Устройство для моделирования пространственно-частотной фильтрации зрительной системы

(21) 2188755/18 51) Ч Кч г 6 066 7/60 2) Заявлено 11. ГзрисосЕпцеицсм 3251 Вки1 осударстееииый комитет Совета Мииистров СССР по делам иэобретеиийи открытий 23) Приоритет43) Опубликовано) УДК 681.335(088 45) Дата опубликования описания 22.03.78 вторызобрете К, Н. Дудкин и В. Е. Гаузельма Трудового Красного Знамени институт физиологии им. И, П. Павлова 1) Заявитель О(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ РОСТРАНСТВЕННО-ЧАСТОТНО Й ФИЛЬТРАЦИИ ЗРИТЕЛЪНОЙ СИСТЕМЫре)езстВсццо-часто гцз 1 О фцльт 1)- лять В изоорджсцци п 1)изц 2 кц --с рдзличцой црострацствсц Еой Нд фиг. 1ства для мостотцой фильсрцг. " -- стрца фцг. 3 ипзс, рцруемы пред,тдвлс;1 д блок-схсз делцроьдцпя просзрацс трдццц зритсльцоц сз:с уктурцдя схема модсл - 0 С Ц,1Л,О Р Е ЗМ Ы С И Г х цд входа; д и о д Ус 1 РО- ВСЦЦО- Дпдцсйроцд; ЛОВ, РС).1 л ьтр:1 Изобретение относится к области аналоговой вычислительной техцики для моделирования нейронных структур, выделяющих признаки изобракеиий в зрительной системе, и предиазцачсцо для использования в технических 5 системах переработки и распознавания изобра)ксций, в частности, для выделения в изображсцци признаков - периодичностей с различной прострацствсциоц частотой.Известно устройство для моделирования 10 иейроццых структур, содержащее пороговые элемецты, ассоциативные блоки когерентиого иакоплс)шя, блоки задержки и схемы совпадения 11). Это устройство ие позволяет выделять признаки изображений в зрительной системе. 15Наиболее близким техническим решеиием к дациому изобретению является устройство, которое, как и данное устройство, содержит линейку из двух групп фотодиодных ключей, причем каждый фотодиодцый ключ одцой )О группы располо)кси в линейке между двумя фотодиодиыми ключами другой группы, электрические входы всех фотодиодиых ключей подсосдицсцы к генератору импульсов, и блок )ОО)м;1 ровдиия сигеалов рдст 01)мажпвдцпя, три 2)5 вход которого подключены ко Входам соотВс-,ствуОщих фотодиодиых к;почей, а выход сосдццец с тормозиым входом блока формирОВац)151 сиГе 2;ОВ торможеиия 2), Оди 2 ко это устройство ие позволяет осуществлять узкопо лосцуо простцшо, т. е. выдепериодичностиЧСТОТОЙ.Целью изобретсцця я 1 злястся расширение области применения зд счет выделсция признаков периодичности с рдзличцьзмц частотами.казазная цель достигается тс)1, что строиство содер)кит фильтры светового и темно)зоо полз периодов прострацствеи 11 ой чдстоты, сумзт 01) с порОГОВыз элемсцто.1 и блок зддер)11- кц, гходы которого сосдццсц 1 с выходами фотод 1 одцых клю 1 сй, а выход цодключец к возбуждающему входу блока формирования сц 1- п,10 В тОРмо)ксцця, пОДсоеДицсццОГО ВыхОДОм и тор)озцым вхо;.дм фильтров светового и те)1:Ового пол периодо)з П 1)острдцствсциой частот.1, два Возоуждающ)1 х входа которьх подключецы к выходам соседних фотодиодцых кл 0 с, 2 Выходы зказаззззьзх фпльт 1)ов соединены со входазш:у.",Емтора с пороговьп элсмецтом, выход которого являстся выходом устройства.темпового полупсриодд пространственной астоты.Устройство содержит фотодиодныс ключи 1 - 6, блок зддср)кки 7, олок формирования сигналов рдстормдживания 8, блок формирования сигналов торможения 9, фильтр гемнового полунсриода пространственной чстоты 10, фильтр светового полунериодз гростр;шс;- всццой часто.ы 11, сммметор с пороговым злсмситох 12 и генератор импульсов 3.