Устройство для моделирования нейроннойсети пространственного распознаванияобразов

Сфвз Советскик Сециапистическик республик(51)М, Кл,с присоединением заявки Ио -С 06 С 7/60 Государственный комитет С С СР ио делам изобретений и открытий(53) УДК 681. .333(088.8) Дата опубликования описания 18. 01, 81(72) Автор изобретения В, Л. Кузьменко Львовский государственный медицинский институт(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ НЕЙРОННОЙ СЕТИ ПРОСТРАНСТВЕННОГО РАСПОЗНАВАНИЯ ОБРАЗОВУстройство относится к бионике и предназначено для моделирования нейронных сетей пространственного распознавания образов, а также может найти применение в устройствах следящих систем.Известно устройство для моделирования нейронной сети, содержащее нейроподобные элементы, расположенные .в виде однородного слоя, причем выход каждого нейроподобного элемента через цепь. обратной связи соединен с его возбуждающим входом, который подключен к тормозящим входам соседних нейроподобных элементов. Устройство может быть использовано для опознавания формы некоторого набора непрерывных сигналов, каждый из которых меняется в ойределенном диапазоне 13,Недостаток известного устройства заключается в необходимости настройки в каждом случае па какому-то известному сигналу и повторения настройки для кажцого сигнала.Устройство не приспособлено для распознавания пространственного перемещения образов..Наиболее близким к предлагаемому является устройство для моделирования нейрона, содержащее преобразователи частоты в напряжение, сумматор,блок сравнения, преобразователь напряжения в частоту, формировательимпульсов, элементы задержки 2.Недостатком данного устройства является невозможность моделироватьдинамику пространственного распознавания образов.Цель изобретения - повыаение точности моделирования пространственно.го распознавания образов.Указанная цель достигается тем,что в устройство, содержащее нейро подобный элемент, введены источниквходных сигналов параллельно соединенных блоков распознавания каждыйиз которых состоит из трех группнейроподобных элементов, причем каждая 20 первая группа нейроподобных элементов каждого блока распознавания содержит четыре нейроподобных элемента, все входы всех нейроподобных элементов первой группыкаждого блока распознавания подключены к соответствующим выходам источника входных сигналов, вторая группа нейроподобных элементов каждогоблока распознавания содержит два 30 нейроподобных элемента, выход перво0 40 ход которого подключен к входам первого и второго нейроподобных элементов второй группы пятого блока Рас познавания.На фиг, 1 представлена схемаустройства; на фиг. 2 - обшая схема параллельно включеннйх блоков распознаванияф на фиг. 3 - схема нейропо" О добного элемента первой группы; на фиг. 4 - схема нейроподобного элемента второй группы; .на фиг. 5 - блоксхема нейроподобных элементов второй группы; на фиг. 6 - схема подключения входов нейроподобных элемен- И тов первой группы к выводам светочувствительной матрицы. Устройство содержит источник 1 входных сигналовпараллельно включенные блоки распознаванйя 2, 2, 2 з 21, содержа- Щ щие группы нейроподобных элементов З 3 3 Зни включенный в один из блоков распознавания дополнительный нейроподобный элемент 3 между пер,вым и вторым слоем. 65 го нейроподобного элемента первойгруппы каждого блока расцознавания,кроме пятого, подключен к возбуждающим входам первого и второго нейроподобного элемента второй группы соответствующего блока распознавания,выход второго нейроподобногО элемента первой группы каждого блока распознавания, кроме пятого, подключенк тормозным входам первого нейроподобного элемента второй группы соответствующего блока распознавания,выход третьего нейроподобного элемента первой группы каждого блока распознавания, кроме пятого, подключенк тормозному входу первого и возбуждающему входу второго нейроподобногоэлемента второй группы соответствующего блока распознавания, выход четвертого нейроподобного элемента,первой группы каждого блока распознавания, кроме пятого подключен к возбуждающему входу первого и тормозному входу второго нейроподобного элемента второй группы соответствующегоблока распознавания, третья группанейрОподобных элементов каждого бло- дка распознавания содержит четыре нейроподобных элемента, выход первого нейроподобного элемента второй группы каждого блока распознавания соединенс возбуждающим и тормозным входамипервого и второго нейроподобного элемента третьей группы соответствующего блока распознавания, выход второго нейроподобного элемента второйгруппы каждого блока распознаваниясоединен с возбуждающим .и тормознымвходами третьего и четвертого нейро-подобного элемента третьей группы соответствующего блока распознавания,выходы всех нейроподобных элементовпервой группы пятого блока распознавания соединены с входами дополнительного нейроподобного элемента, выБлок распознавания содержит нейроподобные элементы первой группы З, нейроподобные элементы второй группы 3(1) и 3(2), нейроподобные элементы третьей группы 3 3(1) и 3.(2), выходы блока 4 - 9.3Нейроподобный элемент первой группы содержит преобразователи частоты в в напряжение возбуждающих входов 10, . преобразователь частоты в напряжение тормозного входа 11, сумматор 12, схему сравнения 13, преобразователь напряжения в частоту 14 и формирователь выходных импульсов 15.Каждый нейроподобный элемент содержит преобразователи частоты в напряжение возбуждающихвходов 10, равное им количество преобразователей, частоты в напряжение тормозных входов 11, сумматор 12, схему сравнения 13, преобразователь напряжения в частоту 14, формирователь 15 выходных импульсов и блоки 16 задержек.