УСТРОЙСТВО для КЛАССИФИКАЦИИ ОБЪЕКТОВ ПО п ПРИЗНАКАЛ\ Советский патент 1973 года по МПК G06T7/00 G06K9/50 

1

В многочисленных областях техники и вауки зачастую необходимо олределить при оомощи машины принадлежность к тому или иному классу предъявленных объектов, отличающихся рядом признаков, которые могут быть отнесены к п классам.

На1пример, выявление цифр и букв, сортировка предметов по определенной форме, сортировка электрических узлов, например транзисторов, по определенным классам качества, оценка фотоматериала, оценка медицинских данных для диагноза, расшифровка графиков и т. д.

Относительно трудная задача возникает при классификации стандартных знаков, местоположение которых твердо задано, например цифры, отпечатанные пишушей машинкой в заданных .полях (десяти классов цифр О, 1, ...9). Кроме того, из-за сложных форм подЛ1ежаших различению знаков для классификации требуется большее число признаков. Однако задача в этом случае относительно проста, так как цифры одного класса всегда имеют одну и ту же форму.

. Значительно сложнее задачи по классификации, когда наряду с большим числом классов и сложностью выявляемых фигур значительны дополнительные колебания представителей в одном классе, наприл1ер опознание рукописных цифр.

При опознании рукописных цифр они классифицируются в 10 классах (т 10), а именно в классах цифр0... 9. Подлежащие опознанию представители, т. е. индивидуальные

формы выполнения отдельных цифр, характеризуются большим числом признаков, так как почерк у разных людей различен.

До того как перейти к описанию известных методов опознания рукописных цифр, должен

быть пояснен на основе фиг. 1 и 2 принцип классификации и трудности, позникаюшне при опознании рукописных Ц1к|)р.

На фиг. 1 изображена обобш,енная функциональная схема устройства; на фиг. 2 - нахождение корреляций п тем самым геометрических взаимосвязей на примере цифр «1 и «7. Устройство для классификации содержит преобразующее устройство /, в котором шрименяемые для классификации физические величины (в данном случае чернота, выделяющаяся на светлом фоне, на котором написаны цифры) преобразуются в электрические значения. Последние обрабатываются в устройстве 2 таким образом, что их можно сравнивать С

величинами, накопленными в запоминающем устройстве (ЗУ) 3. Эти величины получают путем применения «процесса обучения с использованргем значительного числа известных .представителей, подлежащих разделению на

классы, в да;- чом случае болъщого числа проб

почерков, характерных для отдельных классов. Обрабатывающее устройство 2 и ЗУ 3 могут быть объединены в одном электрическом контуре или схеме. В сравнивающем устройстве 4 электрические величины, поступающие из обрабатывающего устройства 2, например обычные напряжения (в некоторых случаях токи), сравниваются со значениями, Н1ако1пленными в ЗУ 5 и на основе этого сравнения определяют принадлел ность к классам.

Для классификации рукописных цифр (если не найдены дополнительные средства), в ЗУ 5 накапливаются для каждого класса в отдельности значения признаков такого большого числа представителей, что классы могут быть хорошо описаны найденным выбором их представителей. Это означает, что в данном случае следует запоминать практически все возможные формы руконисных цифр от О до 9. Если для различия классов используются п признаков, то для каждой формы запоминаемых цифр запоминаются также значения тризнаков. При обнаружении незнакомого знака сравнивают .все накопленные значения признаков, различных во всех классах, с значениями признаков незнакомых знаков.

Однако при необходимой емкости запоминания « затратах на ,коммутацию схемы в процессе сравнения решение этой задачи может быть невозможно при существующем уровне техники.

Для описания классов путем накопления всех возможных представителей распознаваемых объектов и для исключения неоправданных затрат, накапливают вместо отдельных представителей средние значения их признаков, (Применяемых для различения, вместе с «функциями расстояния и используют их для оценки отклонений от средних значений. Обычно «функции расстояния представляют собой данные об интервалах, в пределах которых должны находиться значения признаков для отдельных классов. Интервалы, т. е. отклонения от средних значений, могут быть получены таким образом, что подлежащие прочтению цифры не удерживают во время зондирования в постоянном положении, а смещают их в определенном интервале относительно среднего положения.

