Устройство для моделирования прослеживающих движений глаза Советский патент 1981 года по МПК G06G7/60 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ ПРОСЛЕЖИВАЮ1ЦИХ ДВИХЖНИЙ ГЛАЗА

Устройство относится к систе.мам распознавания зрительных образов и предназначено для моделирования основных видов глазодвигательных реакций, начиная с обнаружения зрительного объекта в периферическом поле зрения, перевода оптической проекции образа в центральное .поле зрения и сканирования его изображения в центральном зрительном поле во временной зависимости от инфор ма тивности образа. Известно устройство для моделирования нейрона, содержащее первую и вторую группы преобразователей частоты в напряжение, суьвлатор,блок сравнения, управляющий преобразователь частоты в напряжение, преобразователь напряжения в частоту, фор.яирователь импульсов, ключи и линии задержки. Устройство приспособлено для моделирования фоновой активност нейронов глазодвигательного центра. Кроме того, в устройстве предусмотрены входы, на которые могут поступать сигналы, перестраивгиощие фонов активность модели нейрона в импульсы, управляющие прослеживающими дви жениями Ц . Недостатком известного устройства является отсутствие в- нем источников управляющих сигналов, способных перестраивать фоновую активность в активность, управляющую прослеживающими движениями в периферическом поле зрения. Наиболее близким к предлагаемому является устройство для моделирования прослеживающих движений глаза, содержащее первую модель нейрона, светоприемник, группу блоков выделения экстремумов, сумматор и вторую модель нейрона. Устройство приспособлено для моделирования прослеживгиощих движений глаза в це1 трсшьном поле светолриемника, причем активность на его выходе находится в обратной .зависимости от информативности образа, насыщения его экстремумами в виде линий и контрастов, тем саNBJM обеспечивается организация прослеживающих движений светоприемника относительно образа 2. Однако использование устройства для обслуживания всей поверхности светоприемника, включая и его перифе рические области, является не эконоМ |1ым и требует больших затрат элементов базы. Кроме того,, равномерное распределение блоков выделения экст ремумов по всем выходам светоприемника значительно замедляет ритм прослеживающих движений и нарушает установку проекции изображения на центр светоприемника. Во избежании этого в устройстве, моделирующем прослеживающие движения, должны быть введены блоки первичного обнаружения образа в периферическом поле зрения и механизмы перевода проекции зрительного объек та в центральном поле зрения для более детального анализа. Это создает экономию средств и времени и, кроме того, позволяет придать центральному полю зрения большую разрешающую способность за счет экономии места и средств в механизмах обслуживания периферического зрения. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей устройства за счет учета первичного обнаружения зрительного образа в перифе рийном поле зрения и перевода проекции изображения в центральном поле. Указанная цель достигается тем, что в устройство, содержащее светоприёмник, выходы первой группы которого соединены с входами блока моделирования центрального зрения, дополнительно введены первый и второй блоки моделирования периферичес го зрения, блок определения средней освещенности светоприемника, блок моделирования активности глазодвигательного центра и исполнительные механизмы, входы которых соединены с соответствующими выхода ми блока моделирования активности глазодвигательного центра, входы первой группы которого соединены с соответствующими выходами блока моделирования центрального зрения, входы второй и третьей групп входов блока моделирования активности глазодвигательного центра соединены соответственно с выходами первого и второго блоков моделирования пери ферического зрения, возбуждающие входы первого блока моделирования периферического зрения соединены с первым выходом блока определения средней освещенности светоприекюкка тормозящие входы первого блока моде лирования периферического зрения объединены с соответствующими возбуждающими входами- второго блока моделирования периферического зрени и подключены к соответствукицим выхо дам второй группы выходов светоприе ника/ тормозящие входы второго блок моделирования периферического зрени соединены со вторым выходом- блока определения средней освещенности св топриемнкка, входа которого соедийены с соответствующими выходами светоприемника. Блок моделирования периферического зрения содержит две группы сумматоров, причем выход i-ro сумматора первой группы подключен к первому входу i-ro сумматора второй группы (i 1,2,...,п), выходы сумматоров второй группы являются выходами блока, входы сумматоров первой группы и вторые входы сумматоров второй, группы являются входами блока. Блок-определения средней освещенности светоприемника содержит два сумматора и источник напряжения, причём входы первого сумматора являются входами блока, выход первого сумматора соединен с первым входом второго сумматора, второй вход которого подключен к выходу источника напряжения, выходы первого и второго сумматора являются выходами блока. Блок моделирования активности глазодвигательного центра содержит сумматоры, интеграторы, блоки сравнения, ключи и источник напряжения, причем первые входы первого, второго, третьего, четвертого, пятого, шестого и седьмого сумматоров объединены и подключены к выходу источника напряжения, выход первого сумматора соединен с первым входом первого блока сравнения, выход которого подкл1ючен к первому входу первого интегратора, выход которого соединен со вторым входом первого блока сравнения, первыми входами второго блока сравнения и восьмого сумматора, выход которого подключен к первому входу второго интегратора, второй вход которого соединен с выходом второго блока сравнения, второй вход которого подключен к выходу второго интегратора, выход второго сумматора соединен с информационным входом первого ключа, выход которого подключен ко второму входу первого интегратора, выход седьмого сумматора соединен с первым входом третьего блока сравнения, выход которого подключен к первому входу третьего интегратора, выход которого соединен со вторым входом третьего блока сравнения, первыми входами четвертого блока сравнения и девятого сумматора, выход которого подключен к перво1йу входу четвертого интегратора, второй вход которого соединен с выходом четвертого блока сравнения, второй вход которого подключен к выходу четвертого интегратора, выход шестого сумматора соединен с информационным входом второго ключа, выход которого подключен ко второму входу третьего интегратора, управляющие входы первого и второго ключа, объединены и соединены с выходом пятого блока сравнения, первый вход которого подключен к выходу пятого сумматора.

