Устройство для моделирования нейроннойСЕТи пРОСТРАНСТВЕННОгО РАСпОзНАВАНияОбРАзОВ Советский патент 1981 года по МПК G06G7/60 

1

Устройство относится к бионике и предназначено для моделирования нейронных сетей пространственного распознавания образов, а также может найти применение в устройствах следящих систем.

Известно устройство для моделирования нейронной сети, содержащее нейроподобные элементы, расположенные .в виде однородного слоя, причем выход каждого нейроподобного элемента через цепь.обратной связи соединен с его возбуждающим входом, который подключен к тормозящим входам соседних нейроподобных элементов. Устройство может быть использовано для опознавания формы некоторого набора непрерывных сигналов, каждый из которых меняется в определенном диапазоне l.

Недостаток известного устройства заключается в необходимости настройки в каждом случае по какому-то известному сигналу и повторения настройки для каждого сигнала.

Устройство не приспособлено для распознавания пространственного перемещения образов.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство для моделироваНИН нейрона, содержащее преобразователи частоты в напряжение, сумматор, блок сравнения, преобразователь напряжения в частоту, формирователь импульсов, элементы задержки 2.

Недостатком данного устройства является невозможность моделировать динамику пространственного распознавания образов.

Цель изобретения - повышение точности моделирования пространственного распознавания образов.

Указанная цель достигается тем, что в устройство, содержащее нейро5подобный элемент, введены источник входных сигналов параллельно соединенных блоков .распознавания/ каждый из которых /состоит кз трех групп нейроподобных элементов,причем каждая

0 первая группа нейроподобных эле- ментов каждого блока распознавания содержит четыре нейроподобных элемента, все входы всех нейроподобных элементов первой грудпы

5 каждого блока р аспознавания подключены к соответствующим выходам источника входных сигналов, вторая группа нейроподобных элементов каждого блока распознавания содержит два

0 нейроподобных элемента, выход первоГО нейроподобного элемента первой группы каждого блока распознавания, кроме пятого, подключен к возбуждающим входам первого и второго нейрополобного элемента второй группы соответствукнцего блока распознавания выход второго нейроподобногй элемента первой группы каждого блока распознавания, кроме пятого, подключен к тормозным входам первого нейроподобного элемента второй группы соответствующего блока распознавания, выход Третьего нейроподобного элемента первой группы каждого блока распознавания, кроме пятого, подключен к тормозному входу первого и возбуждающему входу второго нейроподобного элемента второй группы соответствующего блока распознавания, выход четвертого нейроподобного элемента.первой группы каждого блока распознавания/кроме пятого/ подключенК возбуждающему входу первого и тормозному входу второго нейроподобного элемента второй группы соответствующего блока распознавания, третья группа нёйррподобных элементов каждого блока распознавания содержит четыре нейроподобных элемента, выход первого нейроподобного элемента второй групп каждого блока распознавания соединен с возбуждающим и тормозным входами первого и второго нейроподобного элемента третьей группы соответствующего блока распознавания, выход второго нейроподобного элемента второй группы каждого блока распознавания соединен с возбуждающим и тормозным входами третьего и четвертого нейроподобного элемента третьей группы соответствующего блока распознавания выхода всех нейроподобных элементов первой группы пятого блока распознавания соединены с входами дополнительного нейроподобного элемента, выход которого подключен к входам первого и второго нейроподобных элементов второй группы пятого блока распогнавания.

На фиг. 1 представлена схема устройства; на фиг. 2 обшая схема параллельно включенных блоков распоэнавания} на фиг. 3 - схема нейроподобного элемента первой группы; на фиг. 4 - схема нейроподобного элемента второй группы; .на фиг. 5 - блоксхема нейроподобных элементов второй группы на фиг. б - схема подключения входов нейроподобных элементов первой группы к выводам светочувствительной матрицы. Устройство содержит источник 1 входных сигналов . параллельно включенные блоки распознавания 2, 2, 2з 21,, содержащие группы нейроподобных элементов 3, f3t3s . ...3|(Ивключенный-в один из блоков распознавания дополнительный нейроподобный элемент 3 между и вторым слоем.

Блок распознавания содержит нейроподобные элементы первой группы 3 , нейроподобные элементы второй группы и 3i{2), нейроподобные элементы третьей группы 3 з( 1 ) и 3 (2), выходы блока 4 - 9.

Нейроподобный элемент первой группы содержит преобразователи частоты в напряжение возбуждающих входов 10, преобразователь частоты в напряжение тормозного входа 11, сумматор 12 схему сравнения 13, преобразователь напряжения в частоту 14 и формирователь выходных импульсов 15.

Каждый нейроподобный элемент содержит преобразователи частоты в напряжение возбуждающих входов 10, равное им количество преобразователей, частоты в напряжение тормозных .входов 11, сумматор 12, схему сравнения 13, преобразователь напряжения в частоту 14, формирователь 15 выходных импульсов и блоки 16 задержек .

