Устройство для формирования информативных признаков при распознавании изображений

СОЮЭ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК А 1 9 4 С 06 К 9 36 сф,В ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ОСУДАРСТНЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕРЬСТ,(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ФОРМИРОВАНИЯИНФОРМАТИВНЫХ ПРИЗНАКОВ ПРИ РАСПОЗНАВАНИИ ИЗОБРАЖЕНИЙ(57) Изобретение относится к технической кибернетике и вычислительнойтехнике. Устройство является частьюраспознающего устройства и может применяться в распознающих системах роботов. Целью изобретения являетсяувеличение вероятности правильногораспознавания изображений, основнымифрагментами которых являются кривыеполосы переменной ширины, Устройствосодержит генератор случайных чисел,регистры, счетчики, дешифраторы, на,.ЯО 1361591 капливающие сумматоры, преобразова- тели унитарного кода в двоичный, блок умножения, блок сравнения на неравенство, логические элементы. При этом выходы генератора случайных чисел через мультиплексор соединены с входами регистров начальных ординат, знаков : приращений и приращений ординат, выходы этих регистров соединены с реверсивными счетчиками, где формируются ординаты граничных кривых, выходы счетчиков связаны с входами дешифраторов, выходы дешнфраторов, регистра фиксации иэображений подключены через логические элементы и схемы ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ к преобразователям унитарно- а го кода в двоичный, выходы которых связаны с входами накапливающих сумматоров, где формируются значения зачерненности полосы и изображения в С целом, выходы накапливающих сумматоров связаны с вхоДами блока сравнения Б на неравенство, состояние которого определяет значение полосового инфор-мативного признака. 2 ил.Изобретение 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 важнейшие параметры и характеристики распознающих устройств.Целью изобретения является увеличение вероятности правильного Распознавания.На фиг. 1 представлена функцйональная схема устройства; на фиг.2 - пример реализации преобразователей унитарного кода в двоичный.Для изображений, фрагменты которыхпредставляют собой полосы переменнойширины, а именно такие изображениячаще всего встречаются в практикераспознавания, следует использоватьполосовые информативные признаки,т.е. признаки, значения которых зависят от совокупности компонентов,лежащих внутри некоторой полосы переменной ширины,Под зачерненноспью полосы понимается отношение числа Кп единичныхкомпонентов изображения, расположенных внутри некоторой полосы, к общемучислу Кр ячеек растра, лежащих внутриэтой полосы, При этом полосы полагаются вытянутыми в общем горизонтальном направлении. Под эачернейностьюизображения понимается отношение числа Кединичных компонентов всегоизображения к общему числу ячеек растра, равному щ, щг, где щ, - размеррастра по горизонтали, щ, - размеррастра по вертикали. Полосовой информативный признак(1)Ко щгщггде Ю(1,Х) = - 1, если условие (1)не выполняется.Условие (1) или эквивалентное емуусловиещщ г К.пК,. Копределяет контраст между полосойи остальным изображением. Можно усиФлить требование контрастности, взявв левой части неравенства вместо множителя щ щ другой множитель щ сщ, х х щ г. При этом для упрощения реали зации умножения можно потребовать, чтобы этот множитель был целой,степенью двойки, т.е. чтобы щ = 2., гдеопределяется неравенствами 2 ( щ, х х щ ( 2 ", откуда 1 =.11 од щ щ Г, где символ 3Г означает ближайшее большее целое Тогда получается следующее выражение 10(2) 2 К)К К,лельно-последовательный кольцевойрегистр 11 знаков приращений второйординаты, параллельно-последовательный кольцевой регистр 12 приращений,второй ординаты, второй реверсивныйсчетчик 13, второй дешифратор 14,второй блок 15 элементов ИЛИ, блок 16элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, блок 17элементов И, первый преобразователь18 унитарного кода в двоичный, первыйнакапливающий сумматор 19, второйпреобразователь 20 унитарного кодав 35 40 45 двоичный, второй накапливающий сумматор 21, третий преобразователь 22унитарного кода в двоичный, третийнакапливающий сумматор 23, элемент24 задержки, блок 25 умножения и блок26 сравнения на неравенство. 