Блок схема нейроподобных элементов третьей группы имеет те же обозначения что и вторая группа. При необходимости устройство может содержать большее число групп в каждом блоке распознавания. При содержании в блоке большего числа групп все последующие группы состоят из нейроподобных элементов аналогичных нейроподобным элементам третьей группы.При изображении взаимного расположения подключений входов нейроподобных элементов первого блока Распознавания к выходам матрицы для простоты показано подключение только двух нейроподобных элементов. Места их подключений обозначены соответственно знаками "+ф и "-". Подключение входов второго блока распознавания аналогично, На фиг. 2 и 3 соответственно показаны подключения входов нейроподобных элементов третьего и четвертого блоков распознавания.Устройство работает следующим образом.Выходные сигналы источника сигналов 1 поступают на входы нейроподобных элементов первой группы 3 каждого блока 2 распознавания. При этом, если пространственное распределениесигналов на выходе блока .1 распознавания не меняется, то уровень активности нейроподобных элементов З остается постоянным, так как общее количество задейственных входов нейроподобных элементов, на которые подаются сигналы, и их весовое отношение не изменяются, В результатеэтого через время с, определяемое общей для всех блоков 16 задержкихарактеристики суммы напряженийна выходах преобразователей частоты в напряжение 10 возбуждающих входов и преобразователей 11 тормозных входов нейроподобных элементов выходе 7 - замедленному возраста- .второй группы будут взаимно равны нию функции, на выходе 8 - ускорен- и на инвертирующие и неинвертирую- ному убыванию функций, на выходе 9- щие входы соответствующих суммато- замедленному убыванию функции, ров 12 будут подаваться равные нап- Сигналы на выходах 4 или 5, при усряжения, что обуславливает отсутст-ловии отсутствия сигналов на выходах вие сигналов на выходах нейроподоб- б и 7, и соответственно на выходах ных элементов второй группы, Сигна и 9, соответстнуют линейному возлы на выходах нейроподобных элемен- растанию или убыванию входной функтон второй группы йоявятся лишь, ции. При применении устройства н в том случае, если пространственное о целях пространственного распознараспределение сигналов на выходах вания образов сигналы на выходах паблока 1 будет менятьсяИзменение раллельно включенных блоков 2 н сопространственного распределения ответствии со способом подключения сигналов на выходах блока 1 сопро- нходон первых групп к выходам световождается либо увеличением общего чувствительной матрицы эквиваленты числа задейственных входов нейропо следующим пространственным перемедобных элементов первой группы, либо щениям образа. изменением их весовых соотношений, На выходах первого блока сигналы либо и тем и другим. При этом, если несут информацию о фронтальном перето или иное изменение пространствен- мещении образа с учетом ускорения ного распределения сигналов на вы- щ этого перемещения, на выходах нтоходах блока 1 сопровождается увели- рого блока сигналы несут информацию чением общего числа задейственных о перемещении образа относительвходов или увеличением весовых соот- но центра матрицы "зрения", на выношений, или тем и другим, то ак- ходах третьего блока сигналы несут тивность нейроподобных элементов пер-информацию о горизонтальном перевой группы возрастает и вследствие мещении образа; на выходах третье- этого частота следования импульсов го блока сигналы несут информацию о на входах нейроподобных элементов вертикальном перемещении образа. второй группы непрерывно растетПеремещения любой сложности соЗто приводит к тому, что на выхо- ответствуют определенной комбинации де преобразователей 10 нейроподоб- ЗО сигналов, характерной только для данных элементов 32(1) в данном ин- ного перемещения, на выходах усттервале времени общая сумма напряже- ройства.ний превышает сумму напряжений на На выходах пятого блока, в кото- выходах преобразователей 11 тормоз- рый, в целях распознавания оптичесных входах, что сопрбвождается по кой плотности образа, введен дополявлением напряжения на выходе сумма- нительный нейроподобный элемент 3 тора 12. В результате на выходе ней- сигналы будут нести информацию о роподобных элементов 3 2(1) появля- фронтальном перемещении зрительного ются сигналы, которые продолжаются образа с низкой оптической плотносдо тех пор, пока прирост активности 40 тью, н то время как на выходах перна выходах первой группы будет поло- вого блока эти сигналы могут отсутжитЬлен. На выходах же нейроподоб- ствовать. Происходит это по следуюных элементов 3(2) сигналы будут . щей причине. Если оптическая плот- иметь место лишь н том случае, если ность образа низкая, то приближение прирост активности на выходах первой его сопровождается не сплошным затем группы будет отрицателен, так как н нением поля светочувствительной матнейроподобных элементах 3(2) сигна- рицы, а его участков, при этом учасла поступают вначале на тормозные тки затемнения по мере приближения входы, а затем через блоки 1 б эадер- образа. меняются местами. так как выжки на возбуждающие. ходы .