Пристрій для класифікації образів

Пристрій для класифікації образів, який містить блок зважування, обчислювальний блок, вузол аналізу, першу групу m елементів І, де m - кількість класів класифікації образів, перша група входів блока зважування з'єднана з n входами nвимірного образу у ви гляді вхідного векторного масиву даних, друга група m´n входів з'єднана з ваговою матрицею коефіцієнтів, а m´n виходи з'єднані з відповідними входами комірок обчислювального блока, виходи ознаки нуля всіх комірок кожного і-го рядка якого з'єднані з входами i-го елемента І першої групи m елементів І, вихід якого є виходом ознаки нуля і-го масиву зважених елементів вхідного векторного масиву даних і з'єднаний з входом заборони комірок і-го рядка обчислювального блока, який відрізняється тим, що в нього введено вузол оброблення, який складається з двох мультиплексорів, двох суматорів, двох регістрів, демультиплексора, елемента АБОНІ і елемента АБО, крім того, вузол аналізу містить першу та другу гр упи m елементів І, груп у m елементів І-HI, гр упу m елементів затримки, груп у m D-тригерів, шифратор, елемент І-HI, причому вихід i-го елемента І першої групи m елементів І вузла аналізу з'єднаний з відповідним входом елемента І-HI, з першим входом і-го елемента І другої гр упи m елементів І та з другим входом i-го елемента ІHI групи m елементів І-НІ вузла аналізу, перший вхід яких з'єднаний з виходом елемента І-HI вузла аналізу, вихід і-го елемента І-HI групи m елементів І-HI з'єднаний з входом і-го елемента затримки групи m елементів затримки вузла аналізу, ви хід якого з'єднаний з другим входом i-го елемента І другої гр упи m елементів І вузла аналізу, ви хід якого з'єднаний з D-входом і-го D-тригера групи m D-тригерів вузла аналізу, прямі виходи яких підключені до відповідних входів шифратора вузла аналізу, гр упа n k-розрядних виходів, де k - розря 2 (19) 1 3 38907 Корисна модель відноситься до автоматики та обчислювальної техніки і може бути використана в адаптивних системах класифікації, розпізнавання, діагностики, ідентифікації, прогнозування та керування. Відомий класифікуючий пристрій [а.с. СРСР №371596, кл. G06К9/00, 1973р., Бюл. №12], який містить багатошарову сітку лінійних дискримінаторів, які містять помножувальні блоки та суматори, в якому одні входи помножувальних блоків лінійних дискримінаторів кожного наступного шару з'єднані з вхідними клемами пристрою, а інші - з виходами лінійних дискримінаторів попереднього шару. Недоліком даного пристрою є вузька область застосування через те, що він реалізує дискримінантні функції будь-якого порядку і може бути використаний тільки для класифікації образів. Відомий пристрій для розпізнавання образів [а.с. СРСР №369592, кл. G06К9/00, 1973р., Бюл. №10], який містить блок порогових елементів і послідовно з'єднані блок зважування, суматор і обчислювальний блок, а також блок поліноміальних перетворювачів, одні з входів якого підключені до виходів блока порогових елементів, а виходи до входів блока зважування, блок упорядкування навчаючих сигналів, входи якого підключені до виходів блока порогових елементів, а виходи - до други х входів блока поліноміальних перетворювачів, та блок формування цілочисельних ваг, входи якого з'єднані з виходом суматора і відповідними виходами блока упорядкування навчаючих сигналів, а ви ходи - з керуючими входами блока зважування. Недоліком цього пристрою є обмежена область застосування через неможливість класифікації образів у вигляді векторних масивів зважених даних з паралельним урахуванням величини порогу класифікації в процесі порівняння елементів векторних масивів. Найбільш близьким за технічною суттю є пристрій для класифікації образів [патент України №24622, кл. G06K9/00, 2007р., Бюл. №10], який містить блок зважування та обчислювальний блок, груп у m вузлів рангу, де m-кількість класів класифікації образів, групу m елементів І в подальшому першу гр упу елементів І та вузол аналізу, який містить лічильник і елемент АБО, перша група входів блока зважування з'єднана з n входами nвимірного образу у ви гляді вхідного векторного масиву даних, друга група m´n входів з'єднана з ваговою матрицею коефіцієнтів, а m´n виходи з'єднані з відповідними