Устройство для моделирования пространственно-частотной фильтрации зрительной системы Советский патент 1978 года по МПК G06G7/60 

темпового полупсрнода прострлиствсппоп частоты.

Устройство содержит фотодиодиые ключи 1-6, блок задержки 7, блок формировлиия сигналов растормаживанпя 8, блок формирования сигиалоБ тормол :ения 9, фильтр те.мнового полчперкода простраиствеипой частоты 10, фильтр светового иолупериода простраиствсииой частоты 11, сумматор с пороговым элсмситом 12 и генератор импульсов 13.

Каждый и.ч блоков 7-12 иредставляет со6oii модель исйропа. структурная схема котоpoii приведена на ()иг. 2. Модель нейрона содержит и тегратор во.збу;Кдающи. сигналов 14, блок уирав;1ясмо11 проводимости 15, И1ггсгратор тормозпы.х сигналов 16 i генератор нотенциалов действия 17. Возбуждаюпдие входы обозначеиы кружкамн, тормозные - треугольником.

На фотоднодиые входы фотодиодных ключей 1-6 воздействует движущееся световое изображение - решетка оиределенной пространственной частоты (направление дв - жения показано стрелкой). На вторые входы поступают сигналь; от импульсного генератора 13, иредставляюи1,пе собой начки коротких прямоугольных пмп льсов определенной частоты. На выходе 1-го, 3-го, 5-го фотодиодиых ключей сигналы иоявляются при освещении фотодиодов, иа выходе 2-го, 4-го, 6-го фотодиодных ключей - нрп затемнении, при этом ключи, срабатывающие ири освещении («о/г) периодически чередуются с ключами, срабатывающими при затемнении («off).

Устройство работает следующим образом.

Иитегратор 14 сумматора 12 суммирует выходные сгниалы фильтров 10, 11, каждый из которых имеет два возбуждающих входа прямо от фотодиодных ключей. На входы интегратора возбужден1 я 14 фильтра темнового нолунериода 10 постунают снгналы с выходов 3-го и 4-го ключей, на входы интегратора возбуждения 14 фильтра еветового полунернода 11 ноступают сигналы с выходов ключей 4 и 5. Функции этих ключей разные: 3-й и 5-й ключи срабатывают прн оевещении («о/г), ключ 4 - при затемнении («off). Нрн двнженин стимула вдоль лннейки фотодиодов (направление движения ноказапо стрелкой) иоследовательность возбуждений для фильтра 10 - «on - «off - т. е. нрн движении сти.мула передний край каждой полосы нроходит сначала о/г-ключ, потом о/7-ключ. Для фильтра 11 последовательность возбуждений - обратная: off-on.

Максимальный сигнал на выходах фильтров 10 и II ноявляется в случае, когда величина нолунернода (темнового длл 10 н светового для фильтра li) совпадает с расстоянием }дежду ключами 3 н 4 дли фил|угра К) н ключам 4 н 5 для фильчра 11. Таким образом, максимальный ст-гнал на входе порогового элемента, сумматора 12 будет прн онределепном периоде нространственпой частоты. Настройка на эту частоту опреде.чяетс}; расстоянием между 3-м («on) и 4-м («off), а также 4-м («off) и 5-м («on) ключами. Во исех елучаях, когда щнрина нолунериода не равна расстояниям между «о« и «о/7; -ключами, сигиалы на выходах фильтров 10 и 11 по величиие значительпо меньше. Уменьшение этнх снгналог осуществляется с номои1,ью блока 9. Это осуществляется следующим образо:м. При двпжеиип решеток вдоль лииейки фотод,иодов сигналы с выходов 1-го-6-го ключей :epe:i блок :5адерж1; 7 с небольнюй задержкой ностунают на вход интегратора возбуждаюнгнх снгиало блока 9. Выходной сигна.т это1о б.юка 9 пост 11ает на входы интеграго1)ов тормо:5пых си1Ч1алО з 16 фи.:1ьтр01; 10, 11. Торможеине вьгходных сигналов Н1ггеграторов 14 ос тцествляе1ся с помощью блоков переменной ироводимоети 15, нроводимоеть которых правляется следу ощим образом:

±±111,

где /(/) -- еигнал па выходе иитегратора 16; RO - эквивалептиое сопротивление интегратора в отсутствии сигиалов на выходе интегратора 16: у - маештабный коэффициеит. Величина тор-мозного еигнала будет тем больще, чем больше нространственная частота решетки отлнчаетея от частоты, на которую фильтр

настроен.

