Устройство для кодопорождения форм объектов

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 161048 1)5 Ь 06 К 9/5 БРЕТЕНИ ЕЛЬСТ слоя,й маткретных ецептивног виде квадратн тчиков рецепт блоком кодиро вухградационн полненного в цы, Выходы д оя связаны с и в код.одинакоизображения вБлок кодированвых бистабильнных) элементов состоит из вуеди х фиксирующи объединенных симме с помоинений образомных соедгослойнуединыхобразуютбъектов.т центризатем в етствующим ично-двуед ическую мн ую структуру, Вы элементов блокавсех выходное поле овани ееред началом ется на реце ода формыаботы объе ючается стро тивном сло ство и фор го объекта ображение это датчиков реце ется ом алее блок кодирован ивного сл производит го изображ код, 4 илй; на вуеди организ фиг, 2 - систе ых элементов у ажд тройств обознач сл каждоов для иям ептивного слоя,лемен вленн ния сост ний ных наго из 8 вертикал ементов в каждой нкциональная схе 3-ф а д унк:а фиг4 - ф оединений дву собой и элем х линий реце нта эл ма нальная д ь ми ем енто ивно дв е эле- рецепло у ия фо бразо кодопорожд з блока пр ство осто объек ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕН АВТОРСКОМУ СВИ(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОДОПОРОЖДЕНИЯФОРМ ОБЪЕКТОВ.может быть использовано для обнаружния, распознавания и идентификацииразличных объектов, Целью изобретенияявляется расширение функциональныхвозможностей, Устройство содержитблок преобразования входного воздействия (физико-химических свойствобъектов) в дискретное изображение,которое осуществляется с помощью дисИзобретение относится к областинейробионики и технической кибернетики и может быть использовано дляидентификации физико-химическихсвойств объектов, а также для распознавания образов и обнаружения различных объектов,Цель изобретения - расширениефункциональных возможностей,На фиг. 1 представлен общий видструктуры соединений двуединыхментов устройства по слоям длятивного слоя, составленного из 8вертикальных линий по 8 элементов в реобразование полученноия в соответствующийвания входного воздействия (Физикохимических свойств объектов) в дискретное двухградационное изображениес помощью рецептивного слоя и блокакодирования иэображения в двухградационный код. Рецептивный слой выполненв виде квадратной матрицы с вертикальными и горизонтальным рядами 1-8дискретных бистабильных датчиков 10(обозначенных по номерам пересекаемыхрядов), на выходе которых образуетсяиноль или единица в соответствии1с входным изображением свойств объекта. Элементы (датчики) рецептивного 15слоя соединяются с входами блока кодирования, основу которого составляютидентичные бистабильные Фиксирующиеэлементы (двуединые элементы). Каждыйдвуединый элемент (Фиг. 3) состоит из 20последовательно соединенных логического элемента И-НЕ 9, одновибратора10, ТЧКЯ-триггера 11, а также логического элемента ИЛИ-НЕ 12,Входы (А, Б) элемента 9 образуют 25парный вход возбуждения двуединогоэлемента. Выход одновибратора 1 О соединен со счетным Т-входом триггера11, прямой выход которого образуетвыход (Ж) двуединого элемента. ВходВ установки нуля триггера 11 соединен с выходом элемента ИЛИ-НЕ 12,три входа (В, Г, Д) которой являютсявходами сброса и служат для установки нуля триггера .11 двуединого элеМента. Вход Е фиксации состояния триггера двуединого элемента связан с Ч."входом триггера 11.Двуединые элементы 13-72 блокакодирования объединены при помощи 40симметрично-двуединых связей в иерарХическую многослойную структуру.Двухградационное изображение объектапри условии его фиксации на рецептивном слое отображается в многослойной 45,труктуре двуединых элементов, выходыоторых являются выходами устройствакодопор ождения еСтруктурная схема симметрично-двуединых соединений между двуединымиэлементами слоев 1-1 Ч представлена. на фиг, 1 на примере рецептивногослоя, содержащего восемь рядов по восемь элементов в каждом. Число последующих слоев равно четырем. В общемслучае, если число вертикальных рядоврецептивного слоя равно 2, то чис-ло слоев двуединых элементов всейсистемы равно п 11,Двуединые элементы каждого слоя1-1 Ч организованы в ряды по четыреэлемента (Фиг, 1, 2), Число двуединых элементов в слое с возрастаниемего номера на единицу уменьшается вдва раза, причем последний слой состоит из одного ряда. Общее количество двуединых элементов для всех слоев при квадратном рецептивном слоес 2 вертикальными рядами равно2 (2+ -1), т.