Для каждого класса необходимо запоминать только 2rt значений для каждого из п признаков, т. е. верхнюю и нижнюю границу интервала. Таким образом, запоминается значительно меньше велич «1, чем до Сих пор. Однако это не улучшает разрешающей способности и не снижает технические затраты для осуществления такого способа. Возможность улучщения разрешающей способности и снижение технических затрат могут быть достигнуты, если в обрабатывающем устройстве 2 создавать новые признаки путем образования комбинаций признаков, полученных выделением из первон1ачальных признаков, выдаваемых преобразующим устройством /, и если эти новые признаки воспроизводят характерные

свойства цифр, пригодные для различения классов.

В качестве примера поясняется опознавание и различение цифр 1 и 7 (фиг. 2). Если для 5 зондирования подлежащих опознаванию цифр применяют растровый метод, то в качестве первоначальных признаков используются величины яркости растровых полей заданного разбиения поля изображения (в данном при10 мере растрирования с 4 X 6 - 24 растровыми полями). Эти первоначальные признаки независимы один от другого, это значит, что при каком-либо заданном распределении яркости нельзя определять величину яркости одного 15 или нескольких других растровых полей, основываясь на величине яркости одного растрового поля. Если же фигуры на поле изображения относятся к одному оцределенному классу (в избранном примере это классы цифры 1 20 или цифры 7), то величины яркости растровых иолей значительно коррелированы, причем корреляция для этих двух различных классов также различна (корреляции соответствуют геометрическим свойствам этих .цифр). У циф5 ры 1 на правой кромке изображения (принято, что цифра находится в нормальном положении, в котором она соприкасается с правой кромкой изображения) вертикально или примерно вертикально, 1носледовательно располо0 женные растровые поля сильно коррелированы.

Это значит, что они обладают примерно одинаковой яркостью. В равной мере растровые поля соответствующей косой линии цифры 5 1 имеют примерно, ту же яркость. В то время как в цифре 7 растровые поля, расположенные у верхней кромки последовательно горизовтально, сильно коррелированы, за исключением тех, что проходят с правого верхнего 0 угла и до самого низа, в равной мере как и между зачерненными толями имеют место сильные корреляции между полями, на которых не производится запись, и благодаря этому светлыми полями, а также между полями, 5 на которых производится запись, т. е. зачерiieHiFibiMin нолями с одной стороны и большей частью светлыми полями, на которых запись не производится, с другой стороны. Например, в цифре 1 между полями в левом верхнем углу 0 (на которых нет записи) и полями в правом нижнем углу (записанными), а в цифре 7 между полями в левом верхнем углу (с записью) и полями в правом нижнем углу (без записи). Это как раз те корреляции, которые исполь5 зует человеческий глаз и мозг при опознавании знаков, а не сами по себе отдельные признаки. В примере с цифрами 1 и 7 правильное опознавание рукописных цифр 1 и 7 только на основе отдельных признаков, т. е. без учета 0 корреляций, проблематично или невозможно. На фиг. 2, а и 2, б показаны «стандартные экземпля.ры цифр 1 и 7. Штрих-линии представляют собой определяемые в «процессе обучения граничные кривые, до которых доходит почернение в написанных от руки цифрах.

Естественно, что почерьшние вблизи от граничных кривых значительно слабее, чем в пределах самой цифры, однако они существуют. Фиг. 2, в и 2, г показывают возможное написание в пределах граничных кривых цифры 1, цифры, на которую мы бесспорно должны реагировать как на цифру 7, а D лределах гра-иичных кривых цифры 7 можно написать цифру, которая будет представляться ,в -виде цифры 1. Это значит, что рукописная цифр.а 1 может иметь те же признаки, что и цифра 7, написанная от рукн другим человеком, а также наоборот, но с меньшей вероятностью. Правильно различаются эти ди4зры толыко с учетом различных корреляции отдельных признаков.

Для опознавания принадлежности к классам с сильно отличающимися представителями необходимо нахождение соответствующим образом корреляций и тем самым геометрических взаимосвязей представителей, подлежащих классификации, при условии, что для этого не потребуются неоправданные затраты на запоминающее и сравнительное устройства.

Известные устройства для классификации рукописных цифр, обеспечивающие нахождение геометрической взаимосвязи цифр, в которых донускаются достаточно больщие колебания представителей, работают по принципу контурного слежения. При этом управляемый фотоэлементами и управляющей схемой световой луч перемещается вдоль распознаваемых рукописных цифр. Световой луч автоматически прослеживает контур цифр и из направления этого луча отбираются признаки опознаваемых цифр, величины которых сравниваются с накопленными величинами.

