Устройство для распознавания образов

(11) 3 778 26 Союз Советских Социалистицеских Республик(51) М. К 0 06 К 9 кием заявкисое Гасударственный комитет Совета Министров СССР оо делам иэооретений и открытий(71) Заявит ТРОЙСТВО ДЛЯ РАСПОЗНАВАНИЯ ОБРАЗО Изобретение относится к устройствам дляраспознавания образов, а именно к устройствам для исследования статических и динамгческих параметров объектов и систем,заключенных внутри какой-либо непрозрачной среды.Известен целый ряд макетов, устройстви систем, способных распознавать изображение букв и цифр непосредственно с первичного документа и преобразовывать их к видуудобному для ввода в ЭВМ. В этих устройствах широко используются оптические, элек-Фтронно-лучевые приборы, фотоэлектронныеи различные фототелеграфные устройства.Обшая особенность известных устройств 1заключается в их способности восприниматьи распознавать только видимые фигуры иизображения, находящиеся в видимом потокеизлучения.При этом следует учитыватьтот факт, 2что положительный эффект восприятия наблюдается только в том случае, когда фигураостается в неподвижном состоянии,Разнообразное исследование статическихи динамических параметров объектов и сис тем, эаключенных внутри какои-либо непрозрачной среды, ставит новые задачи перед измерительной техникой. Некоторые из них заключаются в необходимости создания рас познающих систем, которые способны воспринимать изображения (образы) в невиднмых потоках излучения и распознавать их.К таким задача;4 относятся, например, распознавание распределения и текучести жидких и сыпучих материалов, находящихся в геометрически закрытом непрозрачном сосуде, или распознавание функционального состояния органов в живом организме. В настоящее время разработаны устройства, с помощью которых исследователю представляется возможным произвести распознавание функционального состояния и структурных составляющих,компонент органа или системы,находящихся внутри организма. В этом слу- О, чае носителем информации является ионнэн.руюшее излучение, интенсивность которого изменяется в зависимости от характера процессов, происходящих в распознаваемом объекте. При этом образ объекта представ ляет собой набор временных сигналов с реисследовательский институт медицинской радиологии АМН СССРцепторов, регистрирующих динамику изменения процесса в локальной зоне (точке) объек-,та, Анализ таких сигналов обычно произво-,дится численными методами с применениемцифровых вычислительных машин или специаапизированных систем для автоматическогопоиска коэффициента линейных дифференциальных уравнений и систем дпя автоматическоговыделения и измерения составляющих .компонент наблюдаемого процесса.10Перечисленные устройства позволяют производить только однопараметрическое распознавание объекта, например распознаваниефункционального состояния миокарда ипипроцессов гемодинамики раздельно друг отдруга.Такое представление данных являетсянедостаточным, например, дпя более правильной оценки состояния сердечно-сосудистойсистемы в цепом ипи дпя распознаваниявзаимодействия лимфатической и кровеносной системы,Эти недостатки могут быть устраненытолько при многопараметрическом распознавании динамических процессов различной при роды, происходящих в одном и том же объекте, в одно и то же время, с помощью предпагаемого устройства (системы, дпя распознавания образов на основе одновременногоиспользования необходимого числа изпучате 0лей с различными энергиями.Целью изобретения является повышениедостоверности результатов рентгенорадиопогической диагностики,Цель достигается тем, что устройство З 5содержит блоки формирования признаков энергий изпучения, подключенные своими входами к выходам блоков усиления, а выходамичерез последовательно соединенные блокиконтроля признаков энергии излучения и бпо ки формирования функций - к соответствующим входам блоков хранения экспериментальных функций, блок выбора функций, входы которого подключены к выходам блоковхранения экспериментальных, функций, а выходы - к соответствующим входам блоковхранения экспериментальных функций и входублока автоматического поиска коэффициентов. Входы блока распределения параметровсвязаны с выходами блока автоматического 50поиска коэффициентов, а выход - со входомблока оценки и принятия решения, один извыходов которого подключен к управляющему входу блока выбора функций, Кроме тогоцепь достигается особым выполнением 55некоторых блоков устройства.