Устройство для моделирования нейронных структур зрительной системы

О П И С А Н И Е (и) 661569ИЗОБРЕТЕНИЯ Союз Советских Социалистических Реслублик.77 (21) 2510214( б 06 б 7/60. заявки-Государственный кемнтет СССР по делам нзабретений н етнрытнй.05.79 Дата опубликования описания 72) Авторы изобретення К. Н. Дудкин, В, Е. Гаузельмац и В. А. Иванов Ордена Трудового Красного Знамени Институт физиологии цм. И. 11. Павлова АН СС(71) Заявите 54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ НЕЙРОННЫХ СТРУКТУР ЗРИТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ1Изобретение 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 11, 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 сигна,чов торможения. Однако это устройство не позволяет моделировать механизм выделения размеров объектов в зрительной системе.Наиболее близким техническим решением к изобретению является устройство для моделирования пространственно-частотной фильтрации в зрительной системе 2, содержащее линейку фотодиодов, модели оп и оЫнейронов, формирователь тормозных сигналов. Выходы моделей оп- и о 11-нейронов подключены к возбуждающим входам фильтров светового и темцового полупериодов пространственной частоты, выходные сигналы которых поступают на сумматор с пороговым эчементом, являющийся выходом модели. Выходы моделей оп- и оН- 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 тормозньм входом. Выход формирователя тормозных сигналов подключен к тормозным входам фильтров светового и темпового полупериодов пространственной частоты,Такая модель позволяет получить на выходе сигнал, зависящий от пространственной частоты стимулирующей решетки, движущей ся в определенном направлении, что обеспечивает возможность моделирования рецептивных полей зрительной системы, осу- ществляющих узкополосную пространственно-частотную фильтрацию изображений. Одцако эта модель це позволяет моделировать66569 10 15 35 40 45 50 55 Форлщла изобретеная ЦиЦИС 4 м",б2 3механизмы выделения размеров объектов ис достаточно высокой точностью измерятьих. Цель изобретения - повыьшенйе точностимоделирования нейронных структур за счетмоделирования -специализированных механизмов выделения размеров обЪектов в зри- .тельной системе.Эта цель достигается тем, что в предложенное устройство введена группа элементов ИЛИ, две группы пороговых сумматоров и второй формирователь тормозныхсигналов. Выход каждого фотодиода линей"ки подключен ковходам соответствующейпары оп- и оИ-нейронов. Выходы первого и второго формирователей тормозныхсигналов соединены с тормозными входами первой пары моделей оИ- и оп-нейронов соответственно. Выходы первой парымоделей (оп- и юИ-нейронов подключены кпервым входам первой и второй групппороговых сумматоров соответственно, Выходы каждой пары остальных моделей оп- и оЛ-нейроновсоединены со Ьходами пер.вого и второго формирователей тормозныхсигналов и с вторыми входамисоответствующей пары пороговых суммато)ов второй цпервой групп соответственно. Выходы каждой пары пороговых сумматоров подключены ко входам соответствующего элементаИЛИ группы Выходы элементов ИЛИ группы являются выходами устройСтва.Структурная схема устройства приведена на чертеже.Устройство содержит линейку фотодцодов ), модели оп-нейронов 2, реагирую.щие на "увеличение освещенности моделиоЛ-нейронов реагируюгцие на уменьшение освещенности, первый и второй 5 формирователи тормозных сигналОв, первую ивтбр"Втрппь"йорбговЫхсумматорови группу элементов ИЛИ 8,Устройство работает следующим образом,На фотодиодывоздействует движущееся изображение темного объекта на" светлом фоне (отрицательный контраст) или светлого объекта на темном фоне (положительный контраст), При выделении"размера темного объекта, движущегося на светлом фоне, светный фон, первоначально воздействуяна фотодиодный вход модели, выз,ывяет воз.