Пристрій для розпізнавання образів

Реферат: Пристрій для розпізнавання образів містить блок зважування, блок впорядкування навчальних сигналів і блок формування цілочислових ваг, входи якого з'єднані з відповідними виходами блока впорядкування навчальних сигналів, а виходи з'єднані з керуючими входами блока зважування, вхідний блок і блок класифікації. Входи вхідного блока є інформаційними входами пристрою, а його виходи з'єднані з входами блока впорядкування навчальних сигналів та блока зважування, виходи якого з'єднані з входами блока класифікації, вхід скиду, перший і другий адресні входи, вхід дозволу та вхід задання порогу якого з'єднані з відповідними входами пристрою. Перша група виходів блока класифікації з'єднана з другими входами блока формування цілочислових ваг. Друга група виходів блока класифікації є інформаційними виходами пристрою. Перший вихід є його виходом підсумкового сигналу, а другий вихід виходом сигналу "Кінець" пристрою. Третя група виходів блока класифікації є виходами рангів пристрою. Блок класифікації складається з обчислювального блока, вузла аналізу, вузла оброблення і блока ранжирування. Входи блока класифікації з'єднані з mn входами обчислювального блока, виходи ознаки нуля якого з'єднані з m входами вузла аналізу і блока ранжирування, а n виходи з'єднані з групою інформаційних входів вузла оброблення, q розрядний вихід вузла аналізу з'єднаний з третім адресним входом вузла оброблення, вхід скиду, перший і другий адресні входи, вхід задання порогу блока класифікації з'єднані з відповідними входами вузла оброблення, m виходи і перший вихід якого відповідно є першою групою виходів та виходом підсумкового сигналу блока класифікації. Вхід скиду і вхід дозволу блока класифікації з'єднані також з відповідними входами вузла аналізу, m виходів якого є другою групою виходів блока класифікації, а його вихід ознаки є виходом сигналу "Кінець" пристрою. Вхід скиду і вхід початкового вектора рангів блока класифікації з'єднані з UA 94439 U (12) UA 94439 U відповідними входами блока ранжирування, а його m k-розрядні виходи є третьою групою виходів блока класифікації. UA 94439 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель стосується області обчислювальної техніки та автоматики і може бути використана в адаптивних системах класифікації, розпізнавання, діагностики, ідентифікації, прогнозування та керування. Відомий пристрій для розпізнавання образів (а.с. СРСР № 369592, м.кл. G06K 9/00, 1973 р., Бюл. № 10), який містить блок порогових елементів і послідовно з'єднані блок зважування, суматор і вирішальний блок, блок поліноміальних перетворювачів, одні з входів якого підключені до виходів блока порогових елементів, а виходи - до входів блока зважування, блок упорядкування навчальних сигналів, входи якого підключені до виходів блока порогових елементів, а виходи - до інших входів блока поліномінальних перетворювачів, і блок формування цілочислових ваг, входи якого з'єднані з виходом суматора і відповідними виходами блока упорядкування навчальних сигналів, а виходи - з керуючими входами блока зважування. Недоліком даного пристрою є обмежені функціональні можливості, оскільки відсутня можливість ранжирування результатів класифікації образів. Найбільш близьким за технічною суттю є пристрій для розпізнавання образів (патент України № 92682, м.кл. G06K 9/00, 2010 р., Бюл. № 22), який містить блок зважування, блок впорядкування навчальних сигналів і блок формування цілочислових ваг, входи якого з'єднані з відповідними виходами блока впорядкування навчальних сигналів, а виходи з'єднані з керуючими входами блока зважування, вхідний блок і блок класифікації, причому входи вхідного блока є інформаційними входами пристрою, а його виходи з'єднані з входами блока впорядкування навчальних сигналів та блока зважування, виходи якого з'єднані з входами блока класифікації, вхід скиду, перший і другий адресні входи, вхід дозволу та вхід задання порогу якого з'єднані з відповідними входами пристрою, перша група виходів блока класифікації з'єднана з другими входами блока формування цілочислових ваг, друга група виходів блока класифікації є інформаційними виходами пристрою, перший вихід є його виходом підсумкового сигналу, а другий вихід - виходом сигналу "Кінець" пристрою. Недоліком прототипу є обмежені функціональні можливості, оскільки відсутня можливість ранжирування результатів класифікації образів. В основу корисної моделі поставлено задачу створення пристрою для розпізнавання образів, в якому за рахунок введення нових блоків та зв'язків між ними забезпечується розширення функціональних можливостей завдяки ранжируванню результатів класифікації образів для уточнення прийняття рішення. Поставлена задача вирішується тим, що у пристрій для розпізнавання образів, який містить блок зважування, блок впорядкування навчальних сигналів і блок формування цілочислових ваг, входи якого з'єднані з відповідними виходами блока впорядкування навчальних сигналів, а виходи з'єднані з керуючими входами блока зважування, вхідний блок і блок класифікації, причому входи вхідного блока є інформаційними входами пристрою, а його виходи з'єднані з входами блока впорядкування навчальних сигналів та блока зважування, виходи якого з'єднані з входами блока класифікації, вхід скиду, перший і другий адресні входи, вхід дозволу та вхід задання порогу якого з'єднані з відповідними входами пристрою, перша група виходів блока класифікації з'єднана з другими входами блока формування цілочислових ваг, друга група виходів блока класифікації є інформаційними виходами пристрою, перший вихід є його виходом підсумкового сигналу, а другий вихід - виходом сигналу "Кінець" пристрою, введено третю групу виходів блока класифікації, які є виходами рангів пристрою, крім того, блок класифікації складається з обчислювального блока, вузла аналізу, вузла оброблення і блока ранжирування, причому входи блока класифікації з'єднанні з mn входами обчислювального блока, виходи ознаки нуля якого з'єднані з m входами вузла аналізу і блока ранжирування, а n виходи з'єднані з групою інформаційних входів вузла оброблення, q - розрядний вихід вузла аналізу з'єднаний з третім адресним входом вузла оброблення, вхід скиду, перший і другий адресні входи, вхід задання порогу блока класифікації з'єднані з відповідними входами вузла оброблення, m виходи і перший вихід якого відповідно є першою групою виходів та виходом підсумкового сигналу блока класифікації, вхід скиду і вхід дозволу блока класифікації з'єднані також з відповідними входами вузла аналізу, m виходів якого є другою групою виходів блока класифікації, а його вихід ознаки є виходом сигналу "Кінець" пристрою, вхід скиду і вхід початкового вектора рангів блока класифікації з'єднані з відповідними входами блока ранжирування, а його m k-розрядні виходи є третьою групою виходів блока класифікації. На фіг. 1 наведено структурну схему пристрою для розпізнавання образів, на фіг. 2 подано структурну схему блока класифікації, на фіг. 3 показано функціональну схему вузла аналізу та вузла оброблення блока класифікації, на фіг. 4 наведено функціональну схему блока ранжирування. 1 UA 94439 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Пристрій для розпізнавання образів (фіг. 1) містить n інформаційних входів 1, вхідний блок 2, блок 3 впорядкування навчальних сигналів, блок 4 зважування, блок 5 класифікації, блок 6 формування цілочислових ваг, m виходів 7 класифікації. Інформаційні входи 1 пристрою з'єднані з n входами вхідного блока 2, виходи 8 якого з'єднані з n входами блока 3 впорядкування навчальних сигналів і n входами блока 4 зважування, виходи якого підключені до mn входів 9 блока 5 класифікації. Виходи блока 3 впорядкування навчальних сигналів з'єднані з n входами 10 блока 6 формування цілочислових ваг, m виходів якого з'єднані з керуючими входами 11 блока 4 зважування. Виходи 12 першої групи блока 5 класифікації з'єднані з n відповідними входами блока 6 формування цілочислових ваг, виходи 7 класифікації пристрою з'єднані з відповідними m виходами другої групи блока 5 класифікації, вхід 13 скиду якого з'єднаний з відповідним входом пристрою, його перший адресний вхід 14 з'єднаний з відповідним входом пристрою, а його другий вихід ознаки є виходом 15 сигналу "Кінець" пристрою. Вхід 16 є входом задання порогу блока 5 класифікації, вхід 17 є його другим адресним входом, вхід 18 є його входом дозволу, його перший вихід 19 ознаки є виходом підсумкового сигналу, вхід 20 є його входом початкового вектора рангів, а виходи 