Кждьй из олоков 7 - 12 представляет собой модель цсйроа, структурная схс.;д когорой нривсдсцд цд ф:г. 2. Моле( Нейрон со, с р )1 с т1 т с р я то Г3 Оз О у ) к д я к) ц ц х (1 г 1 1,) 0 в 14, ОЛ 01( уирдвгясмои нро 30 лисмости 10, ии 1 С- грдтор тормозных снгнало 16 и генератор нотецци;лов действия 17. Возбуждяощис входы обозначены кружкдмн, тормозные - треугольником.Нд фотодиолныс входы (1 Отодиоднх клО- чей 1 - 6 воздействует двц)кущееся световое изображение -- решетка определенной пространственной частоты (направление движения показано стрелкой). На вторые входы поступают сигнал,.; от импульсного генератора 13, прсдстагляющис собой паш(н коротких прямох Ольных:впульсо 3 определенной частоты. Нд выходе 1-го, З-го, 5-го фотодиодшях ключей сигналы появляются при освещении фото- диодов, нд выходе 2-го, 4-го, 6-го фотодиолных ключей -- при затемнении, при этом ключи, срабатывающие пр: освсщении (огг) периодически чередуются с ключами, срабатывающими прн затемнении (ОД).Устройство рдботдст следующим образом.Интсгр;тор 14 сумматора 12 суммирует выходнъе сцпаль филь 1 ров 10, 1 1, к;)Кды й и.3 которых цмсст двд возбуждаОщех входя прямо от фотодиодных к,Ночей. На входы штегрдторд возбуждения 14 фильтра темпового иолупсриодд 10 поступают сигналы с 3.ходов 3-го и 4-го ключей, нд входы интегратора возбуждения 14 фильтра светового полунсриода 11 поступают сигналы с ьыходов клочей 4 и 5. Функции этих ключей разные: 3-й и 5-й клочи срабатывают при освещении (огг), ключ 4 -- при затемнении (о 1). При движении стимула вдоль линейки фотодиодов (направление дви)кения показа:о стрелкой) последовательность возбуждсшй для фильтра 10 оп - оо - т. с. при дви)кении стимула передний край каждой полосы проходс сначала оп-клоч, потом 011-ключ. Для фильтра 11 последоватслыОсть 13 озбх ждений - сбратндя: 01 - огг.Максимальны 1 сиГня;1 н 2 выходах фильтроВ 10 и 11 появляется в случае, когда величина полупсриодд (темпового лля фильтря 10 и сВ(Г 10 ВОГО для срилыр 2 1 ) с.О 31:дддст с расстояниемм )с)кду клю:ами 3 ц 4 дг 5 фильгрд 11 и кл 10 чямии О для фи,иг В 1 11. "11 си Ос)разом, максимальный сигнал на входе порогового элемента, с 1 ммтора 12 будет при определенном периоде пространственной частоты.11 ДСТРОй К 1 НС ЗТМСТО зс ОИРСЛЕЛЯС С 5: Р ЗСсто)н;нем между 3-м (оп) и 4-м (оД), а также 4-м (оц) и 5-х (оп) клОчами. В 0 нссх случаях. когда ширина полупериода не равна расстояниям между оп с о 1 Ь-ключа ми, сигналы ца выходах фильтров 10 и 11 повелшинс 3 и Ительно меньше. Уменьшение )тнх снгн;лон Осун)сствлясся с пох 0 ц О бло(я 9. Это осуществляется следующим ооразом.Прц;Ви)1 сИи рсшсто 3 дог 1,иис 1 и фото) Лиодо 3 сцплы с выходов 1-го 6-го ключейсрсз бгОК з;с ржс: 7 с: исболыной з 2;1 сржкой ГОстенОт нд БКОл интсрд 10 р 3 озб 3 жляОпх сНлов блока 9. Выходной сигнал э о О О.ОК 1Нос 1, .1 с 1 н 1 1 ХО,1 Ы ии ГСГр ГО ров )ормозных сигналов 16 фил тров 10, 11.Торможс нис выходных сигналов штсраторов 14 ос 1 щсствлястс 51 с помощью блоков переменцой проводимости 15, проводимость которых угрзвлястся слслующим образом:201 1- Е ;агогде 71) . - сипал на выходе интегратора 16;Йо - эквивалентное сопротивление интеграто 25 ра в отсус 3 ии сигналов на выходе интегратора 16; 1 - масштабныц коэффициент. Величина тормозного сигнала будет тем больше,чем больше пространственная частота решетки о,личается от частоты, на которуо фильтрЗО настроен.