Устройство для моделирования нейронных структур зрительной системы Советский патент 1979 года по МПК G06G7/60 

1

Изобретение относится к области моделирования нейронных структур зрительной системы, служащих для анализа изображений, и может найти применение в системах контроля, телеметрии и автоматики, а также в «сенсорных системах роботов.

Известно устройство для моделирования нейронных структур 1, содержащее линейку из двух групп фотодиодных ключей, причем каждый фотодиодный ключ одной группы расположен в линейке между двумя фотодиодными ключами другой группы, электри.ческие 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. Однако это устройство не позволяет моделировать механизм выделения размеров объектов в зрительной системе.

Наиболее близким техническим рещением к изобретению является устройство для моделирования пространственно-частотной фильтрации в зрительной системе 2. содержащее линейку фотодиодов, модели «оп

и «off нейронов, формирователь тормозных сигналов. Выходы моделей и «о Г -нейронов подключены к возбуждающим входам фильтров светового и темнового полупериодов пространственной частоты, выходные

сигналы которых поступают на сумматор с пороговым элементом, являющийся выходом модели. Выходы моделей и «off нейронов подключены ко входам блока формирования сигналов растормаживания и блока задержки, выход которого соединен с

возбуждающим входом формирователя тормозных сигналов, а выход блока растормаживания - с его тормозным входом. Выход формирователя тормозных сигналов подключен к тормозным входам фильтров светового и темнового полупериодов пространственной частоты.

Такая модель позволяет получить на выходе сигнал, зависящий от пространственной частоты стимулирующей решетки, движущейся в определенном направлении, что обеспечивает возможность .моделирования рецептивных полей зрительной системы, осуществляющих узкополосную пространственно-частотную фильтрацию изображений. Однако эта модель не позволяет моделировать механизмы выделения размеров объектов и с достаточно высокой точностью измерять их.. . .: . Цель изобретения - повышение точности моделирования нейронных структур-за счет моделирования Специализированных механизмов выделения размеров объектов в зрительной системе. Эта цель достигается тем, что в предложенное устройство введена группа элементов ИЛИ, две группы порог овых сумматоров и второй формирователь тормозных сигналов. Выход каждого фотодиода линейкй подключен ко входам соответствующей пары и «off -нeйpoнoв. Ёыходы первого и второго формирователей тормозных сигналов соединены с тормозными входами первой пары моделей «off - и «оп -пейронов соответственно. Выходы первой пары моделей и «off -нeйpoнoв подключены к первым входам первой и второй групп пороговых сумматоров соответственно. Выходы каждой пары остальных моделей «ofЬ -нейрбновсоединены со Ьходами первого и второго формирователей тормозных сИтналов и с вторымк входа мисООтветствующей пары пороговых сумматоров второй и первой групп соответственно. Выходы каждой пары пороговых сумматоров подключены ко входам соответствующего элемента ИЛИ группы Выходы элементов ИЛИ группы являются выходами устройства. Структурная схема устройсгва приведена на чертеже. Устройство содержит линейку фотодиодов 1, модели «оп -нейронов 2, реагирующие на уве.личение освещенности модели «о Г -нейронов 3, реагирующиена уменьп ние освещенности, первый и второй 5 формировател и тормозных сигналов, первую и и Wf)tiTuBB и. группу элементов или 8. | . Устройство работает следующим образом. На фотодиоды Г воздействует движущееся изображение темного объекта на светлом фоне (отрицательный контраст) или светлого объекта на темном фоне (положительный контраст). При выделенийразмера темного объекта, движущегося насветлом, фоне, светный фон, первоначально воздействуя на фотодиодный вход: модели, вызывает возбуждение «ол1-нейронов 2. При этом на выходе «о Г -нейронов 3 сигналы отсутствуют. ВыхОдНЬ1е сигналы всех «Ьп -нейронов за исключением первого (со стороны движущегося объекта), поступают на первые входы сумматоров 7, а также йа входы первого формирователя тормозны | сигналов 4, который при наличии сигнал6в на всех его входах формируетСигнал, поступающий на тормозный вход первого «off -нeйpoн,a. Ёлагодаря этому, при затемнении первого фото ДйВда передним тёмным краем движущего661569ся объекта выходной сигнал первого «off нейрона отсутствует и на первые входы сумматора 7 подается нулевой потенциал, запрещающий передачу выходных сигналов возбужденных «оп -нейронов на выход модели. Передний темный край изображения при движении вдоль линейки фотодиодов 1 вызывает последовательное возбуждение «оГГ -нейронов, выходные сигналы которых поступают на первые входы сумматоров 6, а также на входы второго формирователя тормозных сигналов 5. Второй формирователь осуществляет торможение первого «оп нейроиа только при наличии сигналов на всех его входах, т. с. при затемнении всех фотодиодов (в режиме выделения размера светлого объекта ни темном фоне). Сигнал на выходе одного из сумматоров.. 6 появляется, когда движущийся объект своим задним (светлым) краем возбудит первый «оп -нейрон и одновременно передним (темным) краем один из «о1 -нейронов. При этом появляется сигнал на выходе сумматора 6, и возбуждается выход модели, соответствующий данному размеру объекта. На всех остальных выходах устройства сигналы отсутствуют. Работа устройства в режиме выделения размера светлого объекта на темном фоне аналогична работе при выделении размера темного объекта на светлом фоне. Переход с одного режима на другой осуществляется автоматически. При наличии на фотодиодном входе модели свет.юго фона формирователь 4, подключеипый к выходам «оп -нейронов, тормозит первый «olf нейрон, а при наличии темного фона, формирователь 5, подключенный к выходам «оГ -нейронов тормозит первый «оп -нейрон. Выделение раз.мера светлого объекта, движущо гоСя на темном фоне, происходит при оДновремениом срабатывании первого «pff нейропа и одного из «оп -нейронов. В зависимости от размера объекта выходной сигнал модели формируется одним из сумматоров 7 и через элемент ИЛИ 8 поступает на соответствующий выход устройства. ::- Введеиие новых структурных элементов и сгшзей между ними позволяет с достаточно в|11сокой точностью моделировать механпзм) выделения размеров объектов в зрительиой системе. Устройство может быть применено для. моделирования .1еханизмов переработки зрительной информации в реальных, нейронных структурах, а также в системах автоматического анализа изображений, например в «сенсорных системах роботов./ Формула изобретения Устройство для моделирования нейронных структур зрительной сист.емы, содержащее линейку фотодиодов, модели и «off -HefipOHOB и первый формирователь тормозных сигналов, отличающееся тем, что, с целью повышения точности моделирования, в него введены группа элементов ИЛИ, две группы пороговых сумматоров и второй формирователь тормозных сигналов, выход каждого фотодиода линейки подключен к входам соответствующей пары моделей и «off -нeйpoнoв, выходы первого и второго формирователей тормозных сигналов соединены с тормозными входами первой пары мсГделей и «оп -нейронов соответственно, выходы первой пары моделей «о -нейронов подключены к первым входам первой и второй групп пороговых сумматоров соответственно, выходы каждой пары остальных моделей и «о -нейроновсоединены с входами первого и второго формирователей тормозных сигналов и с вторыми входами соответствующей пары пороговых сумматоров второй и первой групп соответственно, выходы каждой пары пороговых сумматоров подключены. ко входам соответствующего элемента ИЛИ группы, выходы элементов ИЛИ группы являются выходами устройства.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Позин Н. В. Моделирование нейронных структур. М., «Наука, 1970, с. 25.

2.Заявка № 2188755/24, кл. G Об G 7/60, 21.09.76, по которой принято решение о выдаче авторского свидетельства.