входами комірок обчислювального блока, виходи ознаки нуля всіх комірок кожного і-го рядка якого з'єднані з входами і-го елемента І першої групи m елементів І, вихід якого є виходом ознаки нуля і-ro масиву зважених елементів вхідного векторного масиву даних і з'єднаний з входом і-го вузла рангу гр упи m вузлів рангу та з входом заборони комірок і-го рядка обчислювального блока, група m виходівознаки групи т 4 вузлів рангу підключена до першої групи входів вузла аналізу, входи елемента АБО вузла аналізу з'єднані з першою групою входів вузла аналізу, а вихід підключений до входу зворотної лічби лічильника вузла аналізу, інформаційні входи якого з'єднані з другою гр упою входів вузла аналізу, яка є групою k установних входів пристрою, де k=log2×m, вхід скиду лічильника вузла аналізу з'єднаний з входом початкового стану пристрою, а його вихід ознаки нуля є виходом вузла аналізу, який є виходом сигналу «Кінець» пристрою, крім того, вихід елемента АБО є виходом дозволу вузла аналізу, який з'єднаний з відповідним входом групи т вузлів рангу, установний вхід яких з'єднаний з входом початкового вектора рангів пристрою, вхід початкового стану з'єднаний з входом початкового стану пристрою, а їх k-розрядний вихід є ви ходом відповідного рангу. Недоліком даного пристрою є обмежена область застосування через відсутність врахування величини порогу в процесі класифікації образів у вигляді векторних масивів даних. В основу корисної моделі поставлено задачу створення пристрою для класифікації образів, в якому за рахунок введення нових вузлів та нових зв'язків досягається можливість розширення області його застосування за рахунок виконання класифікації образів у вигляді векторних масивів даних з паралельним урахуванням величини порогу класифікації та формуванням сум елементів відповідних масивів зважених даних, що може бути використано для формування вагових коефіцієнтів в процесі навчання, а також в подальшому для кластеризації образів. Поставлена задача вирішується тим, що у пристрій для класифікації образів, який містить блок зважування, обчислювальний блок, вузол аналізу, першу гр упу m елементів І, де m - кількість класів класифікації образів, перша група входів блока зважування з'єднана з n входами nвимірного образу у ви гляді вхідного векторного масиву даних, друга група m´n входів з'єднана з ваговою матрицею коефіцієнтів, а m´n виходи з'єднані з відповідними входами комірок обчислювального блока, виходи ознаки нуля всіх комірок кожного і-го рядка якого з'єднані з входами і-го елемента І першої групи m елементів І, вихід якого є виходом ознаки нуля і-го масиву зважених елементів вхідного векторного масиву даних і з'єднаний з входом заборони комірок і-го рядка обчислювального блока, введено вузол оброблення, який складається з двох мультиплексорів, двох суматорів, двох регістрів, демультиплексора, елемента АБО-НІ і елемента АБО, крім того, вузол аналізу містить першу та др угу гр упи m елементів І, гр упу m елементів І-HI, гр упу m елементів затримки, групу m D-тригерів, шифратор, елемент ІHI, причому вихід і-го елемента І першої групи m елементів І вузла аналізу з'єднаний з відповідним входом елемента І-HI, з першим входом і-то елемента І другої групи m елементів І та з другим 5 38907 входом i-го елемента І-HI групи m елементів І-HI вузла аналізу, перший вхід яких з'єднаний з виходом елемента І-HI вузла аналізу, ви хід і-го елемента І-HI групи m елементів І-HI з'єднаний з входом і-го елемента затримки групи m елементів затримки вузла аналізу, вихід якого з'єднаний з другим входом і-го елемента І другої групи m елементів І вузла аналізу, ви хід якого з'єднаний з D-входом іго D-тригера групи m D-тригерів вузла аналізу, прямі виходи яких підключені до відповідних входів шифратора вузла аналізу, гр упа n k-розрядних виходів, де k - розрядність даних, обчислювального блока підключена до групи відповідних входів вузла оброблення, перший інформаційний вхід першого суматора вузла оброблення з'єднаний з k-розрядним виходом першого регістра вузла оброблення, який також підключений до kрозрядного входу елемента АБО-НІ вузла оброблення, другий інформаційний інверсний вхід першого суматора вузла оброблення з'єднаний з другим