е, на 2"меньше количества 2"2 элементов в рецептивноми ислое. Выходы всех двуединых элементов устройства образуют выходное поле кода формы объектов,Каждый двуединый элемент последующего слоя связан с двумя двуедиными элементами предыдущего слоя, или,для первого слоя - с двумя элементами(датчиками) рецептивного слоя, посредством однотипных двуединых соединений (фиг, 1).Пространственноструктурная организация соединениймежду двуедиными элементами осуществляется для первого слоя на основепространственной симметрии рецептивного слоя относительно горизонтальнойоси, а для последующих слоев на основе симметрии относительно вертикальной оси рецептивного слоя. Соединенияэлементов вышележащих слоев образуются на основании концентрации сигналовс рецептивных элементов, принадлежащих близлежащим друг к другу вертикальным линиям (Фиг, 1), симметричнымотносительно выбранной схемы соединения однотипных двуединых элементов13-24, объединяющих элементы (4,1)(4,8) и (5,1) в (5,8) двух вертикальныхрядов 4 и 5 рецептивного слоя. Каждаяпара симметричных относительно горизонтальной оси элементов вертикальныхлиний (рядов) рецептивного слоя:(5,8), соединена с входами А, Б соответствующего двуединого элемента 1320 первого слоя,Входы А, Б элементов 21-24 второго слоя с помощью двуединых связейсоединены с выходами Ж элементов(13,17), (14,18), (15,19), (16,20),связывающими элементы рецептивногослоя, расположенные на вертикальныхлиниях, симметричных относительновертикальной оси, проходящей черезцентр рецептивного слоя. В отличиедля остальны; групп элементов 25-36,37 - 48 и 49-60, Аналогичным образомсоединены между собой и группы элементов 21-24, 33-36, 61-64, 45-48,57-60, 65-68, 61-72 (фиг2).Работа устройства осуществляетсяследующим образом,В рецептивном слое на выходе дат 10 чиков физико-химические свойства объектов известными методами преобразуются в сигналы ноль илиединицадискретизированного двухградационного изображения, Первоначально с помо 15 щью других устройств осуществляетсяцентрирование и фиксация этого изображения на рецептивном слое. В процессе Фиксации сигналы с рецептивного слоя на вход двуединых элементовблока кодирования не подаются, т.е.,на парном входе АБ всех двуединыхэлементов первого слоя держится ноль.При этом нулевой уровень поддерживается на шине гашения возбуждения "П"и на шине фиксации состояния Фчто обеспечивает фиксацию состояниятриггеров 11, т,е, сохранение предыдущего кода Формы объекта.По завершении процесса центрирова 30 ния подается единичный сигнал на шину Фиксации состояния "Ф" и единичный импульс на шину гашения возбуждения П, по которому обнуляются триггеры 11 всех двуединых элементов35 устРойства, т.е, стиРается предыдущий код формы объекта, По окончаниидействия этого импульса подается сигнал на открывание элементов рецептивного слоя и на входы блока кодирова 40 ния поступают единичные сигналы дис кретизированного изображения центрированного объекта. Попадая на входыА, Б двуединых элементов первогослоя, это изображение в соответствии45 с особенностями его формы (и характера движения) порождает определенное сочетание состояний двуединыхэлементов. Образующиеся в результатеединичные сигналы с выходов этих эле 50 ментов на выходном кодовом поле устройства определяют код формы данногообъекта,55 5 16от простого бинарного двуединое соединение (фиг. 4) образовано при помощи соединения выходов Ж элементовпервого слоя с парным входом А, Бэлемента второго слоя, напримервыходов Ж элементов 13, 17 с входами А, Б элемента 21 и подключениявыхода Ж этого элемента второгослоя 21 к входам сброса В соответствующих элементов 13, 17 первогослоя, Элемент второго слоя 21 изменяет свое состояние в случае совместного возбуждения со стороны выходовэлементов 13, 17 первого слоя, т.е.реализует логическую И-функцию, авозбуждение элемента 21, в свою очередь, восстанавливает невозбужденноесостояние элементов 13, 17,В каждой линии любого слоя выходЖ данного двуединого элемента соединен с входом сброса Г соседнего двуединого элемента (если он присутствует), относящегося к горизонтальнойлинии рецептивного слоя, расположенной ближе к его центру, Например,на Фиг. 4 выход Ж двуединого элемента 15 подключен к входу сброса Гэлемента 14, а выход Ж элемента 14к входу Г сброса элемента 13, Оставшиеся свободными входы Г крайних двуединых элементов каждой линии (16,20 и 24 на фиг. 4) соединены с общейшиной.