На фиг. 1 представпена функциональнаяблок-схема устройства; на фиг. 2 - принципиальная электрическая схема некоторыхблоков, 6 О 4В предложенном устройстве к полю рецепторов 1, составленному, например, из матрицы фотоэлектронных умножителей 2 (см. фиг.2с детекторами (кристаплами) 3, чувствительными к и онизирующему излучению И, и делителя напряжения 4, через усилители 8 подключены блоки 6 и 7, соответственно формирования и контроля признака энергии нэпу.чения, к выходам которых через блоки 8 и8 формирования функций присоединеныиблоки 9 и 9 хранения экспериментальныхГГфункций. Блоки хранения экспериментальныхфункций через блок 10 выбора функций соединены с суммирующим узлом 11 определения ошибки блока 12 автоматического поискакоэффициентов уравнений, а выходы узловпостоянных коэффициентов 13 одновременносоединены с выходами суммирующих усилителей 14 и с входами блока 15 распределения параметров, выход которого соединен суправляемым входом блока 10 выбора функциичерез блок 16 оценки параметров и принятия решения, Выходом блока оценки параметров и принятия решения является, например, либо указывающее табло, либо сигнал,который передается в систему управлениятехнологическим процессом, либо выбора новой функции и т,п,Используемая система автоматическогопоиска коэффициентов уравнений (САПК)блок 12 включает в себя схему решениядифференциального уравнения, состоящуюиэ интегратора 17, сумматора 18, интегратора 19 и усилителей 14 с множительнымизвеньями 20 в цепях обратных связей. Схема формировании критерия совпадения решения дифференциального уравнения с экспериментапьной функцией состоит из узла 11,функционального преобразователя 21 и интегратора 22. Блок 12 содержит также многоканальный автоматический оптимизатор 23В принципиальной электрической схемесм. фиг. 2) устройства для получения высокого входного сопротивления усилителявходной каскад выполнен на полевом транзисторе Т 1. Для повышения быстродействияразработаны формирователи признаков энергии излучения на туннепьных диодах ТД иТД с повышающими трансформаторами Три Тр во вторичных обмотках которых вклкчены ЯС -цепочки, Схемы контроля признаков выполнены на принципе счета импупь)сов и состоят из последовательно соединенных цепочек из стабипитрона Д и туннельных диодов ТД 8 и ТД и стабипитрона Д и2туннепьныхдиодов ТД -ТД параллельно5 8которым подключены транзисторы Т и Т2, Ъвозврата с совокупности с цепочкой из диодов Д и Д конденсатора С и резистораЯсо схемами задержки на резисторах377826 Р иЯ конденсаторе С и туннельном диоде Т и, соответственно, на резисторах 374 иР конденсаторе Си туннельном диоде ТД 1 о, а также схемами запрета на трви зисторвх Т- Т, туннельном диоде ТДИ, трансформаторе Тр, конденсаторе Си диоде Д, конденсаторе С, резисторе Я и диодеи Д и Дн. Бдоии формироидиии уииции состоят из схемы получения стандарт ного по амплитуде и длительности импульса щ и схемы интегрирования. Схемы получения стандартного по амплитуде и длительности импульса выполнены на туннельном диоде ТД, (ТД, ), транзисторе Т 6(Т 9) и трано форматоре Тр(Тр 5), а схемы интегриро вания составлены иэ генераторов тока на транзисторах Т и Т и усилителей постоянного тока на транзисторах Т(2- Тци Т Т с ЕС - цепочкой в качестве отрицательной обратной связи, 20Принцип действия предлагаемого изобре-, тения заключается в том, что ионизируюшее излучение И, модулируемое динамическими или кинематическими процессами исследуемого объекта, направляют на ноле рецепторов 1. В результате взаимодействия каждого кванта излучения с кристаллом образуется световая вспышка, которая на выходе фотоумножителя 2 преобразуется в электрический сигнал, снимаемый с сопротивления 30 нагрузки,Йн . Этот сигнал усиливается усилителем 5 и через цепочки Р С и Р С 66 5 7 6 передается в блоки 6 формирования признаков энергии излучения . Одним из примеров признака является преобразование амплитуды сигнала в число импульсов. Эта операция осуществляется на туннельных диодах ТД и ТД 2 которые с помощью резисторов Й 0 Я и Р, Р настроены в ждуший режим и при поступлении сигнала переходят в 40 возбужденное состояние. Наличие контура, образованного вторичной обмоткой трансформатора Тр Р,2 С и Тр Р, С, позволяет получить регулируемые длительности серии импульсов, которые через эмиттерные