Устройство моделирует еще одну важнуюфун(цио рсцсг Ивнех полей зрите.ьной системы - выдслснис периодичностей стимулов,лви)кущихся олько и одном опрсдслсццом на 35 пря 3.сниц. Эо обсснечивастся блоком 8 фор)1 ИР 013 ин 51 сиН 1;1 О 3 1)стОРма)кивяни 51, кОтОрый с,"жит лля;)сн иения сигнала и выходе блок формирования сигналов торможения9. Вьхолцой сцпдл блока 8 поступает на вход40 интегратор; 16 блока 9 и через блок управляемой нрово;шмостн5 уменьшает сигнал интегратора 11 з 0 о блок 9, тем самым уменьшая тормс) цой снпдл ця входах фильтров 10и 11,Поясним функцию олока 9 на примере работы (1 игьтр 3 Смцового полуперпода 10. Нафцг. 3 приСЕ(сны ос 1,Иллограммы. полученныенр н,13 иисси и и стимула 13 ц анре влении, указанном слрслкос я фнг. 1. При движении ка)к 5, ын (рд Темноой полосы формирует следуюнуО вре.С 1 гул последовательность сигналов:Ор 5.озно 1 с.1;1,1 От кл 02 1, рдсорм 1 жИВ 210- шн сигнал от Сл 012 2, затем возохждающийсгнд. Ог к,к)ча 3 и Опять торхозноЙ О(ГЕ 01155 рафик ня фп 3 демонстрирует, что возбу)кд;Ощий сц:ндл в то гке а блока 10 имеет бо,ьну 0 мпл тулу. При движении объекя н ,ро",цвоиоложнсм няцрш)лсции со стороны к,о:(фиг. -1),ослслсватслыссть сиг(б ия,013 ОЛет;рс)й: ТО).,ожсиие От к;ючя 4,13)зб,жлсц:с ог ключ , рдсгормдживднис отклю,а 2, торможение от клоча 1. В этом случ; с возбгж;12 Ощий сгнал От клОча 3. разВигдясь ц фоне тормозного от ключа 4, не мо 65 ж, Тесс 1 ь болынс)й:,плитуды. Возбужда 595745ющий 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, моделирующее устройство выделяет пространственную частоту, на которую оно настроено, только при движении стимула в определенном направлении,Формула изобретенияУстройство для моделирования пространственно-частотцой фильтрации зрительной системы, содержащее линейку из двух групп фотодиодцых ключей, причем каждый фотодиодцый ключ одной группы расположен в линейке между двумя фотодиодными ключами другой группы, электрические входы всех фотодиодных ключей подсоединены к генератору импульсов, и блок формирования сигналов растормаживация, три входа которого подключены ко входам соответствующих фотодиодных ключей, а выход соединен с тормозным входом блока формирования сигналов торможения,отличающееся тем, что, с целью расширения области применения за счет выделения признаков периодичности с различными частотамп, оно содержит фильтры светового и 5 темнового полупериодов пространственной частоты, сумматор с пороговым элементом ц блок задержки, входы которого соединены с выходамц фотодцодцых ключей, а выход подключен и возбуждающему входу блока фор мцровацця сигналов торможения, подсоединенного выходом к тормозным входам фильтров свстового и темпового полупериодов прострацстцсццой частоты, два возбуждающих входа которых подключены к выходам соседних фо тодиодных ключей, а выходы указанныхфильтров соединены со входамц сумматора с пороговым элементом, выход которого является вы.одом устройства.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР Мо 479128,кл. 6 066 7/б 0, 1973. 2. Позцн Н. В. Моделирование нейронных 25 структур. М., Наука, 1970 (прототип),Состанитслз Г, Сорокин 1 екрсл Л. 1 ладноаа Рс,иктор р. Киселева 1,0131 эскто 1 ы. Л. Котоваи Т. Добровоавскаи Заказ 114,10НПО ЛодпнсносРР ипографнн, пр Сапунова, 2 Изд Л 280ударственпого комитета Сопо делам изобретений и 3035, Москва, Ж, Раунс ира;и 841ета Министровоткрытийан паб., д. 4 5