При таком слежении ао контуру возможна классификация « -при значительных колебаниях представителей одного класса или при значительном различии мжду внещне одинаковыми представителями различных классов, так как с одной стороны внешние значительно различные представители одного и того же класса (например, цифры 1) дают сильно совпадающие признаки, в то время как представители другого класса (например, цифры 7), особенно, когда имеет место большое подобие их отдельных признаков с отдельными признаками другого класса (цифра 1), выделяют значительно отличающиеся признаки.

Однако устройства, основанные на нринцине контурного слежения, требуют больщих технических затрат, так как управление слежением и устройства для сравнения выделенных признаков очень сложны. Кроме того, эти устройства чувствительны к нарушениям (прерываниям) контура.

Цель изобретения - уменьшить технические затраты и повысить надежность устройства для классификации объектов по п признакам, величины которых подвергаются значительным колебаниям и которые представлены в виде п электрических величин. При этом каждой из п электрических величин отводят два пропорциональных им противофазных электрических напряжения, которые подводят к п многополюсникам на резисторах для каждого подлежащего индентификации класса, а в этих многополюсниках путем образования комбинаций признаков получают выделенные признаки. Причем величина отдельных сопротивлений многополюсников подобрана в соответствии с данными «процесса обучения так, что выделенные нризнаки независимы один от другого и колебания их значений минимальны для представителей соответствующих классов, применяемых в «процессе обучения, и эти сопротивления определяют, что значения выделенных признаков находятся в пределах границ, выявленных в «процессе обучения.

Предложено устройство, отличающееся от известных тем, что оно содержит п источников

противофазных нанряжений, входы которых подключены к выходам преобразователей физических параметров в электрические сигналы, и п резисторных многополюсников, соответствующие входы которых подключены к выходам источников противофазных нанряжений, а выходы - ко входам логической схемы. Каждый многополюсник состоит из п комбинирующих резисторов, одни выводы которых объединены в общую точку, соединенную с выходом

многонолюсника, а вторые подключены к соответствующим входам многонолюсника.

В каждом многополюснике общая точка, с которой соединены один нз выводов комбинирующих резисторов и один вывод суммирующего резистора, соединена через дополнительный резистор с одним из полюсов дополнительного источника напряжения, второй полюс которого соединен со всеми взаимосоединенными полюсами всех источников противофаз-,

ных напрян ений. Причем дополнительные ре-, зистор и источник напряжения подобраны так, что напряжения, возникающие в суммирующих резисторах, отклоняются от нуля для представителей соответствующих классов, используемых при обучении.

Допо.лнительный источник напряжения может быть выполнен D виде источника постоянного или переменного тока.

Кроме того, источники противофазных напряжений могут быть выполнены в виде источников переменного тока, изменяющегося во времени с частотой, преимущественно большей, чем 1000 периодов в секунду. Если отводят напрял енне дополнительного

источника от п противофазных напряжений (например, путем суммирования), то почти полностью исключается влияние абсолютной величины признаков, используемых для классификации, например почернений, и влияние

возможных колебаний питающих напряжений. При использовании изобретения можно в случае опознавания геометрических форм, например рукописных цифр, получать применяемые для классификации электрические величины ,в соответствии с растровым методом.

В предложенном устройстве из преобразованных в электрические величины признаков, предназначенных для опознавания объектов, образуется максимально во3 можное число независимых комбинаций. Это число комбинаций равно числу признаков лри зондировании представителей в соответствии € растровым методом, т. е. равно числу растровых полей. Значения комбинаций образуют новые выделенные признаки. Для классификации рукописных цифр достаточно применить 24 растровых деления (может быть использован более мелкий растр).

Комбинации 01пределяются так, что они независимы одна от другой я колебания их значений оказываются минимальными в «процессе обучения применяемых представителей соответствующих классов.

Этот вид определения обуславливает последующую проверку отдельных комбинаций с точки зрения наличия корреляций, которые определяются в «процессе обучения и которые описывают геометрические взаимосвязи подлежащих опознанию фигур.

-На основе того, что колебания значений сводятся к минимуму, значительно улучшается разрешающая способность. Вследствие этого возможно обходиться при относительно небольщом числе -выделенных признаков небольшим числом растровых полей и допускаются неизбежные в рукописи колебания первоначальных признаков.

Образование комбинаций производится при помощи электрических сопротивлений. При счетном определении комбинаций и тем самым величин сопротивлений образование комбинаций происходит как с .положительной, так и с отрицательными величинами сопротивлений. Но так как отрицательных пассивных сопротивлений -нет, то необходимо получить из п электрических величин пропорциональные им как положительные , ..., , так и отрицательные -t/i, ..., -Un - напряжения или протифазные напряжения U, ..., /7„ и иг,..., ипНа фиг. 3 изображена схема многополюсников на резисторах для .одного класса.

