диодов Д и Д конденсатора С и резистора ,Я , со схемами задержки на резисторах Т иКз конденсаторе С2 и туннельном диоде ТДп и, соответственно, на резисторах R конденсаторе С jH туннельном диоде ТД,д, также схемами запрета на транзисторах Т, туннельном диоде ТДц, трансформаторе Тр, конденсаторе С и диоде Д с конденсаторе Cj , реаист Т, я диодах Да и Д . Блоки формирования функции состоят на схемы получении стандартного по амплитуде и длительности импульса и схемы интегрирования. Схемы получения стандартного по амплитуде и длительности импульса выполнены на туннельном диоде ТД,2(ТД,з), транзисторе ) и трано1л ю/ ч гз - -г форматоре Тр( а схемы интегрирования составлены из генераторов тока на транзисторах и Т и усилителей постоян ного тока на транзисторах Т-- Т,- Tj, с RC - цепочкой в качестве отрицательной обратной связи, , Принцип действия предлагаемого изобретения заключается в том, что ионизирующее излучение И, модулируемое динамическими или кинематическими процессами исследуемо го объекта, направляют на поле рецепторов 1. В результате взаимодействия каждого кванта излучения с кристаллом образуется световая вспышка, которая на выходе фотоумножителя 2 преобразуется в электрический сигнал, снимаемый с сопротивления нагрузки. . Этот сигнал усиливается усилителем 5 и через цепочки R/C и R-,C,. передается в блоки 6 формирования признаков энергии излучения . Одним из примеров признака является преобразование ампли туды сигнала в число импульсов. Эта опера ция осуществляется на туннельных диодах TA,j и ТД, -которые с помощью резисто ров Rg R и 1 настроены в ждуший режим и при поступлении сигнала переходят в возбужденное состояние. Наличие контура, образованного вторичной обмоткой трансфор матора Tp RijC-j- и TpjRjjCg , позволяет получить регулируемые длительности серии импульсов, которые через эмиттернь1е по&торители на транзисторах Т, и Т передаются в блоки 7 контроля признаков энергии излучения. Длительности серии импульсов настраиваются в зависимости . от величины энергии излучателей, например, для большей из двух энергий формируется более короткая серия импульсов, которая , через цепочку liij Cy поступает на пересчетную схему на туннельных Диодах ТД, ТД, и тран зисторах Tj и через С Цддля формирования сигнала запрета, который с помощью цепочки прерывает формирование си нала (серии импульсов) от кванта большей энергии, а с помощью транзистора Т закры вает его прохождение в канал сигналов от квантов меньшей энергии. При этом после проверки сигнала от квантов большей энергий на транзисторе Tj вырабатываются импульсы, которые через пепочку fC передаются в блок . 8 формирования функций, а через цепочку ff, С, Д передается на тран. зистор Т. для возврата в исходное состояние блока контроля признаков от квантов меньшей энергии, В случае попадания кван-, та малой энергии возбуждается только туннельный диод ТД , и серия импульсов через ,2поступает для контроля на пересчетную схему на туннельных диодах ТДд, ТД g и ТД,о, зайерживаюшую цепочку RgC-ji ЯиоД Дд. транзистор Т,, -а затем без запрета через цепочку блок 8 формирования функций. После проверки сипналы поступают в блоки 8 и 8 формирования функций через цепочки , где онизапускают туннельные дноды ТД с помощью которых формируются стандартные импульсы по длительности, а затем с помошью схем на транзисторе Тл и трансформаторе Тр транзисторе Т и трансформаторе Трс по амплитуде , пг)ичем параметры импульсов блока 8 формирования функций могут отличаться от параметров импульсов блока 8 формирования функций. Стандарттшю импульсы через вторичную обмотку трансформатора Тр« , резистор Rjo трансформатор Tpfj и резистор Rj, поступают на интеграторы, параметры элементов которых R С| определяются требованиями распозна- BaeNftix динамических .процессов. Сигналы с выходов интеграторов в виде потенциалов распределонных во времени, напряжения. передаются в блоки 9 vi 9 хранения экспериментальных функций, откуда по команде, вырабатываемой блоком 10 выбора функций, происходит извлечение и передача требуемой функции для сравнения в суммирующем узле 11 с теоретической функцией. Теоретическое значение функции получено в виде решения дифференциального уравнения на интеграторе 17, сумматоре 18, усилител51х 14 с множительными звеньями и на узлах постоянных коэффициентов при некоторых начальных значениях коэффициентов. Суммируклций узел 11 вырабатывает разность сигналов, которая поступает в блок формирования модуля, а затем на интегратор 22. С выхода интег ратора снимается величина Q (-1.)-x(i)|cii где X5(-t) - экспериментальная функция, а x(t) - теоретическая функция, являющаяся критерием совпадения теоретической и экспериментальной функции. При уточнении ре-, зультатов поиска значений коэффициентов в заранее известном узком диапазоне используют квадратор, подключенный между интегратором 22 и оптимизатором 23, для получения квадратичного критерия качества. Величина критерия Q в виде напряжения подается на вход оптимизатора 23, управляющего множительными звеньями 20. Изменение коэффициентов в цепях обратных связей производится автоматически по их начальным значениям и напряжениям каналов оптимизатора до момента, соответствующего минимальной величине критерия. В момент,достижения минимума критерия оптимизатор вырабатывает сигнал для разрешения ввода и построения распределения параметров в блоке 15. Параметрами в данном случае явп ются коэффициенты дифференциального уравнения. Блок 16 оценки параметра и принягия решения на основании сигналов и распределении параметров и функционального критерия качества процесса, например, установленного оператором или выработанного автоматически по имеющимся статическим данным о процессах, вырабатывает управлявюший сигнал либо для управления, например, технологическим процессом, либо о представ лении результата, либо о выборе новой функ ции и т.