інформаційним входом другого суматора та з k-розрядним виходом першого мультиплексора вузла оброблення, адресний вхід якого з'єднаний з p-розрядним входом керування пристрою (p=log2×n) а інформаційні входи підключені до групи входів вузла оброблення, вхід переносу першого суматора вузла оброблення з'єднаний з шиною живлення пристрою, а його вихід переносу з'єднаний з другим входом елемента АБО вузла оброблення, перший вхід якого з'єднаний з виходом елемента АБО-НІ вузла оброблення, інформаційний вихід першого суматора вузла оброблення з'єднаний з другим інформаційним k-розрядним входом другого мультиплексора вузла оброблення, перший інформаційний k-розрядний вхід якого підключений до інформаційного входу вузла оброблення, адресний вхід з'єднаний з входом керування пристрою, а його вихід з'єднаний з kрозрядним входом першого регістра вузла оброблення, перший інформаційний вхід другого суматора вузла оброблення з'єднаний з k-розрядним виходом другого регістра вузла оброблення, його вхід переносу з'єднаний з його виходом переносу, а його інформаційний вихід з'єднаний з kрозрядним входом другого регістра вузла оброблення, вихід якого також підключений до інформаційного входу демультиплексора вузла оброблення, адресний вхід якого з'єднаний з q-розрядним виходом шифратора вузла аналізу (q=log2×m), вхід скиду першого і другого регістрів вузла оброблення з'єднаний з настановним входом пристрою, який з'єднаний також з R-входами групи m Dтригерів вузла аналізу, ви хід елемента АБО вузла оброблення є виходом підсумкового сигналу пристрою, виходи демультиплексора вузла оброблення є групою k-розрядних ви ходів результату пристрою, прямі виходи групи m D-тригерів вузла аналізу є групою m виходів класифікації пристрою, а вихід елемента І-HI вузла аналізу є виходом сигналу «Кінець» пристрою. На кресленні зображено функціональну схему пристрою для класифікації образів у вигляді векторних масивів даних. Пристрій для класифікації образів у вигляді векторних масивів даних містить помножувач 1 з 6 входами 2 j ( j = 1 n) для елементів n-вимірного об, разу у вигляді вхідного векторного масиву даних Z i входами 3ij (i = 1, m) для коефіцієнтів wij, які утворюють вагову матрицю W розмірністю m´n. Виходи 4ij помножувача 1 з'єднані з входами 5ij відповідних комірок обчислювального блока 6, виходи ознаки нуля всіх комірок кожного і-го рядка якого з'єднані з входами і-го елемента І 7i групи елементів І 71...,7m вузла 8 аналізу. Вихід елемента І 7і є виходом ознаки нуля i-го масиву зважених елементів (i = 1, m) і з'єднаний з входом 9і заборони комірок і-го рядка обчислювального блока 6, а також з відповідним входом елемента I-HI 10 і другим входом і-го елемента І-HI 11і групи елементів І-HI 111,...,11 m, перший вхід якого з'єднаний з виходом елемента І-HI 10 вузла 8 аналізу. Вихід i-го елемента І-HI 11і з'єднаний з входом і-го елемента затримки 12і групи елементів затримки 121,...,12m вузла 8 аналізу, перший вхід і-го елемента І 13і групи елементів І 131,...,13m з'єднаний з виходом і-го елемента І 7i, а другий вхід з'єднаний з виходом і-го елемента затримки 12і групи елементів затримки 121,...,12m, вузла 8 аналізу. Вихід і-го елемента І 13і групи елементів І 131,...,13 m з'єднаний з D-входом відповідного Dтригера 14і групи D-тригерів 141,...,14m, вузла 8 аналізу, прямі виходи яких підключено до групи входів ши фратора 15 вузла 8 аналізу. Вузол 16 оброблення містить мультиплексор 17, суматори 18, 19, регістри 20, 21, мультиплексор 22, елементи АБО-НІ 23, АБО 24, демультиплексор 25. Перший інформаційний вхід суматора 18 з'єднаний з k-розрядним виходом (k - розрядність даних) регістра 20, який також підключений до k-розрядного входу елемента АБО-НІ 23 вузла 16 оброблення. Другий інформаційний інверсний вхід суматора 18 з'єднаний з другим інформаційним входом суматора 19 та з k-розрядним виходом мультиплексора 17, адресний вхід якого з'єднаний з р-розрядним входом 26 керування пристрою (p=log×n), а інформаційні входи підключені до групи входів вузла 16 оброблення. Вхід переносу суматора 18 з'єднаний з шиною 27 живлення пристрою, а вихід переносу суматора 18 з'єднаний з другим входом елемента АБО 24, перший вхід якого з'єднаний з виходом елемента