На фиг. 4 изображен растр с 4 X 6 24 растровыми полями, используемый для опознания и классификации рукописных цифр; на фиг. 5 - вариант блок-схемы устройства для опознавания рукописных цифр.

На фиг. 6 изображены 25 образцов -рукописной цифры 1, которые перерабатываются в соответствии с приведенным ниже примером.

В преобразователе известного типа получают из каждой из я электр-ических величин, приданных п признакам подлежащих классификации объектов, два противофазных напряжения , Ui, и f/2,..., , Un(cM. фиг. 3). Эти напряжения могут быть также постоянными напряжениями, в этом случае Ui, ..., Un положительны, а f/i,..., Un - отрицательны. При классификации рукописных цифр электрические величины соответствуют почернениям отдельных растровых полей (например, полей -24 на фиг. 6).

Напряжения Ui - Un и Ui - fJn преобразуются в параллельно включенных многополюсниках Л/1 - Nn, причем для каждого класса имеется п многополюсников. Целесообразно, чтобы число многополюсников было равно числу электрических величин (в данном случае

числу растровых полей). В случае, когда подлежащие Классификации объекты отличаются один от другого и полностью исключено появление знаков, не относящихся к какому-либо классу, может быть использовано небольшое

число многополюсников.

На фиг. 3 изображены многополюсники для одного класса. Многополюсники для других классов выполняются аналогично, и на все подаются напряжения L/i - Un и Ui - Un

Таким образом, для каждого класса имеются параллельню включенные многополюсники - Nn, и каждый из них содержит п отдельных резисторов (обозначены как комбин-ации резисторов). Многополюсник NI содержит комбинацию резисторов jRi,i - R,n, многополюсник 7V2 -комбинации резисторов R2,. - 2,n, Nn - комбинации резисторов Rn,i - Rn,nЕсли при расчете комбинации резисторов сопротивления положительны, то на них 1подаются соответствующие напряжения Ui - Un, если отрицательны, то на них подаются напряжения Ji-Un- Каждый многополюсник содержит суммирующий резистор. Многополюсник Al содержит суммирующий резистор i и т. д.

Величины комбинирующих |резисторов - Rn,n более подробно определяются в «процессе обучения. Комбинирующие резисторы представляют собой запоминающие элементы для

признаков, характеризующих отдельные классы.

В многополюснике одни выводы всех комбинирующих резисторов соединены с одним выводом придаиных суммирующих резисторов и сходятся iB общих точках каждом многополюснике второй вывод суммирующих резисторов связав с одним полюсом всех источников -противофазных напряжений

Ui-Un и Ui - Un. Вторые выводы комбинирующих резисторо-в каждого многополюсника NI - Nn соединены с каждым вторым полюсом источников противофазных п электрических

напряжений Ui - Un и Ui - Un- Таким образом, комбинирующий резистор Ri,i многополюсника Л соединен со вторым полюсом источника напряжения f/i или Ui, комбинирующий резистор Ri,2 - со вторым полюсом источника напряжения Uz или f/2 и т. д. в следующей взаимосвязи: комбинирующий резистор Rik (k - комбинирующий резистор в i-OM многополюснике) соединен с источником напряжения Uh, если расчет согласно «процессу обучения показал, что k-к комбинирующий резистор i-ro -многополюсника положителен,

если, наоборот, расчет ino-казывает, что fe-й

комбинирующий резистор f-ro многополюсника отрицателен, то соединение происходит с .источником Иапряжения UиКомбинирующие резисторы всех многополюсников рассчитывают для каждого класса в соответствии с данными «процесса обучения, а затем измеряют так, что напряжения, возникающие на суммирующих резисторах Я - Кп, независимы одно от другого и колебания их для предста.вителей соответствующих классов, применяемых в «процессе обучения, минимальны.

В схеме, изображенной на фиг. 3, все многополюсники NI - одного класса объединены и содержат п раз столько комбинирующих резисторов Ki,i - Rn,n, сколько имеется признаков, и в каждом многополюснике - имеется комбинирующий резистор для одного из напряжений U - Un или (п Если различия между подлежащими классификации представителями достаточно велики (т. е. для их различения требуется меньше признаков), то может быть применено меньщее число комбинирующих резисторов Ri,i - Rn,n.

