Персептрон Советский патент 1975 года по МПК G06K9/00 

ватель входной информации выполнен в виде многоканального голографического коррелятора, связанного с источником когерентного света и системой, иреобразующей входные сигналы в вид, необходимый для ввода в этот коррелятор, а ассоциативная матрица вынолнена в виде мультипликатора (нанример, многолинзового растра), установленного между входной плоскостью коррелятора и матрицей фотоприемников, связанных с блоком анализа.

На фиг. 1 нриведена функциональная блоксхема предлагаемого иерсептрона; на фиг. 2 - блок-схема одиого из фотоириемников, входящих в ассоциативную матрицу.

Персептрон предназначен для распознавания трех образов А, В и С. При большом количестве образов, количество усилителей и сумматоров в блоке анализа, полностью заимствованном из известных персептронов, быть соответственно увеличено.

На фиг. 1 и 2 обозначено: 1 - преобразователь входной информации, 2 - система преобразования входных сигналов в вид, необходимый для ввода в голографический коррелятор, 3 - многоканальный голографический коррелятор, 4 - источник когерентного света, 5 - ассоциативная матрица, 6 - мультипликатор изображений, 7 - матрица фотоприемников с пороговыми элементами, 8- блок анализа, 9 - матрица усилителей, 10 - матрица сумматоров, 11-система сравнения, 12 - первый канал двухканального фотоприемника, 13 - второй канал двухканального фотоприемника, 14 - система вычитания, 15 - пороговое устройство.

Преобразователь входной информации 1 состоит из трех блоков: системы 2 преобразования входных сигналов в вид, необходимый для ввода в голографический коррелятор, многоканального голографического коррелятора 3, связанного с этой системой, и источника когерентного света 4, оптически связанного с указанным коррелятором.

Выход преобразователя информации оптически связан с ассоциативной матрицей 5, которая, в свою очередь, состоит из мультииликатора 6 и матрицы фотонриемников 7 с пороговыми элементами. При этом вход мультипликатора оптически связан с выходом коррелятора, а выход мультипликатора оптически связан с матрицей упомянутых фотоприемников.

Выход ассоциативной матрицы связан с входом блока анализа 8, состоящим из матрицы усилителей 9, матрицы сумматоров 10 и системы сравнения 11. При этом выход каждого из фотоириемников ассоциативной матрицы связан электрически с входами нескольких усилителей, их количество равно числу распознаваемых образов (на фиг. 1 это количество равно трем). Выходы усилителей связаны с входами сумматоров, количество которых также равно числу распознаваемых образов, причем с каждым из сумматоров связан только один из усилителей, входящих в указанные выше грунны усилителей. Выходы сумматоров электрически связаны со входами системы сравнения, причем число этих входов равно числу распознаваемых образов. Выход системы сравнения является выходом всего устройства.

Двухканальный фотоприемник содержит два канала 12 и 13, каждый со своей входной анертурой (например, два фотоэлектронных умножителя), выходы которых подключены ко входу системы вычитания 14. Выход системы вычитания соединен со входом порогового устройства 15 (например, диодного), выход которого является выходом двухканального фотоприемника.

Персептрон работает следующим образом. На вход преобразователя входной информации 1 поступает подлежащий распознаванию сигнал X. Он преобразуется в системе 2 и вид X, необходимый для ввода в голографический коррелятор 3, оптически связанный с источником когерентного света 4. Конкретный снособ преобразования л: в X, а значит и выражение преобразующей системы, зависит от способностей, подвергаемых распознаванию образов и может быть самым разнообразным. В частности, это может быть процесс фотографирования, в результате которого получается диапозитив с записью входных сигналов (например, текста, рисунков, кривых и т. п.) или процесс преобразования электрического сигнала в пространственную модуляцию света при помощи, например, акустического или электроннолучевого модулятора света.

В многоканальном оптическом корреляторе с иараллельной обработкой сигналов осуществляется сравнение в общем случае двумерного сигнала Х(х, у) с некоторой выбранной системой функции сравнения фг(л:, у), где , 2,..., Л/, N - число каналов коррелятора. Для получения как можно большего числа параллельно работающих каналов Л в персептроне используется голографический коррелятор. Конкретное выполнение этого коррелятора может быть различным. Возможно, например, использование системы с Л независимо работающими корреляторами, в каждом из которых установлен голографический фильтр на одну из функций ф,. Более экономичен коррелятор с записью нескольких функций сравнения на один голографический фильтр с использованием нескольких различных углов падения опорной волны или сложного сигнала, составленного из нескольких функций сравнения. Возможны различные комбинированные схемы корреляторов, использующие указанные выше методы получения многоканальности.