пов торители на транзисторах Ти Т передаютвЩ 9 ся в блоки 7 контроля призйаков энергии излучения, Длительности серии импульсов настраиваются в зависимости от величины т энергии излучателей, например, для большей 50 из двух энергий формируется более короткая серия импульсов, которая ( , через цепочку. С поступает на пересчетную схему натуннельных диодах ТЙ 4, ТД, и ТДи транзисторах Т 2 и Т 2 ои через С 1 оР 5 для формиро 55вания сигнала запрета, который с помощью цепочки С Д 5 Р, прерывает формирование сигнала (серии имйульсов) от кванта большейэнергии, а с помощью транзистора Т 6 закрывает его прохождение в канал сигналов от 60 6квантов меньшей энергиие При етом после чроверки сигнала от квантов большей энергии на транзисторе Т 2 овырабатываются импульсы, которые через цепочку Р,. Сд передаются в блок 8 и формирования функций, а через цепочку Б, С,Д передается на тран. эистор Т для возврата в исходное состояние блока контроля признаков от квантов меньшей энергии, В случае попадания кван-, та малой энергии возбуждается только туннельный диод ТД , и серия импульсов через Р С,дпоступает для контроля на пересчетную схему на туннельных диодахТД 5, ТД и ТД задерживающую цепочку Р С диод Д, транзистор Т, та затем без зайрета через цепочку С,5 Т 4 Т 6 Тр Т в блок 8 формирования функций. После проверки сит. налы поступают в блоки 8 и 8 формировалния функций через цепочки Р, Сии Р,9 С(4, где онизапускают туннельные диоды ТД 2 и ТД З с помощью которых формируются стандартные импульсы по длительности, а затем с помощью схем на транзисторе Т и трансформаторе Тр транзисторе Т 9 и трансформаторе Тр - по амплитуде, причем параметры импульсов блока 8 формирования функций могут отличаться от параметров импульсов блсI(ка 8 формирования функций. Стандартные импульсы через вторичную обмотку трансформатора Трд, резистор К, трансформатор Трд и резйстор К 2, постуйают на интеграторы, параметры элементов которых Р С(5 и Р С определяются требованиями распозна Ьваемых динамических процессов. Сигналы с выходов интеграторов в виде потенциалов напряжения, распределенных во времени, передаются в блоки 9 и 9 хранения экспег ориментальных функций, откуда по команде, вырабатываемой блоком 10 выбора функций, происходит извлечение и передача требуемой функции для сравнения в суммирующем узле 11 с теоретической функцией, Теоретическое значение функции получено в виде решения дифференциального уравнения на интеграторе 17, сумматоре 18 усилителях 14 с множительными звеньями и на узлах постоянных коэффициентов при некоторых начальных значениях коэффициентов. Суммирующий узел 1 1 вырабатывает разность сигналов, которая поступает в блок формирования модуля, а затем на интегратор 22, С выхода интегреторе оннмеетон вепичине Я ю(н (ц т(Ч)(ч 1 Ч. где Х (Ц - экспериментальная фупкция, ах(1) - теоретическая функция, являкхцаяся критерием совпадения теоретической и экспериментальной функции, При уточнении ре-. зультатов поиска значений коэффициентов в заранее известном узком диапазоне используют квадратор, подключенный между интег- ратором 22 и оптимизатором 23, для получения квадратичного критерия качества. Величина критерия Ц в виде напряжения подается на вход оптимизатора 23, управляющего множительными звеньями 20, Изменение коэффициентов в цепях обратных связей производится автоматически по их начальным значениям и напряжениям каналов оптими затора до момента, соответствующего минимальной величине критерия. В момент .достижения минимума критерия оптимизатор вырабатывает сигнал для разрешения ввода и построения распределения параметров в блоке 15. Параметрами в данном случае являются коэффициенты дифференциального уравнения. Блок 16 оценки параметра и приня тия решения на основании сигналов и распределении параметров и функционального критерия качества процесса, например, установленного оператором или выработанного автоматически по имеюшимся статическим данным о процессах, вырабатывает управляюший сигнал либо для управления, например, технологическим процессом, либо о представлении результата, либо о выборе новой функции и т.