Блок схема нейроподобных элементов третьей группы имеет те же обозначения что и вторая группа. При необходимости устройство может содержать большее число групп в каждом блоке распознавания. При содержании в блоке большего числа групп все последующие группы состоят из нейроподобных элементов аналогичных нейроподобным элементам третьей группы.

При изображении взаимного расположения подключений входов нейроподобных элементов первого блока распознавания к выходам матрицы для простоты показано подключение только двух нейроподобных элементов. Места их подключений обозначены соответственно знакгийи + и -. Подключение входов второго блока распознавания аналогично. На фиг. 2 и 3 соответственно показаны подключения входов нейроподобных элементов третьего и четвертого блоков распознавания.

Устройство работает следующим образом.

Выходные сигналы источника сигналов 1 поступают на входы нейроподобных элементов первой группы 3 каждого блока 2 распознавания. При этом если пространственное распределение сигналов на выходе блока 1 распознавания не меняется, то уровень активности нейроподобных элементов 3 остается постоянным, так как общее количество задейственных входов нейроподобных элементов, на которые подаются сигнсшы, и их весовое отношение не изменяются. В результате этого через время t, определяемое общей для всех блоков 16 задержки характеристики суммы напряжений на выходах преобразователей частоты в напряжение 10 возбуждающих входов и преобразователей 11 тормозных входов нейроподобных элементов .второй группы будут взаимно равны и на инвертирующие и неинвертирующие входы соответствующих сумматоров 12 будут подаваться равные напряжения , что обуславливает отсутствие сигналов на выходах нейроподобных элементов второй группы. Сигналы на выходах нейроподобных элементов второй группы появятся лишь, в том случае, если пространственное распределение сигналов на выходах блока 1 будет меняться. Изменение пространственного распределения сигналов на выходах блока 1 сопровождается либо увеличением общего числа эадейственных входов нейроподобных элементов первой группы, либ изменением их весовых соотношений, либо и тем и другим. При этом,если то или иное изменение пространственного распределения сигналов на выходах блока 1 сопровождается увеличением общего числа задейственных входов или увеличением весовых соот ношений, или тем и другим, то активность нейроподобных элементов певой группы возрастает и вследствие этого частота следования импульсов на входах нейроподобных элементов второй группы непрерывно растет. Это ПРИВОДИТ- к тому, что на выходе преобразователей 10 нейроподобных элементов 32,(1) в данном интервале времени общая сумма напряжений, превышает сумму напряжений на выходах преобразователей 11 тормозных входах, что сопровождается появлением напряжения на выходе сумматори 12, В результате на-выходе нейроподобных элементов 32(0 появляются сигналы, которые продолжаются до тех пор, пока прирост активности на выходах первой группы будет положителен , На выходах же нейроподобных элементов 3-2(2) сигналы будут иметь место лишь в том случае, если прирост активности на выходах перво группы будет отрицателен, так как в нейроподобных элементах 3.(2) сигнала поступают вначале на тормозные входы, а затем через блоки 16 задержки на возбуждающие,

появление сигналов на выходах нейроподобных элементов третьей группы возможно лишь в том случае, если частота следования импульсов на выходах нейроподобных элементов второй группы меняется в сторону увеличения или уменьшения. Последнее возможно только в случае, если активность нейроподобных элементов первой группы изменяется не равно- мерно, а с ускорением,. ,

Таким образом, сигналы на выходе 4 блока 2 будут соответствовать нозрастанию функции, на- выходе 5 убыванию функции, на выходе 6 ускоренному возрастанию функции, на

выходе 7 - замедленному возрастанию ФУНКЦИИ, на выходе 8 - ускоренному убыванию функций, на выходе 9замедленному убыванию функции. Сигналы на выходах 4 или 5, при условии отсутствия сигналов на выходах б и 7, и соответственно на выходах 8 и 9, соответствуют линейному возрастанию или убыванию входной функции. При применении устройства в целях пространственного распозна10вания образов сигналы на выходах параллельно включенных блоков 2 в соответствии со способом подключения входов первых групп к выходам светочувствительной матрицы эквиваленты

15 следующим пространственным перемещениям образа.

На выходах первого блока сигналы несут информацию о фронтальном перемещении образа с учетом ускорения

0 этого перемещения, на выходах второго блока сигналы несут информацию о перемещении образа относительно центра матрицы зрения, на выходах третьего блока сигналы несут информацию о горизонтальном пере5мещении образа; на выходах третьего блока сигналы несут информацию о вертикальном перемещении образа.

Перемещения любой сложности соответствуют определенной комбинации

0 сигналов, характерной, только для данного перемещения, на выхода х устройства.