АБО-НІ 23 вузла 16 оброблення. Інформаційний вихід суматора 18 з'єднаний з другим інформаційним k-розрядним входом мультиплексора 22, перший інформаційний k-розрядний вхід якого підключений до інформаційного входу 28 вузла 16 оброблення, а адресний вхід з'єднаний з входом 29 керування пристрою. Вихід мультиплексора 22 з'єднаний з kрозрядним входом регістра 20, перший інформаційний вхід суматора 19 з'єднаний з k-розрядним виходом регістра 21, який також підключений до інформаційного входу демультиплексора 25, адресний вхід якого з'єднаний з q-розрядним виходом 30 шифратора 15 вузла 8 аналізу (q=log2 m). Вхід переносу суматора 19 з'єднаний з його виходом переносу, а його Інформаційний вихід з'єднаний з k-розрядним входом регістра 21 вузла 16 оброблення. 7 38907 Група входів вузла 16 оброблення з'єднана з групою k-розрядних виходів 311,...,31 n обчислюваного блока 6, вхід скиду регістрів 20, 21 вузла 16 оброблення з'єднаний з настановним входом 32 пристрою, який з'єднаний також з R-входами групи D-тригерів 141,...,14m вузла 8 аналізу. Вихід елемента АБО 24 вузла 16 оброблення є виходом 33 підсумкового сигналу пристрою, виходи демультиплексора 25 вузла 16 оброблення є групою kрозрядних ви ходів 341,..,34 m результату пристрою, прямі виходи групи D-тригерів 141,...,14m вузла 8 аналізу є гр упою виходів 351,...,35 m класифікації пристрою, а вихід елемента І-HI 10 вузла 8 аналізу є ви ходом 36 сигналу «Кінець» пристрою. Класифікація образів у вигляді векторних масивів даних здійснюється таким чином. Спочатку встановлюють у н ульовий стан регістри 20, 21 вузла 16 оброблення і групу D-тригерів 141,…14m вузла 8 аналізу за сигналом на настановному вході 32 пристрою. При поданні на входи 2 j ( j = 1,n ) помножувача 1 вхідного образу як векторного масиву вигляду Z=z1,..,zj,…,zn), (1) а на його входи 3ij (i = 1,m) вагової матриці W, рядки елементів (коефіцієнтів) якої визначають певний клас образів, вигляду æ w 1,1 L w 1,n ö ç ÷ M M ÷ ç M W = ç w i,1 L w i,n ÷ , ç ÷ ç M M M ÷ ç ç w m,1 L w m n÷ , ÷ è ø (2) (3) які записують у відповідні комірки обчислювального блока 6 по його входах 5 ij. Одночасно у регістр 20 вузла 16 оброблення записують величину порогу q класифікації, яку подають через мультиплексор 22 у k-розрядному двійковому коді по інформаційних входах 28 вузла 16 оброблення при нульовому сигналі на вході 29 керування пристрою. Сукупність векторних масивів Ai0 в обчислювальному блоці 6 подають у вигляді двовимірної матриці А0 розміром m´n: æ a0 L a0 L a0 ö ç 1,1 1,j 1,n ÷ æ A 0 ö ç ÷ ç 1÷ M M M ÷ ç M ÷ ç ç ÷ A 0 = ç a 0 L a0 L a0 ÷ = ç A 0 ÷ , i, j i,n ÷ ç i,1 1÷ ç M M ÷ ç M ÷ ç ç 0 0 0 ÷ ç A0 ÷ ç am,1 L am, j L am,n ÷ è m ø è ø чення мінімального елемента, в подальшому поіменованого як мінелемент, вигляду: min t -1 = min a t -1, j = 1, n , j i, j i (4) де A0 - і-й рядок матриці А0. i Ітераційний процес оброблення матриці А0 в обчислювальному блоці 6 має такий вигляд. Спочатку у кожному стовпці матриці At - 1 ( t = 1, N , де N-кількість циклів оброблення) виконують визна (5) В результаті формують вектор-рядок з n мінелементів вигляду: Mint -1 = æ m int -1,..., m int -1,..., m int - 1ö . (6) ç n ÷ 1 j è ø Потім виконують паралельне віднімання кожного мінелемента min t -1 ( j = 1,n ) вигляду (5) від j кожного і-го елемента відповідного у-стовпця матриці Аt-1 і формують невпорядковану матрицю A t , яка має вигляд: æ a t-1 - mint- 1 L a t -1 - mint -1 L a t -1 - mint -1 ö ç 11 n ÷ , 1 1,j j 1,n ç ÷ M M M ç ÷, t = ç a t-1 - mint- 1 L a t -1 - mint -1 L a t -1 - mint -1 ÷ A n ÷ (7) 1 i,j j i,n ç i,1 ç ÷ M M M ç t-1 t- 1 t -1 t -1 t -1 t -1 ÷ L a - min L a m,n - minn ÷ ç am,1 - min1 m, j j è ø або æ at t t ö ç 1,1 L a1, j L a1,n ÷ ç M M M ÷ ç ÷ At = ç a t L at L at ÷ , i, j i,n ÷ ç i,1 ç M M ÷ ç t t t ÷ ç am,1 L am, j L am,n ÷ è ø (8) де a t = a t -1 - min t -1 , i, j i,j j він виконує множення вигляду a0 = wy × z j . В y результаті на його виходах 4ij формують векторні масиви зважених елементів вигляду: Ai0 = (a0 ,..., a0j,...ai0 ) , i,1 i, ,n 8 (9) Одночасно з цим у вузлі 16 оброблення виконують послідовне віднімання мінелементів векторрядка Міnt-1 вигляду (6) від порогу q класифікації з формуванням поточного