выход четвертого сумматора соединен с первым входом пятого интегратора, выход которого подключен ко второму входу пятого блока сравнения и первому входу шестого блока сравнения, выход которого соединен со вторым входом пятого интегратора, выход третьего сумматора подключен ко второму входу шестого блока сравнения, все входы, кроме первого, второго, третьего, четвертого, пятого, шестого и седьмого сумматоров, являются входами блока, выходы второго и четвертого интеграторов являются выходами блока.

На фиг. 1-10 представлена структурная схема устройства;на фиг. II 17 - выходные функции блока моделирования активности глазодвигательного центра.

Устройство (фиг. 1) содержит светоприемник 1, блок 2 моделирования центрального зрения, блоки 3 и 4 моделирования периферического зрения, блок 5 определения средней освещенности светоприемника, блок 6 моделирования активности глазодвигательно.го центра, исполнительные механизмы 7.

Светоприемник 1 (фиг. 2) содержит слой 1-1 фотодиодов, слой 1-2 промежуточного усиления сигналов.

Выходы центральной области слоя 1-2 подключены к соответствующим входам слоя 1-3 преобразователей напряжения в частоту.

Каждый блок 3 и 4 моделирования периферического зрения (фиг. 3 и 4) соответственно состоит из параллельно включенных блоков-групп 8 и 9 сумматоров, каждый из которых содержит сумматоры 10 и 11, причем сумматор имеет п входов 12, а сумматор 11 два входа, неинвертирующий вход 12 и вход 13 является входом блока. Выход сумматора 11 является выходом блока. При этом веса обоих входов сумматора 11 равны, а вес каждого из входов сумматора 10 задается из расчета 1/п, где п - число входов сумматора 10.

В блоке 3 выход сумматора 10 подключен к инвертирующему входу сумматора 11, а в блоке 4 - к неинвертирующему.

Блок 5 определения средней освещенности светоприемника (фиг. 5) содержит сумматоры 14 и 15 и источник 16 напряжения. Веса входов сумматора 14 одинаковы и задаются из расчета l/N, где N - число входов сумматора 14. Выходы 17 и 18 являются выходами блока 5.

Блок 6 моделирования активности глазодвигательного центра (фиг.6) содержит два идентичных блока: 19-1, управляющий движением по горизонтали, и блок 19-2, управляющий движением по вертикали, и ис-, точник 20 напряжения.

Блоки 19-1 и 19-2f содержат модель 21 нейрона и две идентичные, модели 22-1 и 22-2 нейрона. Модель 22-1 5 нейрона в блоке 19-1 управляет пере-, мещением светоприемника влево по выходу 23, а модель 22-2 нейрона вправо по выходу 24. В блоке 19-2 соответствующие модели нейрона управляют движением светоприемника вверх и вниз по выxoдa 25 и 26. Модель . 21 нейрона управляет очередностью включения в работу моделей 22-1 и 22-2.

Модели 22-1 и 22-2 нейронов

(фиг. Эг) содержат сумматоры 27, ключи 28 и 29, интеграторы 30, сумматоры 31, интеграторы 32 и 33, блоки 33 и 34 сравнения, сумматоры 35. Инвертирующие входы сумматора 27 блока

0

модели 20-1 нейрона блока 19-1 через блоки сумматоров 8 и 9 подключены к выходам левых периферических областей светоприемника, а неинвертирующие - к правым периферическим

5 областям светоприемника. При этом чем дальше от центра светоприемника область подключения, тем больше задается вес входа сумматора 27.Нормальное положение ключа 28 - откры-i

0 тое, нормальное положение ключа 29 - закрытое.

Интегратор 32 построен таким образом, что угол роста напряжения на его выходе превышает угол роста

5 напряжения на выходе интегратора 30.

Вес второго входа блока 33 сравнения значительно превышает вес его первого входа.

Модель 21 нейрона (фиг. 7) содержит сумматор 36, интегратор 37, блоки

38 и 39 сравнения, сумматоры 40.

Блок 2 моделирования центрального зрения (фиг. 8) содержит блоки 41 выделения нижних 41 и 42 верхних экстремумов, входы которых подключены

5 к выходам центральной области светоприемника, сумматор 43, модель 44 нейрона, включающую преобразователи 45 частоты в напряжение возбуждающих входов и преобразователи 46 частоты

0 в напрях«ение тормозящих входов, сумматор 47, преобразователь 48 напряжения в частоту, формирователь 49 импульсов,,ключ 50 отрицательной обратной связи, нормальное положение

е которого открытое, ключ 51 положительной обратной связи, нормальное положение которого закрытое, и сумматор 52.