Третьи входы Д сброса возбуждениявсех двуединых элементов соединенымежду собой (фиг. 4) и с шиной гашения (сброса) возбуждения (П) всехдвуединых элементов устройства (сброспроисходит при поступлении единичного сигнала).Входы Е всех двуединых элементовсоединены между собой (фиг. 4) и сшиной Фиксации состояния (Ф) элементов устройства, используемой для фиксации кода формы объекта, котораяпроисходит при поступлении нулевогосигнала.Выходы Ж всех двуединых элементовсоединены с выходами устройства в целом, т.е. сигналы с выходов Ж всехдвуединых элементов, отражающие ихсостояние, поступают на выход устройства и образуют кодовое поле формобъектов, (4), (4,5) и (5) нафиг. 4.Схема соединений между двуединымиэлементами 13-24, представленная нафиг. 4, повторяется соответственно и,10480 6 По истечении промежутка времени,отведенного на процесс кодопорожде 1 1 ния, на шину фиксации состояния Ф дается нулевой сигнал, запираются выходы элементов рецептивного слоя и затем заново осуществляется проО1 с цесс Фиксации абъектсз,процесс кадопараждения 1 антаря.я,.Процесс кодапарождения и д,:устройстве осуществляется так бразом, что днуединые элемент:, . ".ийпервого слоя (13-2 О, 25- 32, 3 -44,49-56 на Фиг. 2) Фиксируют совместное появление единичных сигналов спар элементов каждой вертикальнойлинии рецептивного слоя, симметрич 1 ных Относительна Горизонтальной асипроходящей через центр слоя (т.е.анизатрапно относительно вертикальвйи горизонтальной осей рецептивнагаСлов), при анизатропном взаимадейст"нии относительна удаления рецептинныхэлементов в вертикальном направленииот центра к периФерии появлениепары сигналов из далее располаженНых от центра элементов рецептивяагаслоя, приводя к возбужденио саа гветствующего двуединого элемента лниипервого слоя, гасит нозбужцение соседнего двуединого элемента линии, относящегося к паре соседних, ближерасположенных к центру элемен"ов рецептивного слоя, Проиллюстрируемэтот механизм на примере Фиг. 4, Появление единичного сигнала с 4 и 5элементов четвертой линии рецептивнаго слоя принадит к возбуждению эле-.мента 13 первого слоя, Если далеепоявляются сигналы с третьего и шее.того элементов четвертой вертикальнсйлинии рецептинного слоя, та праисхо".дит возбуждение элемента 14. Поскольку выход Ж элемента 14 соединен свходом сброса Г элемента 13, та обеспечивается сброс возбужденного состояНия элемента 13.Двуединые элементы нторогс лая(21-24, 33-36, 45-48, 57-60 на Фиг.2)Фиксируюттетрарнае симметрическоевозбуждение соответствук 1 щих элементоврецептивного слоя в силу линейно анизотропной организации реагируют ана.логично двуединым элементам линийпервого слоя. Так, например, каждаяг:.ара днуединых элементов (13,17),(14,18), (15,19), (1620) первогослоя (Фиг. 4) связана с одним из днс.диных элементов 21-24 второго слоятак, что элемент второго слоя Фиксирует совместное (двуединое) возбуждение пары элементов первого слоя исбеспечивает гашение возбужденногосостояния этой пары элементов, Единичные сигналы с выходов возбу,ценньг цнуединых элементов первого слоя, не образующие в процессе кодапораждения цвуединых соединений во вторсм слое, зк.почаются в структуру кода данного бъекта.Днуециные элементы гретьего слоя обладают такой же анизатропностью Фиксации днуединога воздействия па ли:.ням, как и днуединые элементы второго слоя, Единичные сигналы с выходов возбужденных элементов второго слоя, не образующие двуединых отношений в третьем слое. также включаются н структуру кода данного изображения. Такой процесс последонательнага послойного кадапараждения разнинается цо тех пар, пака не исчерпаны вазможности образования двуединых соединений, т,е возможности перехода сигнала из каждого предыдущего слоя н последуюший за сче сонместнога появления н предыдущем слое соответствующей пары возбужденных элементовТаким образам. указанный процесс непосредственного порождения Формы объекта является послойным анизатропно-симметричным свертыванием, в результате которого порождается соответствующая данному объекту конФигура" ция возбужденных элементов кодового паля независимо ат изменения величины и Формы объекта н определенных пределах при изменении его ориентации относительно рецептинного слоя системы. Вместе с тем, этот кодопорождающий процесс обеспечивает образование каца с редуцированным количеством элементов, н общем случае не превышающим количества элементов рецептивного паля, для любого возможного в данном репептивном слое изображения объектов, и тем самым обеспечивает полиФункциональность системы, так как н нем происходит непосредственное Формапораждение и не используется предварительно выделенная или имплицитно предполагаемая инФормация а свойствах отображаемых объектов или их классах. Эта определяет возможность идентификации как отдельных объектов, так и различных классов объектов с использованием различных способон в процессе обучения системы, которая может быть представлена следующим образом, При первом предъявлении объекта спонтанно появляется его код на кодовом поле системы. 