п. Экспериментальная проверка отдельных узлов изобретения показала, что количество наблюдаемых процессов ограничивается чувствительностью устройств формирования приз наков. Блоки формирования, контроля призна ка энергии излучателя, а также блоки . мирования функции являются идентичными, при этом управление запретом прохождения сигналов от последовательности квантов одной энергии в последовательность от дру- гих энергий удобнее осуществлять последовательно в соответствии с убыванием используемых энергий. Формула изобретения 1. Устройство для распозначания образов содержащее последовательно соединенные детект9ры, чувствительные к ионизирующему излучению, и блоки усиления, блок автоматического поиска коэффициентов и блок оценки и принятия рещения, отличающееся тем, что, с целью повышения достоверности результатов рентгенорадиологичес- кой диагностики, оно содержит блоки формирования признаков энергий излучения, подключенные своими входами к выходам блоков усиления, а выходами через последовательно соединенные блоки контроля признаков энер- гии излучения и блоки формирования функций к соответствующим входам блоков хранения экспериментальных функций, блок выбора функций, входы которого подключены к вы-, ходам блоков хранения экспериментальных функций, а выходы - к соответствукяцим входам блоков хранения экспериментальных функций и входу блока автоматического поиска коэффициентов, и блок распределения параметров, входы которого связаны с выходами блока автоматического поиска коэффициентов, а выход - со входом блока оценки и принятие решения, один из ; выходов которого подключен к управляющему входу блока выбора функций. 2.Устройство по п. 1, о т л и ч а KV. щ е е с я тем, что в нем блок формирования признаков энергии излучения содержит эмиттерный повторитель, база которого связана со входом блока, катодом туннельного диода и через первичную обмотку повышающего трансформатора - со средней точкой резисторного делителя напряжений, анод туннельного диода соединен с общей шиной источника питания, а вторичная обмотка трансформатора замкнута на последовательно соединенные резистор и конденсатор, обра- зуяТ С-контур. 3.Устройство по пп. 1 и 2, о т л и -. чающееся тем, что блок контроля признаков энергии излучения содержит цепочку из последовательно соединенных двух туннельных диодов и встречно включенного стабилитрона и резистора, причем общая точка двух туннельных диодов через параллельную цепочку из резистора и конденсатора подключена к катоду третьего туннельного диода, резистору и к базе транзистора, эмиттер которого соединен с общей ши- ной источника питания, а коллектор общей точке резистора и стабилитрона и к базе другого транзистора, коллектор которого через резистор связан с отрицательной шиной питания, через последовательную цепочку из конденсатора и резистора - с выходом блока, и через последовательную цепочку из конденсатора и резистора - с общей шиной источника питания. 4.Устройство по пп. 1-3, отличающееся тем, что блок формирования функций содержит схему формирования стандартного импульса, выполненную на транзисторе, эмиттер которого подключен к общей щине источника питания, база - ко входу блока, к катоду туннельного диода, анодом подключенного к общей шине источника питания, и через обмотку дросселя - к средней точке резисторного делителя напряжения, коллектор транзистора через перви ную обмотку трансформатора и резистор - к отрицательной шине источника питания, вторичная обмотка трансформатора одним концом подключена к отрицательной шине питания, а другим концом через резистор - к эмиттеру другого транзистора.

база jKOTOporo подключена к отрицательной шиие источника питания, а коллектор - ко входу усилителя постоянного тока, содержащего сдвоенный полевой транзистор, исток которого подключен.к положительной шине источника питания, сток - через резиотор-к отрицательной шине питания и к базе. транзистора второго каскада, а затвор - ко входу блока, через конденсатор - к общей шине источника питания, причем эмиттер транзистора второго каскада усилителя подключен к средней точке резисторного делителя напряжения, а коллектор через резистор - к отрицательной шине источника питания и к базе транзистора третьего каскада, эмиттер которого связан через резистор с отрицательной шиной источника питания и через диод - с обшей шиной источника питания, а коллектор подключен к выходу блока, через потенциометр - к положительной шине источника питания, причем движок потенциометра через цепочку параллельно соединенных резистора и конденсатора подключен к затвору сдвоенного полевого транзистора.

Н1ГЧ

Фиг.1