Блоки выдел ения нижних и верхних экстремумов представлены на фиг. 9

0 и 10 соответственно. Каждый блок содержит преобразователи 53-55 частоты в напряжение, блоки 56 и 57 задержки, сумматоры 58 и 59, ключ 60 нормальное положение которого эакрч

5 тое. Устройство работает следующим образом В блоке б создается фоновая акти ность, которая заключается в асинхронном, псевдослучайном распределен сигналов на его выходах. Сигнгшы поступают на соответствующие входы механизмов 7, которые перемещают светоприемник 1. При появлении в пе риферической области светоприемника изображения происходят соответствую щие возбуждения блоков 3 и 4 моделирования периферического зрения. Сигналы с выходов 3 и 4 перестраивают фоновую активность блока 6 таКИМ образом, чтобы сигналы с его вы хода на исполнительные механизмы 7 перемещали проекцию изображения образа на центр светоприемника. Появление изображения в центре светоприемника приводит к возбуждению блока 2 моделирования центрального зрения. Сигналы с выхода блока 2 тормозят активность блока 6,вследствие чего проекция изображения задерживается в центральной области светоприемника на время, пропорциональное информативности образа. При проекции на светоприемвик сразу нес кольких изображений они переводятся работой устройства на центральную область светоприемника в очередност и временной зависимости от информативности образа, т.е. проекция изоб ражения более информативного образа переводится на центральную область светоприемника чаще, чем менее информативного, и задерживается там н более длительный период. При работе блока 6 моделирования активности глазодвигательного центр (фиг. 11 и 12) ритмы сигналов на выходах 23-26 блока б зависят от ритмов работ моделей 22-1 и 22-2 нейронов блоков 19-1 и 19-2 и ритма работы модели 21 нейронов, который оказывает влияние на очередность включения в работу моделей 22-1 я 22-2 нейронов. Пуск блока 6, а через него и всего устройства, осуществляется включением источника напряжения,Напряжение с выхода источника поступает на первые входы сумматоров 27и 35 моделей 22-1 и 22-2 нейроно и первые входы сумматоров 36 и 40 модели 21 нейрона. Подача напряжения на первый вход сумматора 27 модели 22-1 нейрона вследствие открытого положения ключ 28приводит к возбуждению интегратора 30. При постоянном напряжении на первом входе интегратора 30 напряжение на его выходе нарастает по функции, близкой к линейной (на фиг. 11). Напряжение с выхода интегратора 30 поступает на первый вход сул «атора 31, вес которого равен 1. При этом сумматор 31 в формировании фоновой активности блока б не играет никакой роли. Однако при подаче напряжения на его другие входы (со второго выхода блока 2) приводит к существенным перестройкам активности блока 6 при сканировании изображения в центральном поле зрения. Напряжение с выхода сумматора 31 поступает на первый вход интегратора 32, рост напряжения на выходе которого происходит значительно быстрее роста напряжения на выходе интегратора 30 (фиг. 11 U,Ui). Напряжение с выхода интегратора 32 поступает на выход блока и на соответствующий вход блока б,, перемещая в данном случае светоприемник влево. Напряжение с выхода интегратора 32 поступает на первый вход блока 33 сравнения, вес которого задается значительно меньше веса его второго входа, куда поступает напряжение с выхода интегратора 30 Ь 7 а, где а - вес первого входа; b - вес второго входа блока 33 сравнения. В момент, когда aU2 bU, на выходе блока 33 сравнения появляется напряжение, которое подается на второй вход интегратора 32 и приводит к срыву его работы. Напряжение .на выходе интегратора 32 в этот момент снижается до уровня напряжения на выходе интегратора 30. Но так как напряжение на выходе интегратора 30 продолжает возрастать все время, пока ключ 28 открыт или не происходит срыва его работы, то при следующем цикле роста напряжения на выходе интегратора 32 оно достигает большей величины, чем в предыдущем цикле (фиг. 11 и 12). Вес первого входа блока 34 сравнения задается значительно меньше веса d второго входа этого блока, на который поступает напряжение Ug с выхода сумматора 35. Начиная с момента, когда си dUo, на выходе блока сравнения появляется aпpяжeниe, которое, поступая на. второй вход интегратора 30, приводит к срыву его работы. Если срыв работы интегратора 30 совпадает со срывом работы интегратора 32 и закрывается ключ 28, то в этот момент подача сигналов с выхода 23 блока б прекращается. Если срыва интегратора 32 в этот момент не происходит, то сигналы подаются до момента срыва работы последнего. Если же ключ 28 в это время продолжает находиться