п. 25Экспериментальная проверка отдельных узлов изобретения показала, что количество наблюдаемых процессов ограничивается чувствительностью устройств формирования приз наков. Блоки формировация, контроля признака энергии излучателя, а также блоки фор-, мирования функции являются идентичными при этом управление запретом прохождения сигналов от последовательности квантов одной энергии в последовательность от дру гих энергий удобнее осуществлять последовательно в соответствии с убыванием используемых энергий.40Формула изобретения1, Устройство для распозначания образов, содержащее последовательно соединенные детекторы чувствительные к ионизируюшему 45 излучению, и блоки усиления блок автомати- ческого поиска коэффициентов и блок оценки и принятия решения, о т л и ч а ю ш ее с я тем, что, с целью повышения достоверности результатов рентгенорадиологичес кой диагностики, оно содержит блоки формирования признаков энергий излучения, подключенные своими входами к выходам блоков усиления, а выходами через последовательно соедиценные блоки контроля признаков энер гии излучения и блоки формирования функцийк соответствуюшим входам блоков хранения экспериментальных функций, блох выбора функций, входы которого подключены к вы-, ходам блоков хранения экспериментальных 50 функций, а выходы - к соответствуюшим входам блоков хранения экспериментальных функций и входу блока автоматического поискакоэффициентов, и блок распределения параметров, входы которого связаны с выходамиблока автоматического поиска коэффициентов,а выход - со входом блока оценки и принятие решения, один из выходов которогоподключен к управляющему входу блока выбора функций,2, Устройство по п. 1, о т л и ч а юш е е с я тем, что в нем блок формирования признаков энергии излучения содержитэмиттерный повторитель, база которого связана со входом блока, катодом туннельногодиода и через первичную обмотку повышаюшего трансформатора - со средней точкойрезисторцого делителя напряжений, анодтуннельного диода соединен с обшей шинойисточника питания, а вторичцая обмоткатрацсфоратора замкнута на последовательносоединенные резистор и конденсатор, образуяЯС-контур,3. Устройство по пп. 1 и 2, о т л и - .ч а ю ш е е с я тем, что блок контроляпризнаков энергии излучеция содержит цепочку из последовательно соедиценцых двухтуцнельцых диодов и встречно включеццогостабилитроца и резистора, причем общаяточка двух туцнельцых диодов через параллельную цепочку из резистора и конденсатора подключена к катоду третьего туннельного диода, резистору и к базе транзистора, эмиттер которого соединен с общей шиной источника питания, а коллектор его-кобшей точке резистора и стабцлитроца и кбазе другого транзистора, коллектор которого через резистор связан с отрицательнойшиной питания, через последовательную цепочку из конденсатора и резистора - с выходом блока. и через последовательную цепочку из конденсатора и резистора - с обшей шиной источника питания.4. Устройство по пп. 1 - 3, о т л ич а ю ш е е с я тем, что блок формирования функций содержит схему формированиястандартного импульса, выполненную ца трацзисторе, эмиттер которого подключен кобшей шине источника питания, база - ко входу блока, к катоду туннельного диода, анодом подключенного к общей шине источника питания, и через обмотку дросселя - ксредней точке резисторцого делителя напряжения, коллектор транзистора через первичную обмотку трансформатора и резистор -к отрицательной шине источника питания, вторичная обмотка трансформатораодним концом подключена к отрицательнойшине питания, а другим концом через резистор - к эмиттеру другого транзистора,база которого подключена к отрицательнойшине источника питания, а коллектор - ковходу усилителя постоянного тоха, содержашего сдвоенный полевой транзистор, ис-ток которого подключен,к положительнойшине источниха питания, сток - через резиотор-к отрицательной шине питания и х базе.транзистора второго касхада, а затвор - ковходу блока, через конденсаторк обшейшине источника питания, причем емиттер 1 Отранзистора второго каскада усилителяподключен к средней точке резисторного делителя напряжения, а коллектор через резис тор - х отрицательной шине источника питания и к базе транзистора третьего каскада, змиттер которого связан через резистор с отрицательной шиной источника питания и через диод с обшей шиной источника питания, а коллектор подключен к выходу блока, через потенциометр - х положительной шине источника питания, причем движок потенциометра через цепочку параллельно соединенных резистора и конденсатора подключен к эатвору сдвоенного полевого транзистора.