На выходах пятого блока, в который, в целях распознавания оптичес5кой плотности образа, введен дополнительный нейроподобный элемент 3 , сигналы будут нести информацию о фронтальном перемещении зрительного образа с низкой оптической плотностью, в то время как на выходах пер0вого блока эти сигналы могут отсутствовать. Происходит это по следующей причине. Если оптическаяплотность образа низкая, то приближение его сопровождается не сплошным затем

5 нением поля светочувствительной матрицы, а его участков, при этом участки затемнения по мере приближения образа меняются местами. Так как выходы .светочувствительной матрицы

0 подсоединены ко входам нейроподобных элементов в равномерном распределении, то фронтальное перемещение образа имеет малую вероятность вызвать непрерывное возрастание акти5вности нейроподобных элементов первой группы, хотя общее число задействованных входов может увеличиваться. Увеличение подачи сигналов с выхода матрицы в этом случае незначительно и эффект этого увеличеОния рассеивается в сети нейроподобных элементов первой группы. При соответствующей регуляции порога каждого нейроподобного элемента второй группы .можно добиться, чтобы

5 эти незначительные перепады активности каждого нейроподобного элемента первой группы не улавливались во второй группе. В пятом же блоке сигналы с выходов нейроподобных элементов первой группы суммируются дополнительным нейроподобным элемен том 3, усиливаются и подаются на входы нейроподобных элементов второй группы с отчетливым выражением возрастания или убывания активности на выходах нейроподобных элементов первой группы. В этом случае наличие сигналов на выходах пятого блока при отсутствии сигналов на вы ходах первого несет информацию о пе ремещении образа с низкой оптическо плотностью. Основное применение устройства применение его в системах распознавания образов. В изложенном варианте устройство способно вьщать информацию о любой форме движения образа. При соединен устройства с системой контурного ск нирования появляется принципиальная возможность получения на выходах ус ройства достаточно полной информации о форме неподвижного образа, которая после соответствующей обработки может быть достаточна для опознания образа. На этом основании принципом конструирования таких систем является распознавание образов в любой их пространственной про екции или при любом способе изображ ния, например букв алфавита. В современных системах распознавания образов эта -цель еще пока не достигнута. Распознавание удается лишь пр условии стандартизации образа в той или иной степени. Устройство может найти применение в медицинской технике, например, для анализа электрокардиограмм, балистокардиограмм и т.д. В зависимости от применения тех или иных видов блоков входных сигналов устройство может быть применено как многоканальная следящая система. Формула изобретения Устройство для моделирования ней ронной сети пространственного распознавания образов, содержащее нейроподобНЕлй элемент, отличающееся тем, что, с целью повышения точности моделирования пространственного распознавания образо устройство содержит источник входных сигналов, параллельно соединенн блоков распознавания, каждый из кот рык состоит из трех групп нейропсэдо ных элементов, причем первая группа нейроподобных элементов каждого бло ка распознавания содержит четыре не роподобных элемента. Все выходы все нейроподобных элементов первой группы каждого блока распознания подключены к соответствующим выходам источника входных сигналов,вторая группа нейроподобных элементов каждого блока распознавания содержит два нейроцодобных элемента, выход первого нейроподобного элемента первой группы каждого блока распознавания, кроме пятого, подключен к возбуждающим входам первого и второго нейроподобного элемента второй группы соответствующего блока распознавания, выход второго нейроподобного элемента первой группы каждого блока распознавания, кроме пятого, подключен к тормозным входам первого и второго- нейроподобного элемента второй группы, соответствующего блока распознавания, выход третьего нейроподобного элемен та первой группы каждого блока распознавания, кроме пятого, подключен к тормозному входу первого и возбуждающему входу второго нейроподобного элемента второй группы соответствующего блока распознавания, выход четвертого нейроподобного элемента первой группы каждого блока распознавания, кроме пятого, подключен к возбуждающему входу первого и тормозному входу второго нейроподобного элемента второй группы соответствующего блока распознавания, третья группа нейроподобных элементов каждого блока распознавания содержит четыре нейроподобных элемента, выход первого нейроподобного элемента второй группы каждого блока распознавания соединен с возт буждающим и тормозным входами первого и второго нейроподобного элемента третьей группы соответствующего блока распознавания, выход второго нейроподобного элемента второй группы каждого блока распознавания соединен с возбуждающим и тормозным входами третьего и четвертого нейроподобного элемента третьей группы соответствующего блока распознавания, выходы всех нейроподобных элементов первой группы пятого блока распознавания соединены с входами дополнительного нейроподобного элемента, выход которого подключен к входам -первого и второго нейроподобных элементов второй группы пятого блока распознавания. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР №528579, кл. G Об G -7/60, 1974. 2.Авторское свидетельство СССР по заявке 2722543/18-24, кл. G Об G 7/60, 08.02.79 (прото

Фиг.}

п

L- 11

16

U Г-, JZ

ИЗ

16

Hil

3-U-1

LT

+ + + + +

+t r

+ -I- -f- n

-b +

-г

-+

-+

A

-+

- -4 -f r- -4