в открытом состоянии, то начинается новый цикл работы интегратора 30. При этом, если ключ 28 переходит в закрытое положение до срыва работы интегратора 30, то сигналы в начал постоянного ритма, а потом затухаю щие по мере разрядки интегратора 3 существуют на выходе 23 одновремен с сигналами на выходе 24, что прив дит к росту разнообразия типов перемещения светоприемника. Работа модели 22-1 нейрона блока 19-1 не совпадает по времени с работой моде ли 22-1 нейрона блока 19-2. Поэтому направление перемещения светоприем ка, например, влево не совпадает с направлением перемещения светоприемника по вертикали, например, вверх. Даже при отсутствии управляющих сигналов на входах блока 6 совмещение горизонтальных и вертикальных перемещений светоприемника наблюдается в самых различных комбинациях. Модель 21 нейрона генерирует рит мы, которые переключают ключи 28 и 29. При этом, в режиме фоновой ак тивности, подача напряжения на первые входы сумматоров 36 и 40 включа модель в работу. Напряжен-ив с выхода сумматора 36 поступает на первый вход интегратора 37. Пока напря жение на выходе .интегратора 37, которое подается на первый вход блока 38 сравнения, не сравняется с на-: пряжением на его втором входе (при этом веса входов блока 38 сравнения задаются значительно меньше единицы на выходе блока 38 сравнения напряжения отсутствует .и ключ 28 находит ся в открытом положении, а ключ 29 - в закрытом. При появлении на выходе блока 38 сравнения напряжения ключ 28 зак рывается, а ключ 29 переходит в откр тое положение и начинается работа модели 22-2 нейрона. С момента, ког да напряжение на выходе интегратора достигает определенной величины U a,j( Ь,и, где и, - напряжение на выходе интегратора 37; и - напряжение на выходе сумматора 43; а - вес первого входа блока 39 сравнения; Ц - вес второго входа блока 39 сравнения; при этом а i b, напряжение с выхода блока 39 сравнения поступает на второй вход интегратора 37 и срывает его работу. Вследствие этого ключи 28 и 29 возвращаются в исходное нормсшьное положение. Затем начинается второй такт работы модели 21. нейрона. В режиме фоновой активности, т.е когда на сигнгшьные и управляющие входы блока 6 не поступает напряжение, активность моделей 22-1 и 22-2 нейронов чередуется, в результате чередуется смещение в пространстве оветоприемника 1 (фиг. 13). Ннтервалы времени и ,j зависят от весоввторых входов блоков 38 и 39 сравнения. Онимогут меняться, если на входы сумматоров 40 поступает напряжение. Например, если на неинвертирующий вход одного из сумматоров 40 подается напряжение, без изменений состояний на входах другого сумматора 40, то время работы одной модели 22 нейрона увеличивается, а время работы другой модели 22 уменьшается. В результате левая часть поля зрения рассматривается дольше, чем правая. При затормаживании модели 21 нейрона, что обеспечивается подачей напряжения на инвертирующий вход сумматора 36, чередование движений светоприемника по горизонтальным (или по вертикальным) направлениям замедлено. Напротив, при подаче напряжения на его неинвертирующий вход движение светоприемника по той или иной координате ускоряется. Таким образом, подача напряжения на входы сумматоров 36, 40 и 43 управляет изменениями направления движения светоприемника по отношению к полю зрения, временными характерис тиками этих движений, скоростью перемещения с одного направления на другое. Организация движения светоприемника по одному направлению происходит в результате подачи напряжения на входы сумматора 27, 35 и 31. При подаче сигналов на возбуждающие (инвертирующие) входы сумматора 27 скорость перемещения свотоприемника по заданному направлению увеличивается, при подаче напряжения на инвертирующие входы - уменьшается. При подаче напряжения на неинвертирующие входы сумматора 35 путь движения по заданному направлению (влево, вправо) увеличивается. Если же неинвертирующие входы сумматора 35 подается напряжение, то амплитуда перемещения по заданному направлению уменьшается (соответственно фиг. 14 и 15). При подаче напряжения на инвертирующие входы сумматора 31 на выходе интегратора 32 наблюдается медленное чарастание напряжения, напротив, при подаче напряжения на неинвертирующие входы сумматора 31 напряжение на нем нарастает мелкими скачками. Это обусловливает в первом случае медленное и плавное движение светоприемника, во втором - резкое скачкообразное (фиг, Г6 и 17 соответственно). Таким образом, при рассматривании информативного образа движение гла-. за может быть плавным и медленным. Если же образ насыщен деталями, ему больше соответствует движение глаза мелкими скачками.