буждение ов-нейронов 2, При этом цавыходе оЛ-нейронов 3 сигналы отсутствуют. Выходные сигналы всех оп-нейроновза исключением первого (со стороны движущегося объекта), поступают на первыевходы сумматоров 7, а также на входы первого формирователя тормозный сигналов 4,Ьы."который при наличии сигналов на всех еговходах формирует" сигнал, поступающий натормозный вход первого оИ-нейрона, благодаря этому, при затемнении первого фотодиода передним темным краем движущего 4ся объекта выходной сигнал первого оЛ- нейрона отсутствует и ца 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 фотодиодоввызывает последовательное возбуждение оЛ-нейронов, выходные сигналы которых поступают на первые входы сумматоров 6, а также на входы второго формирователя тормозных сигналов 5. Второй формирователь осуществляет торможение первого опнейрона только при наличии сигналов ца всех его входах, т. е. при затемнении всех фотодиодов (в режиме выделения размера свсглого объекта на темном фоне).Сигнал на выходе одного из сумматоров., 6 появляется, когда движущийся объект своим задним (светлым) краем возбудит первый оп-цейроц и одновременно передним (темцым) краем один из оЬ-нейронов. При этом появляется сигнал на выходе сумматора 6, и возбуждается выход модели, соответствующий данному размеру объекта На всех остальных выходах устройства сцг-налы отсутствуют Работа устройства в режиме выделения размера светлого объекта ца темном фоцс аналогична работе при выделении размератемного объекта ца светлом фоцс. Переход с одного режима ца другой осуществляется автоматически. Прц наличии на фотодиодном входе модели свстлого фона формирователь 4, полклочениыц к выходам оп-нейронов, тормозит первый оЛ- нейрон, а при наличии темного фона, формирователь 5, подклкпенный к выходам оЛ-нейронов тормозит первый оп-нейрон, Выделение размера светлого обьекта, движущегося ца темном фоне, происходит при одновременном срабатывании первого онейрона и одного из оп-цейронов,В зависимости от размера объекта выходной сигнал модели формируется одним из сумматоров 7 ц через элемент ИЛИ 8 поступает на соответствующий выход устройства.Введение новых структурных элементов и связей между ними позволяет с достаточно высокой тОчцостью моделировать механизмы выделения размеров объектов в зрительной системе. Устройство может быть применено для моделирования .механизмов псреряоотки зрительной информации в реальных нейронных структурах, а также в системах автоматического анализа изображений, например в сенсорных системах рооотов. Устройство для моделирования нейронных структур зрительной системы, содержа661569 5щее линейку фотодиодов, модели оп- и оИ-нейронов и первый формирователь тормозных сигналов, отличающееся тем, что, с целью повышения точности моделирования, в него введены группа элементов И,ЛИ, две 5 группы пороговых сумматоров и ьторой формирователь тормозных сигналов, выход каждого фотодиода линейки подключен к входам соответствующей пары моделей оп- и оИ-нейронов, выходы первого и второго формирователей тормозных сигналов соединены с тормозными входами первой пары моделей оИ- и оп-нейронов соответственно, выходы первой пары моделей оп- и оИ-нейронов подключены к первым входам первой и второй групп пороговых сумма торов соответственно, выходы каждой па 6ры остальных моделей оп- и оИ-нейронов соединены 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 И г 1 И группы, выходы элементов ИЛИ группы являются выходами устройства.Источники информации, принятые во внимание при экспертизе1, Позин Н. В. Моделирование нейронных структур. М., Наука, 1970, с. 25.2. Заявка2188755/24, кл, б 06 6 7/60, 21.09,76, по которой принято решение о выдаче авторского свидетельства.Состав иа Техред О. ЛТираж 779ИИПИ Государственнпо делам изобретен35, Москва, Ж - 35,ППП Патент, г. У ель А. Яицковуговая Редактор Л. УтехиЗаказ 2479/52ЦН 113илиал Корректор Подписноего комитета СССР ий и открытийаушская наб., д. 4/5, жгородул Проектная Лукач