В каждом многополюснике происходит еа основе измерения комбинирующего резистора автоматическое сравнение поступающих значений объектов, подлел ацвдх классификации, со значениями в форме накопленных величин сопротивлений комбинирующих резисторов, например в f-OM Многополюснике, благодаря тому, что определяется будут ли напряжения 1 - или Ui - Un , приложенные к резисторам Ri,i - Ri,n и отличающие наличие признаков классифицируемых объектов, создавать в суммирующем резисторе г ток, который находится в пределах, определенных «процессом обучения. Токи в суммирующих резисторах RI - ,1 являются мерой для значений выделенных признаков. Если эти токи остаются в заданных пределах в каждом многополюснике одного класса, то данный объект относится к этому классу и принадлежность к классу положительно определяется в последующей схеме.

При этом целесообразно использовать не токи, протекающие в суммирующих резисторах, а полученные из этих токов в суммирующих резисторах R - Rn пропорциональные напряжения USi - USn. Эти напряжения подводятся к схеме логической по соединительным проводникам LI - Ln, подключенным к общим точкам комбинирующих резисторов и суммирующего резистора каждого многополюсника. Схема 5 0 пределяет, находятся ли напряжения в суммирующих резисторах Rn в заданных пределах.

Выход 6 схемы 5 каждого класса связан рещающей схемой известного типа (на чер.теже не показана), «которая определяет и показывает к какому классу относится данный объект (цифра). Если напряжения на суммирующих резисторах многополюсников р.асполюжены в интервале онределениых «процессов обучения представителей, не относящихся к какому-либо из этих классов или относящихся к более чем одному классу, то решающая схема отмечает этих представителей как не относящихся к какому-либо из этих классов. Поясняемое ниже на примере определение комбинирующих резисторов точно устанавливает их сопротивление. Так как определение комбинирующих резисторов происходит так, что колебания, возникающие в суммирующих

резисторах i - напряжений USi - USn, минимальны в пределах одного класса, это приводит к тому, что напряжения USi - USn для представителей одного класса в п многополюсниках, относящихся к этому классу, расположены в относительно небольщих интервалах, в то время как для представителей какого-либо другого класса по меньщей мере одно из напряжений US, - USn в этих же п многополюсниках находится вне интервала, определенного «нроцессом обучения.

Целесообразно подводить к каждому многополюснику кроме противофазных напряжений U - Un и Ui - и„ еще два дополнительных противофазных нйшряжения UZ или UZ,

причем в каждом многополюснике Л - последовательно с дополнительными резисторами RZ - RZn подключаются или напряжение UZ или напряжение UZ. При этом один вывод дополнительного резистора соединен с

общей точкой AI-АП, В которой подключены одни концы всех комбинирующих резисторов и один конец суммирующего резистора, а второй его конец связан с одним полюсом одного из двух источников дополнительных противофазных напряжений UZ или UZ, второй полюс которых подключен к соединенным между собой полюсам всех источников шротивофазных напряжений U - U и Ui - Un Дополнительные резисторы RZi - RZn и дополнительные противофазные напряжения f/Z и UZ соизмеряются так, что интервалы, в пределах которых происхолит колебание напряжений US,-USr,: возникающие в суммирующих резисторах / - Rn, относящиеся к применяемым в «процессе обучения объектам соответствующих классов, располагаются вокруг нулевой T04i4H. Н пряжен тя UZ- UZ могут быть постоянными или могут быть отведены из протнвофазных напряжений Ui - Un и f/i-fJn , например, путем суммирования.

Получение и подвод напряжений UZ и UZ наряду с применением дополнительных резисторов RZi - RZn дает следующие преимущества:

1.Без использования дополнительных проти.вофазных напряжений UZ и UZ определенные «процессом изучения интервалы находятся в положении, отличающемся от нуля. Применяя указанные дополнительные напряжения UZ и UZ, МОЖНО сместить интервал через нулевую точку в качестве средней величины, что более просто с технической точки зрения.

2.Классификация опирается на относительные значения используемых признаков, благодаря чему почти полностью исключается влияние абсолютной величины почериения, что в большинстве случаев более целесообразно, чем использование абсолютных значений.

3. Предотвращается влияние колебаний питающего напряжения на результаты.

Поскольку электрические величины, используемые для классификации, например напряжения, получаемые при зондировании фотоэлементами, могут быть очень малыми (порядка милливольт), в большинстве случаев оказывается необходимо применять усилители, а так как усиление постоянных напряжений,- а при использовании суммированных напряжений необходимость суммиро вания, особенно постоянных напряжений, представляет значительные трудности,- то целесообразно использовать переменные напряжения преимущественно с частотой, большей чем 1000 периодов в секунду.