Структура модели 22 нейрона построена таким образом, что и в режиме фоновой активности, т.е. когда на возбуждающие и тормозящие входы, а также на управляющие входы блока б не поступают сигналы, в начале работ каждой модели 22 нейрона напряжение йа ее выходе растет мелкими скачками амплитуда которых постепенно увеличивается. Это соответствует глазодвигательным реакциям при сканировании центрального поля. Напротив, в периферическом поле зрения амплитуды движения глаза имеют большие величины.

Таким образом, сигналы на выходах блока б управляют работой исполнительных механизмов 7, перемещающих светоприемник. В режиме фоновой активности блока 6 имеют место перемещения ;светоприемника,1 которые можно рассматривать как модель фоновых движений глаза. Фоновые движения глаза, так же как и движения светоприемника в режиме фоновой активности блока б, представляют собой псевдослучайные процессы.

В отличие от случайных процессов переходы в направлении движения светоприемнйка не являются равновероятными.

Таким образом, при работе блока б как индуктора фоновой активности наблюдается частичное уменьшение неопределенности процесса. Это частичное уменьшение неопределенности является первым этапом самоорганизации процесса прослеживающих движений. Если бы в процессе организации прослеживающих движений происходило бы резкое уменьшение Неопределенности процесса, т.е. процесс становился бы однозначным в каждом переходе (детерминированным), система, организующая этот процесс становилась бы жесткой, теряла бы пластичность и перестройка ее в новый режим прослеживающих движений была бы затруднительна.

Для того, чтобы вызвать перестройку процесса в системах управления, построенных на жесткой организации, чаще всего применяются генераторы случайных чисел. Введение шума в этом случае увеличивает неопределенность и делает систему несколько пластичнее. Более ргщиоиально при моделировании самоорганизующихся процессов соблюдать этапность .уменьшения неопределенности процесса, оставляя в ксшсдом предыдущем этапе некоторый запас пластичности, необходимый для перестройки в последующем этапе, организации процесса. При этом для того, чтобы система была достаточно пластична, в ней должны, наряду с процессами организации, существовать и дезорганизационные процессы, между которыми должна соблюдаться динамическая подвижность. т.е., если при завершении какого-то организационного процесса нет стимулов, поддерживающих эту достигнутую организацию или увеличи вающую ее, процесс должен автоматически возвращаться на более низкий уровень организации, с тем, чтобы при наличии новых стимулов пойти по другому пути организации, отвечающем новым условиям.

По такому принципу работает предлагаемое устройство.

Перестройка фоновой активности происходит поэтапно: сначала при включении в работу блоков 3 и 4 моделирования периферического зрения и блока 5 и затем при включении в работу блока 2 моделирования центрального зрения, в случае, если на каком-то этапе исчезают стимулы (в данном случае зрительный образ), система переходит на режим фоновой .активности.

Работа блоков 3 - 5 моделирования периферического зрения заключается в следующем.

На входы сумматора 14 блока 5 поступают сигналы со всех выходов светоприемника, величина кгокдого из которых зависит от степени освещенности соответствующего светочувствительного элемента. Вес каждого входа сумматора 14 задается -равным 1/к, где к - число входов сумматора...

Таким образом, на выходе сумматор 14 напряжение пропорционально средней степени освещенности светоприемника. Напряжение с выхода сумматора 14 подается на входы 13 блока 4, представляющие собой инвертирующие входы сумматоров 11. На неинвертирующие входы сумматора 10 (входы 12 блока 4) поступают сигналы с соответствующих выходов светоприемника. Число входов сумматора 10 соответствует- числу,выходов соответствующей периферической области светоприемника. Число блоков 9 сумматоров соответствует числу периферических областей светоприемника. Веса входов сумматора 10 задаются из расчета 1/к где к - число его входов. Напряжение с выхода сумматора 10 поступает на неинвертирующий вход сумматора 11, вес которого равен весу инвертирующего входа. При этом, если степень освещенности данной периферической области, обслуживаемой данным сумматором 10, выше средней освещенности всего светоприемника, то на выходе сумматора 11 появляется напряжение. При этом, если соответствующий сумматор 9 блока 4 обслуживает, например, левую верхнюю периферическую область светоприемника, то выход его соединен с возбуждающими входами модели 22-2 блока 19-1, т.е. управляющей движением вправо, и с возбуждающими входами модели

22-2 нейрона блока 19-2, управляющей движением вниз, и с тормозными входами моделей 22 нейрона, управляющих движением в противоположные стороны. Выходы блоков 9 сумматоров подключаются, таким образом, к вхо-. дам сумматоров 27. Веса входов сумматоров 27 задаются в прямой зависимости от расстояния периферической области, обслуживаемой соответствующим сумматором 9 от центра светоприе ника.

Работа блока 3 сходна с работой блока 4. В данном случае различия заключаются в том, что сигналы на выходе блока 4 появляются при затемнении соответствующих периферических областей светоприемника. Напряжение с выхода сумматора 14 поступает на инвертирующий вход сумматора 15, на неинвертирующий вход которого поступает напряжение с выхода источника 16 регулируемого напряжения. Напряжение источника 16 моделирует абсолютное затемнение, а напряжение на выходе сумматора 15 - относительное максимальное затемнение светоприемника. Напряжение с выхода сумматора 15 поступает на возбуждающие входы блоков 8 сумматора, построенных аналогично сумматорам 9, с той лишь разницей, что выход сумматора 10 под ключен к инвертирующему входу суммаTopai 11, неинвертирующий вход которого является возбуждающим входом. Если освещенность периферической области светоприемника, обслуживаемая данным блоком 8 сумматоров освещена, то напряжение, поступающее на входы 12, уравновешивает напряжение, поступающее на вход 13 с выхода 17 блока 5. В случае ослабления освещенности периферической области светоприемника напряжение на входе 13 больше напряжения на выходе сумматора 10 и на соответствующем выходе блока 3 появляется напряжение.