50 Устройство работает в одном из двух режимов - обучение или распознавание.В режиме обучения вначале на вход генератора 2 случайных чисел подается импульс Ф, по которому в генераторе Параметр 1. применительно к полосовым информативным признакам определяет положения граничных кривых полосы, 15Полосовые информативные признакиобеспечивают распознающему устройству увеличение вероятности правильного распознавания при распознавании изображений, основными фрагментами которых являются полосы переменной ширины. К таким иэображениям относятся, например, цифро-буквенные символы.Устройство содержит регистр 1 фик.25сации изображения, генератор 2 случайных чисел, мультиплексор 3, регистр 4 первой начальной ординаты, параллельно-последовательный кольцевой регистр 5 знаков приращений дер вой ординаты, параллельно-пбследовательный кольцевой регистр 6 прираще ний первой ординаты, первый реверсивный счетчик 7, первый дешифратоР 8, первый блок 9 элементов ИЛИ, регистр 10 второй начальной ординаты, парал з 1361 2 формируется случайное число или параметр Ь.Далее подаются импульс "Обуч.", по которому параметр проходит через мультиплексор 3 и поступает на входы регистров 4 и 10 начальных ординат, регистров 5 и 11 знаков приращений ординат и регистров 6 и 12 приращений ординат, и импульс "Пр.Рг.", разрешающий прием информации в регистры 4-6 и 10-12. При этом отдельные части параметра Ь, переэаписанные из генератора 2 случайных чисел в регистры 4-6 и 10-12, интерпретируются как 15 элементы, определяющие положения двух случайных кривых - границ полосы. В частности, части параметра Ь, записанные в регистры 4 и 10, представляют коды начальных ординат граничных кривых, Число разрядов в регистрах 4 и 10 определяется вертикальным размером ш растра и равно1 одр Г, где символозначает ближайшее большее целое. Например, если 25 размер растра по вертикали ш= 31, то число разрядов в регистрах 4 и 10 равно пяти. Части параметра Ь, записанные в регистры 6 и 12, рассматриваются как модули приращений ординат 30 граничных кривых. Иодули приращений ординат могут быть нулевыми или единичными. Число разрядов в регистрах 6 и 12 равно горизонтальному размеру ш растра. Знаки приращений ординат граничных кривых записываются в регистры 5 и 11. При этом полагается, что каждая граничная кривая разбита на К1 ш,Гучастков одинаковой длины- р, посшледний участок, если - не целое, мо- жет быть меньше остальньй. На каждом участке знаки приращений ординат гра ничных кривых одинаковые. Очевидно, .число разрядов регистров 5 и 11 равно К.Таким образом, параметр Ь, вырабатываемый генератором 2 случайных чисел, состоит из 2 11 о 8 ш + ш, + К разрядов. В частности, при ш, = ш - 31 и К = 4 число разрядов параметра Ь равно 80.После подачи импульсов "Обуч." и "Пр.Рг." выполняется ряд одинаковых циклов определения информативных признаков ц(Ь,Х) для одного и того же параметра Ь и различных изображений 591Х обучающей выборки. Число циклов равно числу изображений обучающей выборки.Каждый цикл выполняется следующим образом. Вначале на входы накапливающих сумматоров 19, 21 и 23 подается импульс "Уст.О", по которому эти узлы устанавливаются в исходное нулевое состояние, Одновременно а импульсом "Уст.О" на вход регистра 1 фиксации иэображения подается импульс "Пр.РгИ", по которому очередное изображение принимается и фиксируется в регистре 1 фиксации изображений. Также одновременно с импульсом "Уст.О" на входы реверсивных счетчиков 7 и 13 подается импульс "Пр.Сч.", по которому начальные ординаты граничных кривых перезаписываются из регистра 4 в счетчик 7 и из регистра 10 в счетчик 13.Далее подается серия из ш, импульсов сдвига "Сдв,", где ш, - размер растра по горизонтали. Импульсы "Сдв." поступают на сдвиговые входы регистра 1 фиксации изображений. Так как регистр 1 представляет собой совокупность строчных кольцевых сдвиговых регистров, то при каждом импульсе "Сдв." изображение в регистре 1 сдвигается на один шаг влево. При этом столбец изображения, выталкиваемый слева, появляется в правом столбце регистра 1. После окончания серии ш, импульсов "Сдв." изображение занимает исходное положение.