УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВЫДЕЛЕНИЯ ИНФОРМАТИВНЫХ ПРИЗНАКОВ ПРИ РАСПОЗНАВАНИИ ОБРАЗОВ Советский патент 1973 года по МПК G06K9/62 G06F15/18 

1

Изобретение относится к устройствам для измерения и обработки электрических сигналов и предназначено для использования в системах распознавания образов для выделения информативных приенаков образа, а также в предсказывающих устройствах, в частности в электронных системах автоматического контроля состояния электро- и радиооборудования летательных аппаратов.

Каждый объект можно охарактеризовать некоторым набором признаков. Очевидно, что среди признаков есть такие, которые весьма «чувствительны к малейшему изменению состояния объекта и такие, что совсем не меняют своего значения даже при выходе объекта из строя.

При контроле работоспособности объекта особенно важно отобрать признаки, которые позволяют наиболее полно и глубоко оценивать состояние объекта.

Известно устройство, осуществляюпдее выделение признаков опознаваемого объекта. Однако конструктивно оно сложно и не обеспечивает эффективного выделения наиболее информативных признаков.

Цель изобретения - повысить эффективность выделения информативных признаков объекта.

Цель достигается за счет эффекта самообучения, выполняемого на нейтроподобных элементах (нейронах). При этом критерием отбора является информативность признака, которая определяется наибольшим разбросом его текущих значений от эталона. Устройство выделяет не все признаки, а только наиболее информативные.

Конструктивно это выражается в том, что устройство выполнено в виде параллельных каналов по числу предъявляемых признаков,

каждый канал содержит блок нормализации признака, выход которого подключен к возбуждающему входу первого и тормозящему входу второго нейрона, и последовательно соединенные интегрирующе-запоминающую ячейку, сипантическую ячейку и третий нейрон, возбуждающий вход интегрирующе-запоминающей ячейки подключен к выходу первого нейрона, а тормозящий вход - к выходу второго нейрона, один из входов синаптической

ячейки соедипен со входом блока нормализации признака и соответствующей входной клеммой, причем тормозящие входы третьего нейрона каждого канала подключены к шине установки порога, выходы интегрирующе-запоминающих ячеек каждого канала через суммирующий нейрон подключены к источнику смещения, тормозящим входам первого и второго нейронов каждого канала и управляющим входам первого и второго генераторов.

На фиг. 1 показана структурпая схема усгройства для выделения информативных признаков; на фиг. 2 дан график статической нейрона.

В предлагаемое устройство входит блок нормализации / признака /ь нейроны 2г, 3i, 4, 5ь интегрирующе-запоминаюидая ячейка б, генераторы линейного напряжения 7, 8; синаптическая ячейка 9, 10 - входная шина; обш,ая пороговая шина 11; шина 12 установки порога информативности.

Xi - текущее значение t-ro признака, Xi - величина информативности г-го признака, и - нормализованное среднее значение г-го признака, (Уем. f nop-напряжение, 1 1,2 ... п - номер канала. Кроме того, стрелка возле нейрона обозначает возбуждающий вход, кружочек- тормозящий.

На фиг. 2 и - входное напряжение, f - частота выходного сигнала, в - порог восприимчивости нейрона.

Устройство состоит из параллельно функционирующих каналов по числу предъявляемых признаков. Составными элементами устройства являются блок нормализации признака, нейрон, генератор линейного напряжения, интегрирующая запоминающая ячейка и синаптическая ячейка.

Блок нормализации признака У осуществляет нормализацию текущего значения признака и формирует модуль разности между нормализованными текущим и средним значениями признака.

Нейрон представляет собой аналого-дискретный преобразователь, имеющий входы двух типов - возбуждающие и тормозящие. Порог восприимчивости нейрона является переменной величиной и определяется сигналом на тормозящих входах, чем больше суммарный тормозящий сигнал, тем выше порог восприимчивости нейрона, и наоборот. Сигнал, приложенный к возбуждающему входу, способствует росту частоты выходного сигнала, вплоть до участка насыщения.

Генератор линейного напряжения имеет два типа входов - пороговый и управляющий. Генератор вырабатывает линейно нарастающее во времени напряжение до тех нор, пока сигнал на его управляющем входе не станет отличным от нуля. В момент появления управляющего сигнала напряжение на выходе генератора линейного напряжения скачком уменьщается до нуля и остается на этом уровне все время, пока действует управляющий сигнал.

Порог срабатывания генератора можно изменять путем подключения к его пороговому входу напряжения. Тогда генерация линейного напряжения на выходе генератора будет прекращаться в тот момент времени, когда суммарный сигнал на управляющих входах превысит сигнал на его пороговом входе.

Интегрирующе-запоминающая ячейка Oi производит операцию интегрирования и последующего запоминания положительной разности между сигналом, приложенным к

возбуждающему входу, и сигналом, приложенным к тормозящему входу этой ячейки.

Синаптическая ячейка PI представляет собой элемент с двумя входами и одним выходом, осуществляющий операцию умножения сигнала на некоторый коэффициент, значение которого 1может изменяться.

Выходы всех нейронов 2 (фиг. 1), которые соединены с блоком 7i посредством возбуждающего входа собраны на управляющих входах генератора 7, а выходы генератора 7 подключены к возбуждающему входу этих нейронов. Замкнутая цепь носит название тракта поощрения.

Аналогично соединены между собой генератор 8 и нейроны 3, которые связаны с блоком 1 посредством тормозящего входа. Эта цепь называется трактом наказания.

Вычисленный в блоке /i сигнал вида

fli raod (л; - р.), где л: -нормализованное

текущее значение t-ro признака, поступает на возбуждающий вход нейронов 2i тракта поощрения /-ГО канала и на тормозящий вход нейрона 5i тракта наказания этого же канала.

Пороги указанных нейронов 2 и 3 устанавливаются одинаковыми и положительными при общей пороговой шины 11, прикладывая напряжение t/CM.

С генератора линейного напряжения 7 подается линейно нарастающий сигнал на возбуждающий вход нейронов 2i. Очевидно, что первым выйдет из подпорогового состояния нейрон, на который поступает наибольший сигнал а. Импульсы этого нейрона подаются

па возбуждающий вход ячейки 6. Эти импульсы поступают на управляющий вход генератора 7. Срыв линейного напряжения осуществляется в зависимости от порога генератора 7, определяемого напряжением Напряжеиие f/cM выбирается таким, чтобы до сброса генератора 7 успевал возбуждаться не только нейрон, иа возбуждающем входе которого величина flj максимальна, но и ряд других нейронов, следующих в порядке убывания

этой величины. При этом длительность поощрения, воспринимаемого соответствующей Ячейкой, определяется выражением:

TI К, (ai - 9,,),

где 1 - постоянный коэффициент, Qz - порог восприимчивости нейрона 2;.

Величина поощрения записывается в следующем виде:

Ti

Pi K(ai-Q,dt,

о

где fe - постоянный коэффициент.

Одновременно осуществляется процесс «наказания интегрирующе-запоминающих ячеек в каналах, где величина а минимальна при данной ситуации из обучающей выборки. Эта процедура выполняется при помощи нейронов 3; и генератора линейного напряжения 8. Характерно, что процессы поощрения и наказапия идут одновременно и повторяются