Такие соединения выходов блоков 3 и 4 с возбуждающими и тормозящими входами блока 6 обеспечивгиот, в случае появления в какой-либо периферической части светоприемника изобрс1жения, перемещение светоприемника так, чтобы проекция этого изображения перемещалась к центру светоприемника в ее центральную область. По мере перемещения изображения к центру светоприемника происходит перераспре деление активации сумматоров 8 или 9 соответствующих блоков 3 и 4, т.е. активируются сумматоры, входы которых находятся ближе к центру светоприемника. Так как их выходы подключены к входам блока б, имеющим меньшие веса, чем входы соединенные с блоками 8 и 9 сумматоров, обслуживающими более удаленные от центра области светоприемника; то на соответствующих входах блока 6, управляющих работой механизмов 7, происходит уменьшение интенсивности сигналов и перемещение изображения замедляется. Кроме того, вследствие падения напряжения на соответствующих входах сумматора 27 и сумматора 35 происходит падение напряжений на вторых входах блоков 33 и 34 сравнения, в результате чего период времен между возбуждением и срывом в работе интеграторов 30 и 32 сокращается по мере продвижения изображения к центру светоприемника. В результате амплитуда скачков перемещения изображения , наблюдаемая в результате характера функции на выходе интегратора 32, уменьшается и скачки становятся более мелкими, т.е. тип сканирования изображения из типа периферического сканирования, характеризующегося скачками с большей амплитутюй, постепенно транспортируется в тип, характерный для центрального сканирования.

Так как блок 6 обладает инерционностью, то тачавшееся перемещение светоприемника относительно образа с перемещением проекции его изсэбражения от периферии к центру не рстанавл1 вается мгновенно, в том случае, если в другой его периферической области появляется проекция нового изображения. В этом случае, после установки проекции первого изображения на центральную область светоприемника, задержки ее там на время, зависящее от информативности изображения, возбуждение, вызванное новым образом, начинает доминировать. Последнее приводит к изменению функционального состояния блока 6 и распределения сигналов на его выходах в соответствии с проекцией нового изображения и происходит перемещение нового изображения в центральную область светоприемникаi Поэтому при появлении на свгетоприемнике проекций двух и более изображений работа устройства обеспечивает очередность перемещений этих изображений в центральную область светоприемника. Чем более образ значим по своим размерам, по контрастности, тем чаще его проекция перемещается в центр.

Таким образом, на втором уровне организаций прослеживающих движений происходит следующий этап уменьшения неопределенности процесса, так как вероятности перемещения проекций изображения образов зависят от характеров этих образов. В то же время процесс еще не является детерг минированным.

Следующий этап уменьшения неопределенности процесса происходит йследствие работы блока 2 моделирования центрального зрения. Блок 2 работает следующим образом Сигналы с выходов центральной области светоприемника поступают на входы блоков 41 выделения нижних и блоков 42 верхних экстремумов. Работа блока выделения нижних экстремумов заключается в следующем Если на вход блока 41 поступеиот сиг налы, частота которых меняется во времени: f 4 2. Ъ Р этом 1. fjjT.e. на участке светоприемника 1, обслуживаемом данным блоком 41, происходит смена осве- . щения затемнением и снова освещением, что соответствует смене контраста в изображении (например, темная линия на светлом фоне), то, проходя через блоки 56 и 57 задержки, сигналы с такими распределениям частот поступают одновременно на входы преобразователей 53-55 частот в напряжение, при этом на вход преобразователя 53, на вход преобразователя 54, на выходе которых образуются соответствующие величины напряженияи 7 Ui Ui,; : При этом и И Uj поступают на неинвертирующие входы сумматоров 58 и 59, а и - на инвертирующие входы этих сумматоров. Так как и : и/;, Ua из,то на выходах сумматоров 58 и 59 появляет ся напряжение. Напряжение с выхода сумм,атора 59 поступает на управляющий вход ключа 60, нормальное полож ние которого закрытое, и переводит его положение в открытое, вследстви чего напряжение с выхода сумматора 58 поступает на выход блока. при любом другом соотношении входных частот сигналов на выходе блока 41 напряжение отсутствует. Работа блока 42 (фиг. 10) иденти на, с той Лишь разницей, что на его выходе имеются сигналы при соотнош нии, входных частот f f/j.7 f у т.е. В том случае, если в сканируемом изображении имеет место освещен ный участок на темном поле. Таким образом, на выходах блоков 41 и 42 появляются сигналы лишь при на.ичии контрастов в изображении. Так как насыщение изображения экстремумами, контрастами может служить показателем его информативности, то работа блоков 41 и 42 обеспечивает определение степени информатив ности зрительного образа. Под инфор ГЧативностью образа здесь понимается информативность оптического, но не сглыслового характера. Чем выше информативность изображения, тем боль ше напряжение поступает на первый вход сумматора 43 и тем выше напряжение на его выходе. Напряжение с выхода сумматора 43 поступает на второй вход блока 2 и с него - на входы сумматоров 31 блока 6. Так как напряжение на втором входе блока 33 сравнения снижается, а напряжение на входе интегратора 32 вследствие подачи напряжения на вход сумматора 31 повышается, то скорость достижения на выходе интегратора 32 напряжения, обеспечивающего равенство напряжения на входах блока 33 сравнения повышается, что сопровождается быстрыми и мелкими скачками напряжения на выходе интегратора 32. В результате устанавливается тип сканирования изображения, характерный для сканирования его в центральном поле зрения. Напряжение с выхода сумматора 43 поступает на управляющие входы ключей 51 и 52 модели 44 нейрона. Работа модели 44 нейрона заключается в следующем. На вход одного из преобразователей 45 частоты в напряжение постоянно поступают сигналы. Так как имеется глубокая отрицательная обратная связь с выхода формирователя 49 импульсов через ключ 50, нормальное положение которого открытое, на вход преобразователя 46 частоты в напряжение, вес которого больше 1, то активность модели 44 нейрона глубоко подавлена и на ее первом выходе нет напряжения. При поступлении на управляющие входы ключей 50 и 51 напряжения с выхода сумматора 43 ключ 50 переходит в закрытое положение, а люч 51 - в открытое. В результате отрицательная обратная связь разрывается и замыкается положительная обратная связь с выхода формирователя 49 через ключ 51 на вход преобразователя 45 частоты в напряжение. Напряжение на выходе сумматора 47 модели.44 нейрона и на ее первом выходе начинает расти. Рост напряжения зависит от веса входаположитель-. ной обратной связи. Напряжение с выхода сумматора 47 поступает на тормозные входы сумматоров 27 и 36, 35, 40, что тормозит работу блока 6. В результате перемещение изображения, попавшего в центрсшьную область светоприемника, замедляется и оно не выходит из центральной области, но продолжает испытывать незначительные перемещения в нем. В результате таких мелких перемещений проекции изображения на входы блоков 41 и 42 постоянно меняются и на их выходах существуют соответствующие сигналы. Напряжение с выхода сумматора 47 поступает на первый вход сумматора 52, на второй вход которого поступает напряжение управления. В зависимости от величины напряжения, поступающего на второй вход сумматора 52, задерживается рост напряжения на втором входе сумматора 43.