порогу D t, класифікації вигляду D t = D t -1 n å min tj -1 , j= 1 t = 1,N , (10) Де D0=q, і підсумовування мінелементів вектор-рядка Міnt-1 вигляду (6) з формуванням поточної суми St = n å min tj -1 , (11) j =1 і накопиченням поточних сум вигляду St=St-1+S, (12) де S0=q. Після виконання таких дій у кожному стовпці отриманої матриці A t (8) в обчислювальному блоці 6 є хоча б один нульовий елемент, а відповідно, в кожному рядку може бути один, декілька, всі або не бути взагалі нульових елементів. Перевіряють три умови: умову наявності т нульових рядків, тобто A t1 = K A t1 = K = A t = 0 , m (13) t = 1,N , умову н ульового або від'ємного значення поточного порогу Dt класифікації Dt£0. (14) і умову появи поточного нульового рядка 9 38907 $A t = 0 . i (15) При виконанні умови (14) процес оброблення продовжують, але якщо умова (13) виконується, то оброблення закінчують. Виконання умови (15) свідчить про те, що у деякому циклі t у двовимірній матриці A t (8) з'являється деякий k-й рядок з усіма нульовими елементами. Цей рядок вказує на k-й масив чисел A0 k (4) ( k = 1, m) , який є мінімальним за сумою своїх елементів серед початкових масивів 0 A1 , A 0,..., A0 .тобто: m 2 æ at t t ö ç 11 L a1 j L a1 n ÷ , , , ç ÷ ç M ÷ ç at L at L at ÷ k, j k,n ÷ ç k,1 = ç M At ÷ç t t t ÷ , a a ÷ ç ai,1 i, j i,n ç M ÷ ç ÷ t ça t at am, n ÷ ç m,1 ÷ m, j è ø (16) 0 мінімальни й масив Ak де = 0 , j 1 n . В цьому випадку накопичена = , at i, j сума St (12) дорівнює сумі елементів масиву A 0 . k Якщо при цьому умова (14) не виконується, то у подальшій класифікації цей масив A0 участі не k приймає як такий, що менший за поріг q класифікації. Нульовий k-й рядок в подальшому обробленні участі не приймає і значення його елементів не беруть до уваги при визначенні мінелементів кожного стовпця матриці, тобто: æ at ç 1,1 ç ç M ç t =ç M A ç ç at ç i,1 ç M ç t ça è m,1 L at 1, j L L L at i, j at m, j at ö 1,n ÷ ÷ ÷ - ÷ , ÷ ÷ - k - й рядок . (17) at ÷ i,n ÷ ÷ ÷ t a m, n ÷ ø Після перевірки виконання умов (13) - (15) для всіх рядків матриці A t , (16) паралельно виконують транспозицію елементів з просуванням праворуч усі х нульових елементів і формують впорядковану матрицю Аt, яка має вигляд: æ at t t ö ç 11 L a1 j L a1n ÷ , , , ç M M M ÷ ç ÷ A t = ç ait,1 L ait, j Lait,n ÷ , (18) ç ÷ ç ÷ M M ç t t ÷ am,1 L at , j L am,n ÷ ç m è ø Для отриманої матриці Аt (18) повторюють цикли оброблення, які складаються з вищезазначе 10 ної послідовності дій, починаючи з визначення мінелемента (5) у кожному стовпці матриці Аt. Кожний наступний нульовий рядок, який з'явиться у двовимірній матриці A t (16), вказує на масив чисел, який є мінімальним за сумою своїх елементів серед тих масивів (відповідних рядків), які ще приймають участь в обробленні, якщо виконується умова (13). Такий нульовий рядок також виключають І оброблення продовжують над тими рядками, які ще мають ненульові елементи. Оброблення двовимірної матриці A t (8) триває до тих пір, поки не виконається умова (13) наявності т нульових рядків. Результатом оброблення є останній l-й рядок, який має нульові елементи за умови, що решта рядків були виключені з оброблення як нульові, тобто матриця у цьому циклі (t=N) має вигляд æ - L - L - ö ç ÷ ç M ÷ ç - L - L - ÷ ç ÷ ÷ AN = ç M (19) ç N N N ÷ - l - й рядок, al,1 al, j al,n ÷ ç ç M ÷ ç ÷ ç - ÷ è ø де aN = 0 . ( j = 1, n) . 1, j Цей рядок матриці A N зa умови (14) вказує на 0 деякий l-й масив чисел A1 (l Î 1,m ) , який є макси мальним за сумою своїх елементів серед початко0 вих масивів чисел A1 , A0,..., A 0 і більший за поріг m 2 q класифікації. Величина N дорівнює кількості циклів оброблення, виконаних в процесі пошуку максимального масиву чисел серед масивів 0, A0,..., A 0 . A1 2 m Всі дії, що виконують послідовно у кожному циклі, реалізує обчислювальний блок 6. Для прискорення процесу формування поточного порогу Dt класифікації вигляду (10) у вузлі 16 оброблення виконують послідовне віднімання вигляду æ æ ö t t ö A t = ç... çæ D t -1 - min1-1ö - mint -1÷ - ... - minn-1÷ ,(20) ÷ ç èç ÷ 2 ø è ø è ø на суматорі 18, який працює в режимі віднімача. Одночасно у суматорі 19 для прискорення процесу накопичення поточних сум St вигляду (12) виконують послідовне підсумовування вигляду æ æ ö ö t St = ç ...