Ниже приводится пример выполнения и работы устройства, показанного на фиг. 5.

Пример. Поставлена задача классифицировать рукописные цифры О ... 9. Таким образом, имеются 10 классов. Зондирование производится путем освещения опознаваемых цифр и применения фотоэлементов. Поле, в котором написаны цифры, разделяется еа 4X6 24 растровых поля (фиг. 4). На фиг. 5 изображена общая Схема. Имеющиеся в растровых полях соответствующие классифицируемым цифрам почернения преобразуются фотоэлементами в аналоговые электрические напряжения. Усилители У служат для усиления напряжений, создаваемых фотоэлементами, которые соответствуют п признакам, названным в описании.

Свет, которым освещается поле с записанной цифрой, модулируется вращающимся перфорированным диском, прерывающим луч света с частотой, .например, в 1000 ги. Поэтому преобразователи физических величин в электрические сигналы (фотоэлементы) создают переменное напряжение, а усилители Fj - V24 представляют собой усилители переменного еатгряжения.

На выходах усилителей Vi - Vzk находятся трансформаторы TPi - ТР24, создающие приведенные в 01писаш™ противофазные напряжения и - f/24 W. fJi - f/24- в данном случае переменные напряжения являются напряжениями, которые меняют свою фазу так, что

напряжения f/i - f/24 и LJi - Uzt всегда противофазны, и поэтому выполняется требование, заключающееся в том, чтобы из электрических величин выделялись противофазные напряжения.

Напряжения f/i - Uz и f/i-6 24 подводятся ко всем многополюсникам на резисторах

Ai,,0, Mi,i - N23,l и т. д. до V,,9 ,9.

Все многаполюсни ки класса «О, т. е. N,0 - .о служат для классификации цифры О, двадцать три многополюсника класса 1, т. е. ,i - ,1 - для классификации цифры 1 и т. д. до многоиолюсников ,9 для классификации цифры 9. Таким образом, здесь применено 10X23 230 многополюсников на резисторах. Каждое напряжение Ui-Uzi и

Ui - Uit подается на вход каждого многополюсника, т. е. на 230 входов.

В общем при 24 признаках и 24 измерительных напряжениях требуется для каждого класса 24 многополюсника. В связи с тем, что при применениИ в описанном примере напряжений

f/Z и t/Z, полученных суммированием, .представляющих собой одну из возможных комбинаций, для каждого класса требуется 23 многополюсника. Многополюсники выполнены таким образом,

что при выполнении условий отнесения их к одному классу на выходах всех 23 многополюсников, относящихся к данному классу, например ДЛ1Я цифры О, т. е. многополюсников - ,0, появляются напряжения, находящиеся в определенных пределах. Напряжения на выходах многополюсников являются напряжениями на суммирующих резисторах (например 7 - на фиг. 3). Выходы всех многополюсников, относящихся

к одному классу, соединены со схемой «И. Таким образом выходы многополюсников yVi,o - ,о соединены со схемой «И 5о, а выходы многополюсников yVi,i -Ni3, - со схемой «И 5, и т. д. При помощи этих схем «И

5о - 9 определяется, находятся ли колебания напряжения «а общих суммирующих резисторах многополюсников, предусмотренных для данного класса в пределах заданных интервалов, или выходят за эти пределы.

Для того чтобы заданные интервалы, в пределах которых могут колебаться напряжения на суммирующих резисторах, располагались вокруг величины, равной нулю, ко всем многополюсникам дополнительно подводят напряжения f/Z или f/Z, представляющие собой сумму напряжений V - f/24 или U -f/24. Напряжения UZ и f/Z получают из противофазных напряжений IJ - /24, - 24 при помощи двух дополнительных вторичных обмоток, последовательно соединенных трансформаторов Tpi-Тр24.

Для того чтобы сделать эту схему невосприимчивой к различной толщине линий зачернения заданных цифр и изменений питающих напряжений, пределы, в которых элементы «И определяют колебания напряжений на общих суммирующих резисторах, сделаны зависимыми от величины напряжений f/Z и f/Z. Это

достигается путем подвода дополнительного напряжения f/Ki, которое отводится из суммированного напряжения f/Z через трансформатор Тр25, а также путем такого коммутирования э лементов «И, что они производят классификацию только тогда, когда напряжения на суммирующих резисторах меньще, чем дополнительное напряжение, UV. Если, например, линии зачернения будут слабее или уменьшаются питающие напряжения, то

уменьщ.аются также противофазные еапряже13

ния Ui-.Uzi и Ui - f/24,Подводимые .к мнотополюсникам, и напряжения USi на суммирующих резисторах Ri, а также напряжение UVi, подводимое к схеме «И 5, благодаря чему возникает компенсация.