С того времени, как напряжение на втором входе сумматора 43 сравняется с напряжением на его первом входе, напряжение с выхода сумматора 43 перестает поступать и в результат ключи 51 и 50 переходят в свои -исходные положения. Размыкается положительная обратная связь и восстанавливается отрицательная обратная связ модели 44 нейрона. Исчезновение нап-г ряжения на первом и втором выхЪдах блока 2 снимает торможение блока б и восстанавливается его фоновая активность. Время торможения блока 6 работой блока 2 зависит от сигналов на выходах блоков 41 и 42, т.е. от информативности образа. Время может также регулироваться напряжением а втором входе сумматора 52.При подаче напряжения на второй вход сумматора 52 изображение задерживается в центральной части светоприемник,а на больший срок, а подавление активности блока 6 более глубокое, так как напряжение на выходе сумматора 47 за это время возрастает Степень возрастания напряжения на выходе сумматора 47 может регулироваться сигналами на входах преобразователей 45 и 46 частоты в напряжение.Например, подача сигналов на входы преобразователя 45 частоты в напряжение ускоряет рост напряжения на выходе сумматора 47 и способствует более глубокому подавлению активности блока 6. Сигналы, подаваемые на входы преобразователей 46 с одновременной подачей напряжения на ороК вход сумматора 52, способствуют сохранени заданной амплитуды сканирования изображения в центргшьном поле зрени при одновременной длительной задержке в нем изображения.

По истечении времени задержки изображения в центральном поле зрения тормозное воздействие сигнгшов блока 2 снимается и восстанавливается фоновая активность блока б за счет подачи напряжения с выхода источника 20 напряжения на возбуждающие входы блока 6.

Так как состояние моделей нейрона в каждом блоке 19 в известной мере непредсказуемо, то смещение изображения с центральной области светоприемника происходит в направлении, определить которое заранее нельзя. В то же время направление .смещения не является чисто случайным так как зависит от циклов активности моделей 21 нейрона, т.е. является псевдослучайным. Если на светоприемник подается только одно изобргокение, то после смещения его из центральной области в периферическую происходит снова перемещение ее в центральную, задержка тг1м и снова смещение в периферическую область и т.д.

Если на светоприемник подается одновременно два изображения или же вслед за первым появляется второе, то изобргикения в центральную область светоприемника поступают по очереди, однако задержка изображения в центральной области зависит от его оптической информативности.

При проекции на светоприемник трех и более изображений или изображения сложного, проекция которого занимает большую часть светоприемника, чем центральная область, сканирвание изображения начинается в сложной зависимости. При этом наиболее информативные участки изображения переводятся в центральную область светоприемника чаще, чем менее информативные .

Аналогичная картина наблюдается при рассмотрении группы образов или сложного образа глазом человека. Глаз человека, в этом случае всегда большее время задерживается на рассмотрении более информативных участков изображения. Если в такой (Ситуации в периферическом поле зрения появляется предмет, то проекция его изображения в результате действия газодвигательных реакций быстро устнавливается на центр зрения. Однако если предмет гомогенен в своей оптической характеристике, то глаз недолго задерживается на его рассмотрении. Если же предмет гетерогенен, т.е. содержит в себе контрасты,экстремумы, то рассмотрение его в центральном поле зрения более длительно

Естественно, предлагаемое устройство rte дифференцирует оптическую информативность оЬраза от смысловой информативности и а этом отношении больше похоже по своим функциям на глаз новорожденного ребенка, который реагирует на оптические образы, не выделяет их смысловую информативность.