ç æ S t -1 + min -1ö + mint -1 ÷ + ... + mint -1 ÷ , (21) n ÷ ç ç 1 ÷ 2 ø ø è èè ø На перший k-розрядний інформаційний вхід суматора 18 подають поточний поріг Dt-1 класифікації, який зберігають у регістрі 20, а на його другий Інверсний k-розрядний інформаційний вхід і на другий інформаційний вхід суматора 19 подають значення мінелемента min t -1 з виходу мультиплеj ксора 17, який комутує на цей вихід всі елементи вектор-рядка Міnt-1 (6) послідовно, починаючи з 11 38907 t min1- 1 до mint -1 , у відповідності з двійковим рn розрядним кодом (p=log n) на своєму адресному вході, який подають з входу 26 керування пристрою. На перший k-розрядний інформаційний вхід суматора 19 подають результат попереднього підсумовування, який був записаний у регістрі 21. Результат віднімання з інформаційного виходу суматора 18 через мультиплексор 22 подають на k-розрядний інформаційний вхід регістра 20, при цьому на вході 29 керування пристрою присутній одиничний сигнал. Результат підсумовування з інформаційного виходу суматора 19 подають на kрозрядний інформаційний вхід регістра 21. При виконанні умови (14) одиничний сигнал з'являється на виході 33 підсумкового сигналу пристрою, оскільки в цьому випадку присутній одиничний сигнал або на виході переносу (позики для операції віднімання) суматора 18, або на виході елемента АБО-HI 23 вузла 16 оброблення, що приведе до формування одиничного сигналу на виході елемента АБО 24 вузла 16 оброблення. Отже, одиничний сигнал переносу суматора 18 свідчить про від'ємність поточного порогу Dt класифікації, а про його нульове значення свідчить одиничний сигнал на виході елемента АБО-HI 23. Виконання умови (13) фіксують наявністю нульового сигналу на виході 36 сигналу «Кінець» пристрою. Одиничний сигнал ознаки нуля на виході і-то елемента І 7i у групі елементів І 71,..., 7m вузла 8 аналізу, поданий на вхід 9, заборони комірок i-го рядка обчислювального блока 6, ініціює виключення вмісту цих комірок з подальшого оброблення. Одночасно цей сигнал ознаки нуля з виходу елемента І 71 групи елементів І 71,...,7m подають на вхід елемента І-НІ 11i групи елементів НІ 111,...,11m та на вхід елемента І 13i групи елементів І 131,..., 13 m вузла 8 аналізу. В результаті на виході елемента І 13i на певний проміжок часу формується одиничний сигнал, який встановлює Dтригер 14i групи D-тригерів 141...,14m в одиничний стан. Виходи гр упи D-тригерів 141,...,14 m з'єднані з входами шифратора 15 вузла 8 аналізу, який перетворює m-розрядний код на вході в q-розрядний код на його виході (q=log2×m) і подає його на вхід демультиплексора 25 вузла 16 оброблення, на інформаційний вхід якого з тригера 21 подається накопичена поточна сума St (12) мінелементів, яку формує суматор 19. Отже, при виконанні умови (15) на i-му виході 34i демультиплексора 25 з'явиться поточна накопичена сума S0 мінелементів, яка буде відповідаi ти і-му рядку комірок обчислювального блока 6, який став нульовим у і-му циклі оброблення, тобто з виходу 34і результату пристрою можна зчитати суму S0 елементів i-го масиву A0 (4). Одночасно i i з цим на виході 35i групи виходів 351,…, 35m класифікації пристрою присутній одиничний сигнал, який буде означати, що обнулився відповідний рядок Ait матриці (8). Елемент затримки 12i групи елементів затримки 121,...,12m вузла 8 аналізу забезпечує затримку 12 нульового сигналу, який повинен заборонити надходження одиничного сигналу з виходу відповідного елемента І 7i на вхід елемента І 13i групи елементів І 131,...,13m. Це необхідно для того, щоб скинути D-тригер 14i групи D-тригерів 141,...,14m в нульовий стан, але не одразу, а через певний проміжок часу, який задає елемент затримки 12, і тим самим забезпечує можливість зчитування відповідної суми St (12), яка дорівнює S0 , з відповідi ного виходу 34, результату пристрою. Отже, при наявності одиничного сигналу з виходу елемента І-НІ 10 одиничний сигнал ознаки нуля на виході відповідного елемента І 7 i викличе встановлення в одиничний стан D-тригера 14i на заданий проміжок часу, після чого відбувається його скид в нульовий стан. Такий процес встановлення в одиничний стан та скиду в нульовий стан відповідних D-тригерів 14i ( j = 1,m) виконується поступово для всіх D-тригерів 14i, крім останнього lго, оскільки в цей час на виході елемента І-НІ 10 з'явиться нульовий сигнал , який забезпечить проходження одиничного сигналу з виходу елемента І-НІ 11l через елемент затримки 13l і елемент І 13l на вхід D-тригера 13l. Таким чином, для останнього l-го рядка матриці AN (19) відповідний D-тригер 14l залишиться в одиничному стані, в результаті на виході 35l класифікації пристрою буде присутній одиничний сигнал, який вказує на максимальний за сумою його елементів вхідний векторний масив з урахуванням порогу q класифікації. При цьому, якщо на виході 33 підсумкового сигналу пристрою присутній одиничний сигнал, то сума зважених елементів цього масиву більша, ніж поріг q класифікації. При нульовому сигналі на виході 33 підсумкового сигналу пристрою вона менша за поріг q класифікації. Нульовий сигнал на виході 36 сигналу «Кінець» пристрою свідчить про закінчення процесу оброблення. Розглянемо приклад реалізації класифікації nвимірного образу у вигляді векторних масивів чисел, які зафіксовані в обчислювальному блоці 6. Нехай маємо чотири ( i = 1,4 ) масиви чисел A0 за i кількістю класів класифікації, кожний з яких містить по чотири ( j = 1 4 ) числа a0j за кількістю елемен, i, тів у вхідному векторному масиві даних, тобто A0 1 0 A2 A0 3 A0 4 = (25 16 12 8), = (14 6 20 ), = (10 22 31 5), = (13 21 29 ), 9 7 які складають початкову двовимірну матрицю вигляду æ 25 16 12 8 ö ç ÷ ç 14 9 6 20 ÷ , A0 = ç 10 22 31 5 ÷ ç ÷ ç 13 7 21 29 ÷ è ø Поріг q класифікації дорівнює 65. (22) 13 38907 14 Цикли оброблення матриці А0 (22) з ура хуванням порогу q=65 представлено у вигляді таблиці 1. Таблиця 1 Цикл/операція 1 1/1 1/2 Дія 2 Формування рядка мінелементів (пошук мінімального елемента стовпця) Формування невпорядкованої матриці (віднімання мінелементів у кожному стовпці матриці). Результат (числова матриця) і коментар 3 Min0=(10 7 6 5) 3 ö æ 25 - 10 16 - 7 12 - 6 8 - 5 ö æ15 9 6 ç ÷ ç ÷ 6 - 6 20 - 5 ÷ ç 4 2 0 15 ÷ 1 = ç 14 - 10 9 - 7 A ç =ç ÷ ÷ ç 10 - 10 22 - 7 31 - 6 5 - 5 ÷ ç 0 15 25 0 ÷ ç 13 - 10 7 - 7 21 - 6 29 - 5 ÷ ç 3 0 15 24 ÷ è ø è ø Формування поточного порогу оброблення Накопичення поточних сум мінелементів 1/3 s 1=((((0+10)+7)+6)+5)=28 æ 15 9 6 ç ç 4 2 15 A1 = ç 15 25 0 ç ç 3 15 24 è Формування впорядкованої матриці (транспозиція елементів у рядках з просуванням нульових елементів праворуч) 2/1 D1=((((65-10)-7)-6)-5)=37 Формуваня рядка мінелементів Формування невпорядкованої матриці 2/2 Min1=(3 2 0 0) 6 æ15 - 3 9 - 2 ç 2 - 2 15 ç 4-3 A2 = ç ç15 - 3 25 - 2 0 ç 3 - 3 15 - 2 24 è Формування поточного порогу оброблення Накопичення поточних сум мінелементів 2/3 3/2 Формування поточного порогу оброблення Накопичення поточних сум мінелементів 3/3 Формування впорядкованої матриці 4/1 Формуваня рядка мінелементів 3ö ÷ 0÷ 0÷ ÷ 0÷ ø s 2=((((28+3)+2)+0)+0)=33 æ12 7 6 ç ç 1 15 0 A2 = ç ç12 23 0 ç13 24 00 è Формуваня рядка мінелементів Формування невнорядкованої матриці 3 ö æ12 7 6 ÷ ç 0 ÷ ç 1 0 15 = 0 ÷ ç12 23 0 ÷ ç 0 ÷ ç 0 13 24 ø è D2=((((37-3)-2)-0)-0)=32 Формування впорядкованої матриці 3/1 3ö ÷ 0÷ 0÷ ÷ 0÷ ø Min2=(1 7 0 0) æ 12 - 0 7 - 7 ç ç 1 - 1 15 - 7 A =ç 12 - 1 23 - 7 ç ç 13 - 1 24 - 7 è 3 3ö ÷ 0÷ 0÷ ÷ 0÷ ø 6 3 ö æ 11 0 6 ÷ ç 0 0÷ ç 0 8 0 = 0 0 ÷ ç 11 16 0 ÷ ç 0 0 ÷ ç 12 17 0 ø è D3=((((32-1)-7)-0)-0)=24 s 3=((((33+1)4-7)+0)+0)=41 æ 11 6 3 ç 3 =ç 8 0 0 A ç 11 16 0 ç ç 12 17 0 è Min3=(8 0 0 0) 0ö ÷ 0÷ 0÷ ÷ 0÷ ø 3ö ÷ 0÷ 0÷ ÷ 0÷ ø 15 38907 16 Продовження таблиці 1 1 2 3 æ 11 - 8 7 3 ç 4 = ç 8 -8 0 0 A ç 11 - 8 16 0 ç ç 12 - 8 17 0 è 0ö æ 3 6 3 ÷ ç 0÷ ç 0 0 0 = 0÷ ç 3 16 0 ÷ ç 0÷ ç 4 17 0 ø è 0ö ÷ 0÷ мінімальний масив A0 2 0÷ ÷ ÷ 0ø Формування невпорядкова- Отримано перший нульовий рядок двовимірної матриці, який ної матриці вказує на те, що масив чисел A0 є мінімальним серед маси2 4/2 Формування поточного порогу оброблення Накопичення поточних сум мінелементів 4/3 Формування впорядкованої матриці 5/1 Формуваня рядка мінелементів Формування невпорядкованої матриці 5/2 Формування поточного порогу оброблення Накопичення поточних сум мінелементів 5/3 Формування впорядкованої матриці 6/1 Формуваня рядка мінелементів Формування невпорядкованої матриці 6/2 Формування поточного порогу оброблення Накопичення поточних сум мінелементів 6/3 Формування впорядкованої матриці 0 вів A1 , A0 , A0 , A 0 . Цей рядок виключають з подальшого 2 3 4 оброблення. D4=((((24-8)-0)-0)-0)=16 0 є меншим за поріг q класифікації. Масив чисел A2 s 4=((((41+8)+0)+0)+0)=49 Сформовано суму S0 елементів масиву A0 . 