Устройство моделирует еще одну важную функцию реце1ггнвпых полей зрительной еистемы -- 5ыделеипе периодичиостей стимулов, движущихся только в одиом оиределенном направлении. Это обеспечивается блоко.м 8 формирования сишалов растормажнвания, который д, }меиьи ения сигнала на выходе блока формирования сигналов тор.можения 9. Выходной сигьал блока 8 иостунает на вход

ипте1ратор. 16 блока 9 и через блок Ч1равляемой прозодимоети 5 уменьшает сигиал иитегратора 14 этого блока 9, тем самым уменьигая тормозной сигнал на входах фильтров 10 и II.

Ноясним функцию блока 9 иа примере работы фильтра jCMiiOBoro иолхнериода 10. На фиг. 3 нриведеиы осцн.члограммы. ио;1ученные нри стимула в на равлении, указаипо.м стрелкой фиг. 1. При движеиии кажды 1 край темно;:ой голосы формирует следуюН1ую. вре: 1ениую последовательность сигналов: тормозноГ crTibTT от и:люча I, растормаживаюнпн сигнал от ключа 2, затем возбуждающий сипга: от к.поча 3 и опять тормозиой от ключа

1. График на фиг. 3 демонстрирует, что возбуждающий сигнал в точке «а блока 10 имеет бо„|ЬИ1ую амплитуду. При движении объекта и Г роти1Ю110ло к(ом ианравлеиии ео стороны ключа 4 (фиг. 4), иоследозательноеть сигналов будет дру1-оГ : тор.можег1ие от ключа 4, B036 :iv4eH:rL от ключа 3, растормаживание от ключа 2, jopMOJKeHne от ключа 1. В этом случае оозб; жда1онгий сигнал от ключа 3. развиваяс: на фоне тормозного от ключа 4, не мо:i;cT достичь больнгоГг амплитуды. Возбуждающии сигнал не достигает порога сумматора с пороговым элементом 12. Генератор потенциалов действия 17 на выходе сумматора 12 не может выделить решетки пространственной частоты, на которую он настроен, если решетка движется в противоположном направлении. Таким образом, моделируюш,ее устройство выделяет пространственную частоту, на которую оно настроено, только при движении стимула в определенпом направленпи.

Формула изобретения

Устройство для моделирования пространственио-частотпоГ фильтрации зрительной системы, содержашее линейку из двух групп фотодиодных ключей, причем каждый фотодиодный ключ одной группы расположен в линейке между двулМя фотодиодными ключами другой группы, электрические входы всех фотодиодных ключей подсоединены к генератору импульсов, и блок формирования сигналов растормаживания, три входа которого подключены ко входам соответствующих фотодиодных ключей, а выход соединен с тормозным входом блока формирования сигналов торможения,

отличающееся тем, что, с целью расщирения области применения за счет выделения признаков периодичности с различными частотами, оно содержит фильтры светового и

темнового полупериодов пространственной частоты, сумматор с пороговым элементом и блок задержки, входы которого соединены с выходами фотодиодиых ключей, а выход подключен к возбуждающему входу блока формирования сигналов торможения, подсоединенного выходом к тормозным входам фильтров светового и темнового полупериодов пространстпеиной частоты, два возбуждающих входа которых подключены к выходам соседних фотодиодных ключей, а выходы указанных фильтров соединены со входами сумматора с пороговым элементом, выход которого является выходом устройства.

Источннки информации, принятые во внимание нри экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР ЛЬ479128, кл. G 06G 7/60, 1973.

2.Познн Н. В. Моделирование нейронных структур. М., «Наука, 1970 (прототип).

faz.i

Порог

порог