Выходы схем 5о--Зд соединены с выходом схемы 7 и блокирующими элементами SQ-8д. Если опознается заданная цифра, т. е. если колебания напряжений на общих суммирующих резисторах нахбдятся в заданных классификацией пределах, то соответствующая «И (например, 5) управляет выходом Pi через блокирующий элемент Sj.

Схема .«И 7 может запирать выходы 9о-9д через усилитель 10 и блокирующие элементы So-§9. Эта схема построена так, чтобы выходы 9о-РЭ залирались в случае, когда элементы «И положительно выделяют больше, чем один класс, например, при очень слабом почернении заданных цифр или тустых полей и тем самым недостаточной надежности выделения, выходы 9(1-РЭ, «о не за-пирались, когда схема «И выделяет только один класс, т. е. когда точно опознается только одна из предъявленных цифр.

В противном случае, когда колебания напряжений на общих суммирующих резисторах во всех многополюсниках больше заданных (определенных) интервалов,классификации нет, так как схемы «И 5о-59 не выдают управляющие напряжения.

Рассмотрим пример «процесса изучения с определением величин отдельных сопротивлений многополюсников для случая классифика-. дин .рукописных цифр с применением 24 растров. Рассматривается один класс, но все выводы и положения действительны и для остальных классов.

Для соответствующих классов цифр взято большое число образцов почерков разных людей (на фиг. б 25 образцов начертания цифры I). Общее число образцов почерков обозначено буквой S. При ломощи зондирующей оптики и фотоэлементов определяются почернения всех 24 .растровых полей (фиг. 4). Для каждого образца почерка принимаются 24 числа Xi-Х24 , пропордиональные почернениям 24 растровых полей. Индексы (степень в скобках) означают, к какому образцу почерка ОТНОСИТСЯ число, например .ХГь JC2,.. . ,.t24

обозначают почернения в растровых полях 1,

2 2

2 ... 24 первого образца почерка, а Xi, xi,..., дгм -почернения в растровых полях 1, 2 ... 24 второго образца почерка.

Из замеренных почернений рассчитываются средние значения mi - «124 почернений в растровых полях- I-24 по следующим формулам:

т, (n) + f) + ...4-4), m, -|-(4 + + ... + 4).

,,::i(...44f).

14

С помощью рассчитанных средних значений образуются только выделенные признаки, т. о. комбинации б di (xi - т) -f di(x2 - 2) -i+ . .. 4- (х24 - m24) первоначальных признаков, т. е. почернений -Vi-Хг/,, имеющич следующие свойства: для каждого образца почерка х, Х2, 1 Хы такого рода комбинация имеет следующее значение

5(1) d, (.(/) - /и.) + d, (4) - ш,) -f .. . +

+ d,,().

При усреднении образцов почерков сумма

квадрата F У о; , т. е. статическое

лебавие комбинации вокруг ее нулевой точки, должна достигнуть минимума. Это значит, что колебания значений выделенных признаков должны быть минимальными для представитеЛ ей класса, примененных в «процессе обучения.

Исключая тривиальное решение d da ... и заменяя его dj + dl-f .. . + (24

Cos 0, получаем следующие минимальные ные условия: функция

F d, (хт - т,) + d, (4 -т,) + ...+

+ d,, (хт - т,,)Г + d, (,vf - m,) +

+ d, (4) ,„) ц .., + d,, ( - т,,) + ...+

+ Id, ( - m,)+ d, ( - Ш,) + ... +

+ (44 - ) + (df) + df + ... + df,)).

должна в зависимости от коэффициентов di, d2 . . . d2.t стать минимальной.

Для осуществления минимума необходимо, чтобы

dp дР

дР дР dd ddn 6j

отсюда получается:

- 2 lid, (хт m J + d. (xW -т,) + ...+ + d,, (4i - m,,(xW - т,) + d, (42) т,} +

+ d, (4) m,) + ...+ d«. (4|)- ш„)1 X X (xf - m,} + d, (() - m,) + d, (4 - ) + + ... + d,, (4f - т„)1 (4) m,)} - 2ad, 0;

55

dF

z 2 , (.(1) - m,) + d, (41) - m,) +

dd.