Каждый импульс "Сдв." поступает также на сдвиговые входы регистра 6 приращений первой ординаты и регистра 12 приращений второй ординаты. Информация в регистрах 6 и 12 сдвигается влево и выталкиваемые разряды из регистра 6 поступают на счетный вход первого реверсивного счетчика 7, а разряды, выталкиваемые из регистра 12, поступают на счетный вход второго реверсивного счетчика 13. Так как регистры 6 и 12 кольцевые, то после ш, импульсов сдвига информация в них занимает исходное положение.Одновременно с первым импульсом11 н1 шт ГСдв." каждой подсерии изим кпульсов "Сдв." в регистр 5 знаков приращений первой ординаты и в регистр 11 знаков приращений второй ординаты подается импульс сдвыга Сдв., по которому информация в этих регист 1361591рах сдвигается на разряд влево. После ш импульсов "Сдв.", т.е. после К сдвигов в регистрах 5 и 11, информация в них занимает исходное положение. Таким образом, при подаче каждойподсерии из-импульсов Сдв. в1 ш11 11креверсивных счетчиках 7 и 13 реализуется либо режим "Сложение", либо режим "Вычитание", определяемый состоянием крайнего левого разряда регистров 5 и 11 соответственно, поскольку выходы регистров 5 и 11 подключены к входам управления режимами счетчиков 7 и 13,Таким образом, на каждом участке граничных кривых линий длиной тп,кприращения ординат поступающиев счетчики 7 и 13, прибавляются к содержимым этих счетчиков или вычитаются из содержимых. Следовательно, на каждом шаге в счетчике 7 формируется код текущей ординаты первой граничной кривой, а в счетчике 13 - код текущей .ординаты второй граничной кривой. В то же время на каждом шаге в левом столбце регистра 1 оказывается размещенным текущий столбец изображения. Следовательно, по мере подачи импульсов "Сдв." и "Сдв"." в устройстве отрабатываются две кривые линии: текущие абсциссы этих кривых,соответствуют номеру столбца изображдния, переместившемуся в крайний левый столбец регистра 1, код ординаты первой кривой содержится в первом реверсивном счетчике 7, код ординаты второй кривой содержится во втором реверсивном счетчике 13, Эти кривые являются граничными кривыми некоторой полосы.Дешифраторы 8 и 14 расшифровывают содержимое счетчиков 7 и 13, при этом возбуждаются те шины дешифраторов, номера которых соответствуют текущим ординатам. При возбуждении определенной выходной шины дешифратора 8 возбужденными оказываются выход соответствующего элемента ИЛИ блока 9 и выходы всех последующих элементов ИЛИ блока 9. Дешифратор 14 с блоком 15 элементов ИЛИ функционирует аналогично.Единичные сигналы формируются на выходах тех элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ блока 16, которые соответствуют ординатам, расположенным внутри поло сы, так как на одном из входов этих элементов имеется "0", а на другом 1", На входах остальных элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ блока 16 имеются либо два нуля, либо две единицы и, значит, на выходах их формирутся нули.Таким образом, в каждый момент времени на выходах блока 16 формируется унитарный код, у которого внутренние разряды, соответствующие отрабатываемой полосе, равны единицы, а остальные - нулю. Таким образом, число единиц этого кода равно ширине полосы. Этот унитарный код поступает 510 на входы первого преобразователя 18унитарного кода в двоичный. Одновременно в каждый текущий момент временина входах второго преобразователя 20унитарного кода в двоичный имеетсяунитарный код, соответствующий текущему столбцу изображения. Наконец,15 20 на выходах блока 17 совпадения и, значит, на входах третьего преобразователя 22 унитарного кода в двоичный образуется унитарный код, соответствующий части текущего столбца изображения, расположенной внутри полосы.