На выходе многоканального голографического коррелятора, как известно, образуется система пространственно разнесенных оптических сигналов - корреляционных сигналов, распределение интенсивности которых онисывается выражением: 1 (. () иI X (-. у) г ( У -ОС.1 ,,(1) где означает операцию корреляции. Выходными сигналами преобразователя входной информации является или максимумы корреляционных сигналов р, кс суммарная интенсивность со PI JJ oi(i,-f didr, Очевидно, что требуемое для надежного раснознавания число N каналов коррелятора, определяющее в предлагаемом устройстве мерность пространства параметров значительно меньше, чем число рецепторов, определяющих мерность пространства параметров в известном персептроне. Действительно, как известно, корреляционные характеристики рг„аксИли Р,- дают наиболее полное описание степени сходства сравниваемых сигналов X и ф,-. Эти характеристики оказываются настолько исчерпывающими, что в ряде случаев, как известно, достаточно измерения величины р „ак-с - сравнения этой величины с некоторым порогом 8 для того, чтобы решить относится неизвестный сигнал к образу ф,- или нет. В других случаях однако (при «размытых в пространстве параметров границах образов) этого оказывается недостаточно и для определения принадлежности X к тому или иному образу требуется сравнительный анализ не одного, а нескольких измеренных величии «макс - Однако и в этих случаях их число оказывается всегда значительно меньшим, чем требуемое число параметров в известном персептроне. Это обусловлено тем. что каждый из корреляционных сигналов описывает «степень схожести всего исходного сигнала X с одной из функций сравнения, тогда как сигнал на выходе каждого нз рецепторов в известном персептроне, описывает «степень схожести только одного из элелтентов входного сигнала с элементарной «функцией сравнения, задаваемой характеристикой фотосопротивления. Общее сокранхение мерности пространства параметров в предлагаемом персептроне по сравнению с известным растет по мере усложнения подвергаемых анализу образов и может достигнуть нескольких порядков. Число же каналов коррелятора может быть принциииально просто получено порядка нескольких десятков, следовательно, по качеству распознавания нредлагаемый персептрон соответствует известным персептронам с числом параметров порядка 1000 и более, что делает такие известные персептроны в настоящее время практически не реализуемыми (например персептрои АРК-1 имеет 400 рецепторов). С выхода коррелятора корреляционные сигналы поступают на входящий в ассоциативную матрицу 5 мультипликатор 6 изображений, который создает из каждого поступающего на его вход сигнала pf(5,iT) систему одинаковых, но пространственно разнесенных сигналов P/fe Р; (; + ik, fi + Pift)i где; 1, 2М, М - степень мультиплицирования. , a-ij,, P;I; - пространственные сдвиги k-ro мультиплицированного изображения р; по осям I и Т, в качестве мультипликатора могут быть использованы различпые устройства, например зеркальный оптический туннель, мтюголгн-тзовый растр и т. п. В плоскости образовлиия мультиилиннровпниых изображений установлена система фотоприемников 7 с оптической апертурой такой величины, что в нее поступают снгнальт от нескольких (регз тируется при настройке) мультиплицированных изображений, соответствующих разным номерам i. Следовательно, сигнал на входе каждого из фотоприемннков представляет собою сумму коррелянлюнцых сигналов, попадающих в приемную апертуру. Каждый из фотоприемников 7 снабжен пороговым устройством с уровнем в, при достнженни которого на втлходе формируется сигнал «единица. Следовательно, на выходе ассоциативной матрицы, как и требуется в сигнал описывается выпажеперсептроне, нием ,„ - - .-е 1, если / 1 -0 Uro, О, если где m - число изображений, попадающих в приемную апертуру т Ж, Поскольку (3) описывает алгоритм работы ассоциативной матрицы персептрона, рассматриваемое устройство действительно является иерсептроном. Далее сигна.лы U,. попадают в блок анализа 8, где они усиливаются усиливателями 9, суммируются в сумматорах 10 и подвергаются сравнению в снстелте сравнения 11 точно так же. как и в известном персептроне. Хорошо известно, что в персептроне должно быть обеспечено такое соединение, чтобы некоторые нз сигналов p,7i входили в выражеине (3) со знаком «плюс, а некоторые со знаком «минус, причем число тех 1ли иных сигналов случайно (выбирается по жребшо). Для того, чтобы получить такой же результат и в предложенном персептроие, каждый из фотоприемников, входящих в ассоциативную матрицу, выполняют двухканальным в соответствии с блок-схемой, приведенной на фиг. 2. Рассмотрим работу этого двухканального фотоприемника.

Часть из оптических сигналов pi(i,Ti), попадающих в ВХОДНУЮ апертуру фотоприемника, проходит через входную апертуру одного из его каналов 12 и другая часть через входную апертуру другого канала 13. Выходные сигналы этих каналов складываются с противоположными знаками в системе вычитания 14, которая может быть выиолнена различными способами, в частности, например, так, как показано на фиг. 2 (встречное включение выходных напряжений). Следовательно, на выходе системы вычитания образуется сигнал равный сумме p,7, в которой часть слагаемых входит с одним, а часть с противоположным знаком. После прохождеиия этого сигнала через пороговое устройство 15 получим сигнал описываемый (3), в котором часть из р,-/; входит со знаком «плюс, а часть со знаком «минус, что и требуется для нормальной работы персептрона.

Формула изобретения

Персептрон, содержащий преобразователь входной информации, связанный с ассоциативной матрицей, имеющей системы вычитания и пороговые устройства, и блоком анализа, отличающийся тем, что, с целью повыщения качества дискриминации образов и расширения их класса, преобразователь входной информации выполнен в виде трех блоков, представляющих собой многоканальный голографический коррелятор и связанные с ним источник когерентного света и систему преобразования входных сигналов в вид, необходимый для ввода в этот коррелятор, а ассоциативная матрица выполнена в виде матрицы двухканальных фотоприемников и мультипликатора, установленного между выходной плоскостью коррелятора и указанной матрицей фотоприемников, связанных с блоком анализа, причем в каждом из фотоприемников выходы обоих каналов соединены со входом системы вычитания, а выходы системы вычитания соединены с пороговым устройством, вход которого является выходом указанного фотоприемника.

Us

-

13

15