+ ... + d« (41) - m«) (41 - т„ + И - ) + И - i) + .. . + -f d,, ((2) - m«) (44 - г..) + .-.+ + Id, (x) - mj + d, (4) - m, + ... +

+ .4 (4 - )1 (4l )) - 2.4 0; (1) 15 Используя апределееие S Х/й 3 -(jc/ -W;)(:ft ), можио следующим образом написать упомяHiyTbie выше условия после умножения квадратных скобок с их множителем, и после суммирования рядом расположенных членов ( элементы ковариантной матрицы)ю u,Xi,i-f .2 + . 4-й24 -1,24 aj, ,1 + ,-2,2 + + 242,24 (2) ,4.1 + rf.)-24.2 + . . . + .24 arf,, ИЛИ в виде матричной записи Ли - ad с ковариантной матрицей U424 Л I / 2 I A-J . 1; ,i ,iW4/ , / Матричное уравнение (2) имеет 24 линейных25 независимых решения 14), 4), . . .. 4J)j, (df), df,. . ., df) . . . . . . df df . . . 4f) (отличающиеся здесь степенями в -скобках), которые определяются одним из известных ме5, dp (, - т,) + Р(лг,- .-г 16 тодов определения собственных векторов матРИДЫ. В описанном здесь примере применяются почернения -,-,... , причем д: это су, , . . - 24- Поэтому уже использова линейная комбинация и получаются еще 23 линенно независимых решения. определения решении вначале необходимо рассчитать в соответствии с определяюЩ5)У уравнением (1) элементы Яьй ковариантНОЙ матрицы Л таким образом г.1 (лг) - Ш,) + (rf - m,) -f . . . + , 42 4 ) И ) + +(.(2),„(2)„,)... +(л;()-т,)(4)-/л,) расчета 23 решений ), ,..., ), jd(2,, rf(2), . . ., rf|2,,, . . ., (d(23), (23), . . ., (23)} матричного уравнения (2) для каждой из лолученных 23 -независимых комбинаций: ,) + ... 4-4i( - .4).

8,3 . df3) (, т,} 4- 4 (-V, - /п.) + .. . -Ь dg3) („ т„)

рассчитывается максимум абсолютной величи-«процессе обучения. Для определения максины, что получается, если для лг, yiz, ... - 24мума необходимо рассчитать значения комбивставляются значения используемых образцов35 наций бь 62,... 623 для каждого образца попочерка. Этим определяются границы, в пре-черка. делах которых колеблются выделенные признаки представителей классов, применяемых вДля первого образца почерка получается

5П) ::z d() ((/) - т + («2 -«,) + ... -f d() (4i - Ш„).

S() df) ((i) - /n J + df 3) ((1) ;n j +... + 423) (a) ,„),

ДЛЯ второго образца почерка индекс (степеньлах которых должны колебаться напряжения

в скобках) для х,, Xz, ... будет 2 и т. д. 40US на общих суммирующих резисторах.

Таким обр-азом, для образцов почерка лолу-Из рассчитанных величин mi, niz,... «24 и

чаются 23 группыdi.da,... d24 получаются следующим обра{8(1), 8(2),... 8(j-5)}, {г(), 8(2),. .., 8()) ,...зом величины сопротивлений многополюсн-иков

2§ 23 fОбратные значения чисел di , d ...,

из S чисел, из которых выбираются абсолют-пропорциональны комбинирующим сопротивные величины л с-оотзетствии с наибольшимлениям ,i, 1,2, . . . ,,,2,. .,i,2

числом. Эти числа задают интервалы, в преде-многополюсников Л/ь обратные значения чисел

45N,N2,... N23.

17

i . da ,..., dsM пропорциональны сопротивлениям 2,Ь ,2, - ,24 ИЛИ R.l, R2,-2 , ; ,24

МНОГОПОЛЮСНИКОВ N2 и т. д. Обратное значение уравнения //Л1+4 +- . Pi проП 0рционально до1полнительному сопротивлению RZi или Zi в многополюснике и т. д.

Если рассчитанные числа dl положительны, то на приданные комбинирующие резисторы в виде Ri,h Следует подать напряжения L,, Uz, ..., 1/24, В другом случае в качестве Ri,h на них подают напряженияUi, Uz, . ,U-n. Если PJ положительное число, то на резистор RZi подают дополнительное напряжение f/Z, в противном случае на резистор RZi подают дополнительное напряжение UZ.

Используя эти выводы, можно рассчитать величины комбинирующих резисторов многополюсников.

Предмет изобретения

8

18

соответствующие входы которых подключены к выходам источников противофазных напряжений, а выходы - ко входам логической схемы.

Н.Н

Ъ