2 2 æ3 6 3 ç 4 = ç- - A ç 3 16 0 ç ç 4 17 0 è 0ö ÷ -÷ 0÷ ÷ 0÷ ø Min4=(3 6 0 0) æ3 - 3 6 - 6 ç 5 =ç A ç 3 - 3 16 - 6 ç ç 4 - 3 17 - 6 è 3 0ö æ0 0 3 ÷ ç - -÷ ç- - = 0 0 ÷ ç 0 10 0 ÷ ç 0 0 ÷ ç 1 10 0 ø è 0ö ÷ -÷ 0÷ ÷ 0÷ ø D5=((((16-3)-6)-0)-0)=7 s 5=((((49+3)+6)+0)+0)+9)=58 æ3 0 ç ç- A5 = ç ç 10 0 ç 1 10 è 0 0ö ÷ - -÷ , 0 0÷ ÷ 0 0÷ ø Міn5=(1 0 0 0) æ 3 -1 0 ç ç A6 = ç 10 - 1 0 ç ç 1 - 1 11 è 0 0 0 0ö æ2 0 ÷ ç -÷ ç- = 0÷ ç9 0 ÷ ç 0 ÷ ç 0 11 ø è D6=((((7-1)-0)-0)-0)=6 s 6=((((58+1)+0)+0)+0)=59 æ2 ç çA6 = ç ç0 ç 11 è 0 0 0ö ÷ - - -÷ 0 0 0÷ ÷ 0 0 0÷ ø 0 0 0 0ö ÷ -÷ 0÷ ÷ 0÷ ø 17 38907 18 Продовження таблиці 1 1 7/1 2 Формуваня рядка мінелементів 3 6 Міn =(2 0 0 0) 0 0 0 ö æ 0 0 0 0 ö наступний мінімум A0 ÷ ç ÷ 1 - - -÷ ç - - - -÷ Формування невпорядкова÷ =ç ÷ ної матриці 0 0 0÷ ç 7 0 0 0÷ 0 0 0÷ ç 9 0 0 0÷ ø è ø Отримано наступний нульовий рядок двовимірної матриці, 0 який вказує на те, що масив чисел A1 є мінімальним серед 0 масивів A1 , A0 , A 0 . Цей рядок виключають з подальшого 3 4 оброблення. D7=((((6-2)-0)-0)-0)=4 Формування поточного по0 рогу оброблення Масив чисел A1 є меншим за поріг q класифікації. s 7=((((59+2)+0)+0)+0)=61 Накопичення поточних сум 0 0 мінелементів Сформовано суму S1 елементів масиву A1 . æ 2-2 ç 7 ç A =ç ç 9 -2 ç 11 - 2 è 7/2 7/3 Формування впорядкованої матриці 8/1 æç 7 = çA ç7 ç ç9 è Формуваня рядка мінелементів Формування невпорядкованої матриці 8/2 Формування поточного порогу оброблення Накопичення поточних сум мінелементів 8/3 Формування впорядкованої матриці 9/1 Формуваня рядка мінелементів - - -ö ÷ - - -÷ 0 0 0÷ ÷ 0 0 0÷ ø Min7=(7 0 0 0) æ ç ç A8 = ç ç7 - 7 ç9 - 7 è - -ö æ - ÷ ç - - -÷ ç - = 0 0 0÷ ç 0 0 ÷ ç 0 0 0÷ ç 2 0 ø è -ö ÷ - -÷ 0 0 ÷ наступниймінімум A 0 ÷ 3 0 0÷ ø Отримано наступний нульовий рядок двовимірної матриці, який вказує на те, що масив чисел A0 є мінімальним серед 3 0 , A0 , A0 , A 0 . Цей рядок виключають з подальмасивів A1 2 3 4 шого оброблення. D8=((((4-7)-0)-0)-0)=-3 Від'ємне значення поточного порогу класифікації ініціює формування одиничного підсумкового сигналу пристрою. Масив A0 більший за поріг q класифікації. 3 s 8=((((61+7)+0)+0)+0)=68 Сформовано суму S0 елементів масиву A0 . 3 3 æç 8 = çA çç ç2 è - -ö ÷ - - -÷ - - -÷ ÷ 0 0 0÷ ø Min8=(2 0 0 0) 19 38907 20 Продовження таблиці 1 1 2 Формування невпорядкованої матриці 9/2 Накопичення поточних сум мінелементів 3 æç 9 = çA çç ç0 è - - -ö ÷ - - -÷ - - -÷ ÷ 0 0 0 0 ÷ максимумA 4 ø Цей рядок вказує на те, що масив чисел A 0 є максимальним 4 0 , A0 , A0 , A 0 і більший за поріг класифісеред масивів A1 2 3 4 кації. s 9=((((68+2)+0)+0)+0)=70 Сформовано суму S0 елементів масиву A 0 . 4 4 Отже, максимальним за сумою своїх елементів, яка дорівнює S0 = 70 , є масив A 0 . Він також 4 4 більший за поріг q=65, тобто вхідний образ належить до четвертого класу образів за даною класифікацією. Кількість циклів оброблення, виконаних в процесі пошуку цього максимуму, дорівнює 9. Крім того, в процесі оброблення матриці А0 було сфор0 мовано значення сум S1 , S0 , S0 , S0 елементів 2 3 4 0 , A0 , A0 , A 0 зважених даних всіх масивів A1 2 3 4 (22). Таким чином, використання можливості порівняння з порогом класифікації проміжних результа тів оброблення однойменних елементів в усіх масивах зважених даних до послідовного формування масивів з нульовими елементами дозволяє розширити область застосування пристрою для класифікації образів у вигляді векторних масивів даних як через паралельне врахування величини порогу класифікації, що може бути використано в подальшому для кластеризації образів, так і через послідовне формування сум елементів відповідних масивів зважених даних, що може бути використано для формування вагових коефіцієнтів в процесі навчання при класифікації образів. 21 Комп’ютерна в ерстка C.Литв иненко 38907 Підписне 22 Тираж 28 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601