Импульс "Сдв.", задержанный элементом 24 задержки на время переключения узлов 1, 4-17, 18, 20 и 22, поступает на входы приема информации накапливающих сумматоров 19, 21, 23 и двоичные коды, образующиеся на вы 25 ходах преобразователей 18, 20 и 22,2 КпКо Кпи выдает "1", если условие (2) выпол 35 поступают в соответствующие сумматоры. Таким образом, по окончании поступления импульсов "Сдв." в первомнакапливающем сумматоре 19 формируется число К , равное числу ячееко40 растра, лежащих внутри полосы, вовтором накапливающем сумматоре 21формируется число К, равное числуединичных компонентов всего изображения, в третьем накапливающем сум аторе 23 формируется число К, равое числу единичных компонентов изображения внутри полосы.В блоке 25 умножения, имеющем комбинационную структуру, формируется 50 произведение К . Кподаваемое навходы блока 26 сравнения на неравенство. На вторые входы блока 26 сравнения поступает число К , сдвинутоевлево на 1 разрядов, т.е. число 2 х 55 х К. Блок 26 проверяет условия (2):кено, и "0" в противном случае. Единица на выходе блока 26 сравнения ,рассматривается как факт (Ь,Х) - +1, а ноль - как ц(Ь,Х) = -1.После окончания серии из ш импульсов Сдв, значение признака (Ь,Х) хранится на выходе блока 26 сравнения, а параметр Ь - на выходе регистров 4-6 и 10-12.В режиме распознавания вначале подается импульс "Пр.Рг.И, по которому распознаваемое 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 различных параметров Ь, Число циклов равно числу зафиксированных параметров Ь. Каждый цикл выполняется следующим образом, Вначале подаются импульсы "Расп. и "Пр.Рг.", по которым параметр Ь проходит через мультиплексор 3 и фиксируется в регистрах 4-6 и 10-12. Далее подается импульс "Уст.О", по которому в накапливающих сумматорах 19, 21 и 23 устанавливаются исходные нулевые состояния, и импульс Пр.Сч., по которому начальные ординаты перезаписываются из регистра 4 в реверсивный счетчик 7 и иэ регистра 10 в реверсивный счетчик 13 Далее подается серия ш импульсов "Сдв." и соответственно импульсы "Сдвф.", как и в режиме обучения. По окончании серии этих импульсов на выходе блока 26 сравнения на неравенство формируется "1", кодирующая факт Ц(Ь,Х) = +1, или "0", кодирующий факт ц(Ь.Х) = -1. Преобразователь унитарного кода в двоичный, для частного случая, когда число входов М = 31, представляет пирамидальную многослойную сетку одноразрядных комбинационных двоичных сумматоров 27. Число сумматоров в первом слое Б определяется числом входов М и равно Б = 0,5.(М - 1)Число сумматоров во втором слое Б =0,5(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.51015 изображений, содержащее регистр фиксации изображений, блок элементов И,первый дешифратор, группа выходов регистра фиксации изображений соединена с первой группой входов блока элементов И, о т л и ч а ю щ е е с ятем, что, с целью увеличения вероятности правильного распознавания, вустройство введены генератор случайных чисел, мультиплексор, регистрыпервой и второй начальных ординат,четыре параллельно-последовательныхкольцевых. регистра, два реверсивныхсчетчика, второй дешифратор, два блока элементов ИЛИ, блок элементовИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, три преобразователяунитарного кода в двоичный, три накапливающих сумматора, элемент задержки, блок умножения, блок сравнения, при этом группа выходов генератора случайных чисел соединена с первой группой входов мультиплексора,первая группа выходов которого подключена к группе входов регистра первой начальной ординаты, вторая группа выходов - к группе входов первогопараллельно-последовательного кольцевого регистра, третья группа выходов - к группе входов второго параллельно-последовательного кольцевогорегистра, четвертая группа выходовк группе входов регистра второй начальной ординаты, пятая группа выходов - к группе входов третьего параллельно-последовательного кольцево 25 30 35 40 45 50 55 В каждом слое одноразрядные комбинационные двоичные сумматоры 27 соединены так что выход Сумма предыдущего сумматора соединен с одним из входом 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 весом 2 во втором слое и т.