Устройство для формирования информативных признаков при распознавании образов

.Д.Калмыковав88.8)свидетельсС 06 К 9/62 тво СССР 1980, ФОРМИРОВАНИЯ ОВ ПРИ РАСПОЗ ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИНФОРМАТИВНЫХ ПРИЗНАК НАВАНИИ ОБРАЗОВ(57) Изобретение относится к областитехнической кибернетики и вычислительной техники и может применятьсяв распознающих и классифицирующих системах роботов. Целью изобретенияявляется увеличение вероятности правильного распознавания. Устройствосодержит регистр фиксации изображений, генератор случайных чисел, муль" типлексор, регистр начальнои ординаты, параллельно-последовательныйкольцевой регистр приращений ординаты, счетчик, реверсивный счетчик, дешифратор, преобразователь унитарногокода в двоичный, накапливающий сумматор, блок сравнения на неравенство,элемент задержки, ключ, блок элементов И, элемент ИЛИ, параллельно-последовательный кольцевой регистр знаков приращений ординаты. Устройствопозволяет формировать при обучении ираспознавании линейные информативныепризнаки, т.е. признаки, значениякоторых зависят от совокупности компонентов иэображения, расположенныхна случайно выбираемой. кривой линии.Повышение вероятности правильногораспознавания связано с тем, чтоструктура линейных признаков соответствует структуре изображений с криволинейными фрагментами. 2 ил,1 136159Изобретение относится к технической кибернетике и вычислительной технике, является составной частью распознающих устройств и может применяться в распознающих и классифицирующих системах роботов.Устройство для формирования информативных признаков во многом определяет важднейшие параметры и характеристики распознающих устройств,Целью изобретения является увеличение вероятности правильного распознавания.На фиг.1 представлена функциональная схема устройства, на фиг.2 - пример реализации преобразователя унитарного кода в двоичный.Для изображений, фрагменты которыхпредставляют кривые линии, а именнотакие изображения чаще всего встречаются в практике распознавания, следует использовать линейные информативные признаки, т.е, признаки, значениякоторых заВисят От сОВОкупности компонентов, лежащих на некоторой кривойлинии.Одним из возможных и просто реализуемых типов линейных информативныхпризнаков представляется такой тип,где значение признака зависит от соотношения между эачерненностью линиии зачерненностью иэображения. Под зачерненностью линии понимается отношение числа К единичных компонентовизображения, лежащих на этой Ъинии,к общему числу компонентов, лежащихна линии, равному горизонтальномуразмеру ш, растра, при этом линии полагаются вытянутыми в.общем горизонтальном направлении. Под зачерненностью изображения понимается отношениечисла К единичных компонентов изоб 11ражения к общему числу ячеек растра,равному и = ш хш где ш - размер1 2 245растра по вертикали. Линейный информативный признак определяется следующим образом: фЬ,Х) = +1, если выполняется условие 2 Кл) Ки (2)14 1причем 2ш 2( 2, т,е,310 д 2 ш 2, Где символОзначает ближайшее большее целое,Линейные информативные признакиобеспечивают распознающему устройствуувеличение вероятности правильногораспознавания при распознавании Иэображений, основными фрагментами которых являются кривые линии. К такимизображениям относятся, например,цифро-буквенные символы.Устройство содержит регистр 1 фик- .сации изображений, генератор 2 случайных чисел, мультиплексор 3, регистр 4 начальной ординаты, параллельно-последовательный кольцевойрегистр 5 знаков приращений ординаты,параллельно-последовательный кольцевой регистр 6 приращений ординаты,счетчик 7, реверсивный счетчик 8, дешифратор 9, преобразователь 10 унитарного кода в двоичный, накапливающий сумматор 11, блок 12 сравненияна неравенство, элемент 13 задержки,ключ 14, блок 15 элементов И и элемент ИЛИ 16.Устройство работает в одном издвух режимов - обучении или распознавании.Для .организации работы в режимеобучения на вход генератора 2 случайных импульсов подается импульс ф, покоторому формируется случайное числоили параметр Ь. Далее подаются импульс "Обуч,", по которому параметриз генаратора 2 случайных чисел прбходит через мультиплексор 3 и поступает на входы регистра 4 начальнойординаты, регистра 5 знаков приращений ординаты и регистра 6 приращенийординаты, и импульс "ПР.