Разделение зрительного поля на центральное и периферическое и соответствующее обслуживание этих полей глазодвигательными реакциями является наиболее экономичным способом сканирования зрительного об-, раза.

Самоорг51низация этого процесса, состоящая из пластически перестраиваемых этапов, позволяет уже при процессе сканирования образа, т.е. не касаясь его распознавания, выделять наиболее информативные его участки и фиксировать их проекции в центральном поле зрения на более длительное время. Периферическая зрительная система с одной стороны является сторожевымаппаратом зрения дающим сигнёшизацию о появлении нового оптического Объекта, с другой 7торс)ны предохраняет общую систему зрения от переутомления и перегрузки. Разделение зрительного восприятия на и.ентрал.ьное и периферическое позволяет за счет экономии средств на обслуживание периферических зон повысить расход мощности на обслуживание центрального .поля зрения. Формула изобретения 1.Устройство для моделирования прослеживающих движений глаза, солержащее светоприемник, выходы первой группы которого соединены с вхо дами блока моделирования центрального зрения, отлич ающе ее тем, что, с целью расширения функци нальных возможностей за: счет учета первичного обнаружения образа в периферическом поле зрения, в него дополнительно введены первый и второй блоки моделирования периферичес кого зрения, блок определения средней освещенности светоприемника, блок моделирования активности глазо двигательного центра и исполнительные механизмы, входы которых соединены с соответствующими выходами блока моделирования активности глазодвигательного центра, входы перво группы которого соединены с соотзетотвуйщими выходами блока моделирования центрального зрения, входы второй PI третьей групп входов- блока модз,алированяя активности глазодвигательного центра соединены соответ ственно с выходами первого и второг блскон моделирования периферическог зрения, возбуждающие входы первого Слока Л оделирования периферического зрения соединены с первым выходом блока определения средней освещенно ти светоприемника, тормозящие входы первого блока моделирования периферического зрения объединены с соответствующими возбуждающими входами Ет.:1рого блока моделирования периферического зрения и подключены к соотзетствугощим выходам второй груп пы выходов светоприемника, тормозящие входы второго блока моделирования периферического зрения соединены со вторым выходом блока опрелеления средней освещенности светоприемника, входы которого соединены с соответствующими выходами светоприемника 2,Устройство по п. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем/ что блок моделирования периферического зрения содержит две группы сумматоров, при чем выход 1-го сумматора первой группы подключен к первому входу i-ro сумматора второй группы (i А,2,...,п), выходы сумматоров эторой группы являются выходами лока, 5КОДЫ сумматоров первой груп пы и вторые входы сумматоров второй группы являются входами блока. 3.Устройство по п. 1, отличающееся тем, что блок опре деления средней освещенности светоприемника содержит два сумматора и источник напряжения, причем входы первого сумматора являются входами блока, выход первого сумматора соединен с первым входом второго сумматора, второй вход которого подключен к выходу источника напряжения, выходы первого и второго сумматоров являются выходами блока. 4.Устройство по п. 1, отличающееся тем, что блок моделирования активности глазодвигательного центра содержит сумматоры, интеграторы, блоки сравнения, ключи и источник напряжения, причем первые входы первого, второго, третьего, четвертого, пятого, шестого и седьмого сумматоров объединены и подключены к выходу источника напряжения, выход первого сумматора соединен с первым входом первого блока сравнения, выход которого подключен к первому входу первого интегратора, выход которого соединен со вторым входом первого блока сравнения, первыми входами второго блока сравнения и восьмого сумматора, выход которого подключен к первому входу второго интегратора, второй вход которого, соединен с выходом второго блока сравнения, второй вход которого подключён к выходу второго интегратора, выход второго сумматора соединен с информационном входом первого ключа, выход которого подключен ко второму входу первого интегратора, выход седьмого сумматора соединен с первым входом третьего блока сравнения, выход которого подключен к первому входу третьего интегратора, выход которого соединен со вторым входом третьего блока сравнения, первыми входами четвертого блока сравнения и девятого сумматора, выход которого подключен к перво -1у -входу четвертого интегратора, второй вход которого соединен с выходом четвертого блока сравнения, второй вход которого подключен к выходу четвертого интегратора, выход шестого сумматора соединен с информационным входом второго ключа, выход которого подключен ко второму входу третьего интегратора, управляющие входы первого и второго ключа объединены и соединены с выходом пятого блока сравнения, первый вход которого подключен к выходу пятого сумматора, выход четвертого сумматора соединен с первым входом пятого интегратора, выход которого подключен ко второму входу пятого блока сравнения и первому входу шестого блока сравнения, выход которого соединен со вторым входом пятого

интегратора, выход третьего сумматора подключен ко второму входу шестого блока сравнения, все входы, кроме первого, второго, третьего, четвертого, пятого, шестого и седьмого сумматоров, являются входами блока, выходы второго и четвертого интеграторов являются выходами блока.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

кл. G 06 G 7/60, 1979.

кл. G 06 G 7/60, 1979 (прототип).

f-l

I

L

LJIU

Яилс Jj II

.V

I

f

5

f2-t

if

20

Ш

Je

2f

U/

-гэ

22-2

9%ИГ /

I J I

i3

и

и

877577 i

и.

G

и