д. Старший разряд формируется на выходе "Перенос" единственного сумматора последнего слоя. Формула изобретения Устройство для формирования информативных признаков при распознавании9 1361 го регистра, шестая группа выходов - к группе входов четвертого параллельно-последовательного кольцевого регистра, группа выходов регистра первой начальной ординаты соединена с группой входов первого реверсивного счетчика, группа выходов регистра второй начальной ординаты подключена к группе входов второго реверсивного счетчика, выход первого параллельно последовательного кольцевого регистра соединен с входом направления счета первого реверсивного счетчика, выход третьего параллельно-последовательного кольцевого регистра подклю чен к входу направления счета второго реверсивного счетчика, выход второго параллельно-последовательного кольцевого. счетчика соединен со счетным входом первого реверсивного счетчика, 2 О выход четвертого параллельно-последовательного кольцевого счетчика подключен к счетному входу второго реверсивного счетчика, группа выходов первого реверсивного счетчика соеди иена с группой входов первого дешифратора, группа выходов второго реверсивного счетчика подключена к группе входов второго дешифратора, группа входов первого блока элементов ИЛИ 30 соединена с группой выходов первого дешифратора, группа входов второго блока элементов ИЛИ подключена к группе выходов второго дешифратора, выходы блоков элементов ИЛИ соединены соответственно с первой и второй группами входов блока элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, выходы которого соединены с группой входов первого преобразователя унитарного кода в двоичный о и со второй группой входов блока элементов И, группа выходов регистра фиксации изображений подключена к группе входов второго преобразователя унитарного кода в двоичный, группа выходов блока элементов И соединена с группой входов третьего преобразователя унитарного кода в двоичный, группы выходов первого, второго и третьего преобразователей унитарного кода в двоичный подключены соответ 591 1 Оственно к группам входов первого, второго и третьего накапливающих сумматоров, группы выходов первого и второго накапливающих сумматоров соединены соответственно с первой и с второй группами входов блока умножения, группа выходов которого подключена к первой группе входов блока сравнения, группа выходов третьего накапливающего сумматора соединена с второй группой входов блока сравнения, выход элемента задержки подключен к входам разрешения всех накапливающих сумматоров, выход блока сравнения является выходом устройства, вторая группа входов мультиплексора является первой группой информационных входов устройства, группа входов регистра фиксации изображения является второй группой информационных входов устройства, вход генератора случайных чисел является первым управляющим входом устройства, первый и второй управляющие входы мультиплексора являются соответственно первым и вторым входами выбора режима работы устройства, вход записи регистра,первой начальной ординаты соединен с входом записи регистра второй начальной ординаты, с входами записи всех параллельно-последовательных кольцевых регистров и является вторым управляющим входом устройства, вход установки всех накапливающих сумматоров 1 является входом установки устройства, вход записи регистра фиксации изображений является входом записи устройства, вход записи реверсивных счетчиков является третьим управляющим входом устройства, вход сдвига регистра фиксации изображений подключен к входу элемента задержки, к входам сдвига второго и четвертого параллельно-последовательных кольцевых регистров и является четвертым управляющим входом устройства, вход сдвига первого и третьего параллельно-последовательных кольцевых регистров является пятым управляющим входом устройства.13 б 1591 г. Составитель В.Макаренко Техред А,Кравчук Корректор О.Кравцов Редактор И.Николайчук одписное Заказ б 293 50 тета СССрытий о 4/5 к л, Проектная,зводственно-полиграФическое предприятие, г. Ужго ВНИИПпо113035,Тираж 671 Государственного лам изобретений и осква, Ж, Рауш