Рг", разрешающий прием информации в регистры4-6, при этом отдельные части параметра Ь, перезаписанные из генератора 2 случайных чисед в регистры 4-6,интерпретируются как элементы, определяющие положение некоторой случайной кривой, В частности, часть параметра Ь, записанная в регистр 4, представляет код начальной ординаты кривой. Число разрядов регистра 4 определяется вертикальным размером ш 2 Кл Ки) (1)50ш 1 ш 1 ш 2и ц (Ь,Х) = -1, если условие (1) не выполняется.Условие (1) или эквивалентное ему условие ш 2 К л ) К определяет конт раст между линией и остальным изображением. Можно усилить контрастность, взяв в левой части неравенства вместо множителя ш л другой множитель г 2шш . При этом для упрощения реа 2 юлизации умножения можно потребовать, чтобы этот множитель был целой степенью двойки. Тогда вместо (1) полу- чаютз 136 растра и равно 3 1 о 8 в, где символозначает ближайшее большее целое. В частности, если размер растра по вертикали ш = 31, то число разрядов регистра 4 равно пяти. Часть параметра Ь, записанная в регистре 6, рассматривается как приращения ординаты кривой. Приращение ординаты могут быть нулевыми или единичными.Число разрядов регистра 6 равно горизонтальному размеру гп растра. Знаки приращений ординаты фиксируются в регистре 5. При этом полагается, что кривая разбита на К участков одинако 1 -Квой длины 1и на каждом участке знаки приращений ординаты одинаковые, поэтому число разрядов регистра 5 равно К.Таким образом, параметр Ь, вырабатываемый генератором 2 случайных чисел, сосит из .1 1 о 8 ш + ш, + К разрядов. В частности, при ш, = т=31 и К = 4 число разрядов параметра Ь равно 40.Далее выполняется ряд одинаковых циклов определения информативных признаков (Ь,Х) для одного и того же параметра и различных изображений Х. Число циклов равно числу изображений обучающей выборки. Каждый цикл выполняется следующим образом. Сначала подаются импульс "Уст, "0" на входы счетчика 7 и накапливающего сумматора 11, по которому эти узлы устанавливаются в исходное нулевое состояние, импульс "Пр.Рг.И", по которому очередное изображение принимается и фиксируется регистром 1 фиксации изображения, и импульс "Пр.Сч", по которому начальная ордината перезаписывается из регистра 4 в реверсивный счетчик 8.Далее подается серия из тп импульсов сдвига "Сдв, где ш - размер растра по горизонтали. Импульсы УУСдвн поступают на сдвиговые входы регистра 1 фиксации изображений. Изображение в регистре 1 фиксации изображений сдвигается на один столбец влево. При этом столбцы изображения, выталкиваемые слова, появляются на правой границе растра, После окончания серии ш импульсов изображение занимает исходное положение. При каждом импульсе сдвига компоненты очередного левого столбца изображения поступают на входы элементов И блока 15 элемен 1592тов И и на входы преобразователя 10унитарного кода в двоичный. Преобразователь 10 выдает на своих выходах5в двоичной форме. число единиц в оче -редном столбце. Каждый импульс сдвига "Сдв" поступает также на сдвиговыевходы регистра 6 приращений ординат.Информация в регистре 6 сдвигаетсявлево и выталкиваемые раэряды поступают в реверсивный счетчик 8. Так какрегистр 6 выполнен по кольцевой схеме, то после ш, импульсов "Сдв" информация в нем занимает исходное положение.Одновременно с 1 в ,,,(К)-импульсами "Сда , подаваемыми в регистры 1 и 6, в регистр5 знаков приращений ординаты подается импульс Сдв ", по которому информация в этом регистре сдвигаетсяна разряд влево. После ш импульсов25"Сдв", т.е. после К сдвигов в регистре 5, информация в нем занимает исходное положение. При каждом сдвигев регистре 5 выталкиваемый разряд,т.е. знак приращений ординаты очередного участка, перезаписывается втриггеры режима реверсивного счетчика 8,Таким образом, на каждом участкеш,гкривой линии длиной-приращения1 кординаты, поступающие в реверсивныйсчетчик 8 из регистра 6, складываютсяили вычитаются в зависимости от знака, переданного из регистра 5, такчто в реверсивном счетчике 8 формиру 40 ется код текущей ординаты.