светочувствительной матрицыПоявление сигналов на выходах О подсоединены ко входам нейропонейроподобных элементов третьей добных элементов в равномерном расгруппы возможно лишь н том случае, пределении, то фронтальное перемеесли частота следонания импульсов щенке образа имеет малую нероятность на выходах нейроподобных элементов вызвать непрерывное возрастание акти- второй группы меняется в сторону 55 вности нейроподобных элементов перувеличения или уменьшения. Послед- вой группы, хотя общее число задейнее возможно только в случае, если ствованных входов может унеличиактивность нейроподобных элементов наться, Увеличение подачи сигналов первой группы изменяется не равно- с выхода матрицы в этом случае не- мерно, а с ускорением. значительно и эффект этого увеличеТаким образом, сигналы на выходе ния рассеивается в сети нейроподоб блока 2 будут соответствонать воз - ных элементов первой группы. При растанию функции, на выходе 5 соответствующей регуляции порога убыванию функции, на выходе б каждого нейроподобного элемента ускоренному возрастанию функции, навторой группы .можно добиться, чтобы60 д ип). эти незначительные перепады активности каждого нейроподобного элемента первой группы не улавливались во второй группе. В пятом же блоке сигналы с выходов нейроподобных элементов первой группы суммируются дополнительным нейроподобным элементом 3+, усиливаются и подаются на входы нейроподобных элементов второй группы с отчетливым выражением возрастания или убывания активности на выходах нейроподобных элементов первой группы, В этом случае наличие сигналов на выходах пятого блока при отсутствии сигналов на выходах первого несет информацию о перемещении образа с низкой оптической 15 плотностью.Основное применение устройства применение его в системах распознавания образов.В изложенном варианте устройство 20 способно выдать информацию о любой форме движения образа. При соединении устройства с системой контурного сканирования появляется принципиальная возможность получения на выходах устройства достаточно полной информации о форме неподвижного образа, которая после соответствующей обработки может быть достаточна для опознания образа. На этом основании принципом конструирования таких систем является распознавание образов в любой их пространственной проекции или при любом способе изображения, например букв алфавита. В современных системах распознавания об- З 5 разов эта цель еще пока не достигнута. Распознавание удается лишь при условии стандартизации образа в той или иной степени. Устройство может найти применение в медицинской тех нике, например, для анализа электрокардиограмм, балистокардиограмм и т.д. В зависимости от применения тех или иных видов блоков входных сигналов устройство может быть примен о как многоканальная следящая система. Формула изобретения Устройство для моделирования нейронной сети пространственного распознавания образов, содержащее нейроподобный элемент, о т л и ч а - ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности моделирования пространственного распознавания образов, устройство содержит источник входных сигналов, параллельно соединенных блоков распознавания, каждый из которых состоит из трех групп нейроподобных элементов, причем первая группа нейроподобных элементов каждого блока распознавания содержит четыре нейроподобных элемента, Все выходы всех нейроподобных элементов первой группыкаждого блока распознания подключены ксоответствующим выходам источника входных сигналов, вторая группа нейроподобных элементов каждого блока распознавания содержит два нейроподобныхэлемента, выход первого нейроподобного элемента первой группы каждогоблока распознавания, кроме пятого,подключен к возбуждающим входампервого и второго нейроподобногоэлемента второй группы соответствующего блока распознавания, выход второго нейроподобного элемента первойгруппы каждого блока распознавания,кроме пятого, подключен к тормознымвходам первого и второго нейроподобного элемента второй группы, соответствующего блока распознавания,выход третьего нейроподобного элемен,та первой группы каждого блока распознавания, кроме пятого, подключенк тормозному входу первого и возбуждающему входу второго нейроподобногоэлемента второй группы соответствующего блока распознавания, выход четвертого нейроподобного элемента первой группы каждого блока распознавания, кроме пятого, подключен к возбуждающему входу первого и тормозному входу второго нейроподобногоэлемента второй группы соответствующего блока распознавания, третьягруппа нейроподобных элементовкаждого блока распознавания содержит четыре нейроподобных элемента, выход первого нейроподобного элемента второй группы каждогоблока распознавания соединен с воз-.буждающим и тормозным входами первого и второго нейроподобного элемента третьей группы соответствующего блока распознавания, выход второго нейроподобного элемента второйгруппы каждого блока распознавания соединен с возбуждающим и тормозным входами третьего и четвертого нейроподобного элемента третьей группы соответствующего блокараспознавания, выходы всех нейроподобных элементов первой группыпятого блока распознавания соединены с входами дополнительного нейроподобного элемента, выход которого подключен к входам первого ивторого нейроподобных элементоввторой группы пятого блока распознавания. Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССРР 528579, кл. 6 06 6 7/60, 1974. 2Авторское свидетельство СССРпо заявке 9 2722543/18-24,кл. 6 06 6 7/60, 08.02.79 (прото796870 Риг. Составитель Ж, ТерехОЭедакто М. Петрова Те е , Ач .КО К Ковинска заказ 9772/68 . тираж чбВ подвесное ВИИИПИ .Государственного комитета СССР,по.делам изобретений и открытий 113035 Москва ЖРаушская наб. . 4 5