1(оординаты элементов этапа кода известными способами зарованця.55 О16поминаются, Соответственно прц предьявлении множества объектов запоминаются общие для них характерпь 1 е особенности кодов дап 1 ого класса объектов При повторном предъявлении объекта непосредственно формируется егокод, который может сравниваться с содержимым памяти, и в соответствии сфункциональной необходимостью Осуществляется процесс опосредованногоопознания и идентификации,Разреша 1 ощая способность устройства может варьироват-.ся в зависимостиот его функционального назначения,Дпя этого при достаточно большом количестве элементов рецептивного слоядостаточно объединить на основе функции ИЛИ сигналы с группы близлежащихэлементов рецептивного слоя и сформировать таким образом новый рецептивный слой с меньшим числом элементов. При этом уменьшается количестводвуединых элементов блока кодированияи объем кода на его выходе,Формула изобретенияУстройство для кодопорождения форм объектов, содержащее блок преобразования входного воздействия вдвухградационное изображение в квадратной марице рецептивного слоя, состоящего из дискретных бистабильных датчиков, и блок кодирования изображения в двухградационный код, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, блок кодирования выполнен в виде иерархической многослойной структуры, состоящей цз однотипных двуединых элементов, ка;хдьй из которых содержит ТЧКБ-триггер, одно- вибратор, двухвходовый элемент И-НЕ и трехвходовый элемент ИЛИ-НЕ, причем элемент И-НЕ соединен по входу с парным входом возбуждения двуединого элемента, а по Выходу - с входом одновибратора, выход которого связан с Т"входом триггера, выход элемента ИЛИ-НЕподключен к К-входу триггера, входы элемента ИПИ-НЕ связаны с входами сброса двуединого элемента, при .этом каждые дна дискретные датчики любой вертикальной линии рецептивного слоя, расположенные сим 1 ОЛ 80 10 и; - Р ч 11 О О 1 поси", ельно Горизонтал)нойОс 1, поцлк 1 ены к первому и ВторомуВходу 11 озбуждения соответствуюпего111 упп 1 О 1.О элемента первого слоя блоко 1 пр 011 а 1111 я 11 ыхо т 1 эиггера каж ГО и дРуец 111 плх элеме 11 тОВ даш 1 ОЙ вер 1.;1 кальной лшци блока кодирования сс .;.п 1 С 11 с 11 грвым входом сброса друГО 1 О,:уед 11 пого элемента из пары со исс,1 1 х, бп 1 же расположенных к центР. с 1 мме-.р 1:1 ных патчиков данпоиВ,. 1 т"кя 1 ь 1 ой 1 лц 11 ии рецептивного слоя,а ГП 1 О.;ь 1 григ 1 ерсв двуеп 1 ных элементг г 11 з д:"р 1 знь 1 х лпий первого 1с" 1; .1 б, О;Д 1;Одир О В а 11 г Я ОтО СЯ 11 ДХСЯ к;.: ртп.альным линиям рецептивного слоя . распопоже 1 ным спммсгрпчно отпо С 11 тель 110 вср тикяльнс 11 Осц, соедине" 20 пь. с 1-.ар 1 ь 1 ми входаи Возбужцеп 1 Я дипел; 1 ЯЯх элметтов Гторого слоя блока к 1111 ровап 151,. кроме того, выходы триг- ГЕг 1 ОВ,ЛЕгЕ 1;тов ВТОРОГО СПОЯ СВ 51 за 1 Ы с Я-.срыл;и воцамц сброса тех же эле е 11 тов пер 130 ГО слОЯ, с ВыходаЯ 1 которых Опи соединены по входу, а также связ;пы с первыми Входами сброса соседнего по данной линии Второго.лоя э 11 е 1.ента относящегося к четы- ЗО рем, ближе расположенным к центрусимметричным датчикам двух вертикаль 1 ых лшшй рецептивного слоя, выходь 1трггеров элементов второго слоя, относящихся к датчикам двух близлежащих пар Вертикальных линий рецептивного опоя, симметричнь 1 х относительновертитальной оси, соединены с парнымивхода 1 п возбуждения элементов третье, го слоя, :.1 также соединены с вторымиВсдамц сброса элементов второго СЛОЯ,ц первымц ьходами сброса соседних элеме 1 тов данной линии третьего слоя,прп этом блок кодирования имеет п+1аналогичных по структуре слоев, последпй из которых связан с датчика/1ми 2 -го рецептивного слоя, причемтретьи входы сброса всех днуединыхэлементов связаны с шиной гашения,7-входь 1 триггеров всех элементов свзапь 1 с шиной фиксации состояния свободпые входы сброса двуедцных элементов соединены с общей шиной, авь.ход 11 триггеров всех двуедцных элементов связаны с выходом блока коди 1610480