Дешифратор 9 расшифровывает содержимое реверсивного счетчика 8 .и открывает элемент И блока 15 элементовИ, связанный со строкой, номер кото 45 рой соответствует текущей ординате.Таким образом, при подаче импульсов."Сдв" и Сдв ", на выходе элементаИЛИ 16 последовательно появляютсякомпоненты иэображения, расположенныена линии, положение которой определяется информацией, зафиксированной врегистрах 4-6.Импульс "Сдв" подается также навход элемента 13 задержки и задержан55 ный этим элементом на время переключения узлов 1, 6, 8, 9, 10, 15 и 16поступает на вход разрешения приеманакапливающего сумматора 11 и черезключ 14 на вход счетчика 7. Таким об15 20 25 30 35 40 45 50 55 5 136 разом, в сумматоре 11 после ш, импульсовСдв формируется число К, равное количеству единичных компонентов всего иэображения, а в счетчике 7 - число К, равное числу единичных компонентов изображения, лежащих на отрабатываемой кривой.Разрядность счетчика 7 определяется размером ш растра по горизонтали и равна 1 оцш , а разрядность сумматора 11 - всем размером растра ш, гп и равна 31 о 8 гп тп,. В частности, при ш, = шг = 31 разрядность счетчика 7 равна пяти, а разрядность сумматора 11 равна десяти.Вес старшего разряда сумматора в Гг г2 . = 2 раз больше веса старшего разряда счетчика 7.С входами блока 12 сравнения на неравенство соединены разряды счетчика 7 и старшие разряды сумматора 11. Таким образом, блоком 12. сравнения фактически проверяется соотношение между величиной 2 Е иК . Блок 12 сравнения выдает 1", если выполнено условие (2)Фл ифи О в противном случае.После окончания серии иэ тп импульсов Сдв определение информативного признака ч(Ь,Х) завершено. Этот признак (Ь,Х) = +1, если блок 12 сравнения на неравенство выдает на своем выходе "1", и Ц(Ь,Х) = - 1, если на выходе блока 12 сравнения имеется 0.1Итак, значение признака 4(Ь,Х) хранится на выходе блока 12 сравнения, а параметр Ь - в регистрах 4-6,В режиме распознавания подается импульс "Пр.Рг.И", по которому рас - познаваемое изображение Х поступает в регистр 1 фиксации изображений и фиксируется в нем.Далее выполняется ряд одинаковых циклов формирования информативных признаков фЬ,Х) для одного и того же изображения Х и различных параметровКаждый цикл выполняется следующим образом, Вначале подается импульс Расп", по которому параметр Ь прохо- дит через мультиплексор 3 и поступает на входы регистров 4-6, и импульс Пр.Рг, разрешающий прием информации в регистры 4-6. Далее подается импульс Уст.О на входы счетчика 7 и накапливающего сумматора 11, по кото 15926рому эти узлы устанавливаются в нулевое состояние, и импульс Пр.Счпо которому начальная ордината перезаписывается иэ регистра 4 начальнойординаты в реверсивный счетчик 8. Да.лее подается серия ш 1 импульсовСдвна входы регистра 1 фиксации иэображений, регистра 6 приращений ординатыи элемента 13 задержки. Одновременно с 1 -" , 2, , (К) импульсами Сдв подается импульс Сдвиг на вход регистра 5 знаков приращений ординаты. После окончания серии импульсов Сдв на выходе блока 12 сравнения на неравенство формируется значение признака Ч(Ь,Х)+1, если на выходе блока 12 сравнения имеется 1", и -1, если на выходе блока 12 сравнения имеется "О.Преобразователь 10 унитарного кода в двоичный для частного случая, когда число входов М = 31, представляет пирамидальную многослойную сетку одноразрядных комбинационных двоичных сумматоров 17. Число сумматоров в первом слое Б, определяется числом входов М и равно Б, = 0,5(М). Число сумматоров но втором слое Бг0,5(Б, - 1). Аналогично число сумматоров в каждом последующем слое Б определяется числом сумматоров в предыдущем слое Б и равно Б;= 0,5(Б, - 1), В последнем слое имеется один сумматор, Если по расчету Б; не целое, то рассчитанное число Б; следует увеличить до ближайшего большего целого,В каждом слое одноразрядные комбинационные двоичные сумматоры 17 соединены так, что выход "Сумма" предыдущего сумматора соединен с одним иэ входов последующего сумматора. Выходы "Перенос" сумматоров предыдущего слоя соединены с входами сумматоров последующего слоя,Унитарный код подается на входы сумматоров первого слоя, Разряды двоичного кода образуются на выходах "Сумма" последних (на фиг.2 верхних) сумматоров каждого слоя: разряд с весом 2 в первом слое, разряд с весомо2 во втором слое и т.д. Старший разряд формируется на выходе "Перенос" единственного сумматора последнего слоя.7 гз Формула изобретенияУстройство для формирования информативных признаков при распознавании образов, содержащее регистр фиксации изображений, счетчик, дешифратор, блок элементов И, элемент И 31 И,группа выходов регистра фиксации изображений соединена с первой группой входов блока элементов И, вторая группа входов которого подключена к группе выходов дешифратора, группа выходов блока элементов И соединена с группой входов элемента ИЛИ, о т л и ч а ю - щ е е с я тем, что, с целью увеличения вероятности правильного распознавания, в него введены генератор случайных чисел, мультиплексор, регистр начальной ординаты, два параллельно- последовательных кольцевых регистра, реверсивный счетчик, преобразователь унитарного кода в двоичный, накапливающий сумматор, блок сравнения, элемент задержки, ключ, при этом группа выходов регистра фиксации изображений подключена к группе входов преобразователя унитарного кода в двоичный, группа выходов генератора случайных чисел соединена с первой группой входов мультиплексора, первая группа выходов которого подключена к группе входов регистра начальной ординаты, вторая группа выходов - к группе входов первого параллельно-последовательного кольцевого регистра, третья группа выходов - к группе входов второго параллельно-последовательного кольцевого регистра, группа выходов регистра начальной ординаты соединена с группой входов реверсивного счетчика; выход первого параллельно-последовательного кольцевого регистра подключен к входу направления счета реверсивного счетчика, выход второго параллельно-последовательного кольцевого регистра соединен со счетным входом реверсивного счетчика, группа выходов которого подключена к группе входов дешифратора, группа выходовб 1592 5 10 15 20 25 30 35 40 45 преобразователя унитарного кода вдвоичный соединена с группой входовнакапливающего сумматора, выход элемента ИЛИ подключен к информационномувходу ключа, управляющий вход которого соединен с выходом элемента задержки и с входом разрешения накапливающего сумматора, выход ключа подключен к счетному входу счетчика,группа выходов накапливающего сумматора и группа выходов счетчика .соединены соответственно с первой и второй группой вхоцов блока сравнения,выход которого является выходом устройства, вторая группа входов мультиплексора является первой группойинформационных входов устройства,группа входов регистра фиксации изображений является второй группой информационных входов устройства, входгенератора случайных. чисел являетсяпервым управляющим входом устройства,первый и второй управляющие входымультиплексора являются соответственно первым и вторым входами выбора режима работы устройства, вход записирегистра начальной ординаты подключенк входам записи первого и второго параллельно-последовательных кольцевыхрегистров и является вторым управляющим входом устройства, вход установкинакапливающего сумматора соединен свходом установки счетчика и являетсявходом установки устройства, вход записи регистра фиксации изображенийявляется входом записи устройства,вход записи реверсивного счетчика является третьим управляющим входомустройства, вход сцвига регистра фиксации изображений подключен к входуэлемента задержки, к входу сдвигавторого параллельно-последовательногокольцевого регистра и является четвертным управляющим входом устройства, вход сдвига первого параллельнопоследовательного кольцевого регистраявляется пятым управляющим входомустройства.136 1592 иа 1 Уиг, УСоставитель В.Макаренков Техред А,Кравчук едактор И.Николайчу Заказ 6293/50 Тираж 671 ВНИИПИ Государственного к по делам изобретений и 113035, Москва, Ж, РаушскПота СССРтий сн ми 4.5 Ужгород, ул. Проектная,П водственно-полиграфическое предприятие да са РХук Ран орректорМ.Максимишине