21 рангів пристрою є відповідними m k-розрядними виходами третьої групи блока 5 класифікації. Блок 5 класифікації (фіг. 2) складається з обчислювального блока 22, вузла 23 аналізу, вузла 24 оброблення і блока 25 ранжирування. Входи 9 блока 5 класифікації з'єднані з mn входами обчислювального блока 22, виходи 26 ознаки нуля якого з'єднані з m входами вузла 23 аналізу і блока 25 ранжирування, а n виходи 27 з'єднані з групою інформаційних входів вузла 24 оброблення. З адресним входом 28 вузла 24 оброблення з'єднаний q-розрядний вихід вузла 23 аналізу (q=log2m). Вхід 13 скиду, перший адресний вхід 14, вхід 16 задання порогу та другий адресний вхід 17 блока 5 класифікації з'єднані з відповідними входами вузла 24 оброблення, m виходами і виходом підсумкового сигналу якого є виходи 12 та вихід 19 блока 5 класифікації. Вхід 13 скиду і вхід 18 дозволу блока 5 класифікації з'єднані також з відповідними входами вузла 23 аналізу, виходи якого є m виходами 7 класифікації пристрою, а його вихід ознаки є виходом 15 сигналу "Кінець" пристрою. Вхід 13 скиду і вхід 20 початкового вектора рангів з'єднані з відповідними входами блока 25 ранжирування, а його m k-розрядні виходи є відповідними виходами 21 рангів пристрою. Вузол 23 аналізу (фіг. 3) містить елемент НІ 29, елемент І-НІ 30, групу елементів РІВНОЗНАЧНІСТЬ 311,…,31m, групу елементів затримки 321,…,32m, групу елементів І 331,…,33m, групу D-тригерів 341,…,34m, шифратор 35. Вхід 26i вузла 23 аналізу ( i  1, m ) з'єднаний з відповідним входом елемента І-НІ 30 і першим входом і-го елемента РІВНОЗНАЧНІСТЬ 31і групи елементів РІВНОЗНАЧНІСТЬ 311,…,31m, другий вхід якого з'єднаний з виходом і-го Dтригера 34, групи D-тригерів 341,…,34m, а його третій вхід з'єднаний з виходом елемента НІ 29, вихід якого є виходом 15 сигналу "Кінець" пристрою. Вихід і-го елемента РІВНОЗНАЧНІСТЬ 31і з'єднаний з входом і-го елемента затримки 32і групи елементів затримки 321,…,32m вузла 23 аналізу. Перший вхід і-го елемента І 33і групи елементів І 331,…,33m з'єднаний з входом 26i вузла 23 аналізу, а другий вхід з'єднаний з виходом і-го елемента затримки 32і групи елементів затримки І 321,…,32m вузла 23 аналізу. Вихід і-го елемента І 33і групи елементів І 331,…,33m з'єднаний з D-входом відповідного D-тригера 34i групи D-тригерів 341,…,34m вузла 23 аналізу, прямі виходи яких є виходами 71,…,7m вузла 23 аналізу і підключено до входів шифратора 35 вузла 23 аналізу, вхід дозволу якого з'єднаний з входом 18 дозволу блока 5 класифікації. Вузол 24 оброблення містить мультиплексор 36, суматори 37, 38, регістри 39, 40, мультиплексор 41, елементи АБО-НІ 42, АБО 43, демультиплексор 44. Перший інформаційний вхід суматора 37 з'єднаний з k-розрядним виходом (k-розрядність даних) регістра 39, який також підключений до k-розрядного входу елемента АБО-НІ 42. Другий інформаційний інверсний вхід суматора 37 з'єднаний з другим інформаційним входом суматора 38 та з k-розрядним виходом мультиплексора 36, адресний вхід якого з'єднаний з р-розрядним першим адресним входом 14 блока 5 класифікації (p=log2n), а інформаційні входи підключені до інформаційних входів 271,…,27n вузла 24 оброблення. Вхід переносу суматора 37 з'єднаний з шиною 45 живлення пристрою, а вихід переносу суматора 37 з'єднаний з другим входом елемента АБО 43, перший вхід якого з'єднаний з виходом елемента АБО-НІ 42. Інформаційний вихід суматора 37 з'єднаний з другим інформаційним k-розрядним входом мультиплексора 41, перший інформаційний k-розрядний вхід якого підключений до входу 16 задання порогу блока 5 класифікації, а адресний вхід з'єднаний з другим адресним входом 17 блока 5 класифікації. Вихід мультиплексора 41 з'єднаний з k-розрядним входом регістра 39, перший інформаційний вхід суматора 38 з'єднаний з k-розрядним виходом регістра 40, який також підключений до інформаційного входу демультиплексора 44, вхід переносу суматора 38 2 UA 94439 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 з'єднаний з його виходом переносу, а його інформаційний вихід з'єднаний з k-розрядним входом регістра 40. Адресний вхід демультиплексора 44, який є адресним входом 28 вузла 24 оброблення, з'єднаний з q-розрядним виходом шифратора 35 вузла 23 аналізу (q=log2m). Вхід скиду регістрів 39, 40 з'єднаний з входом 13 скиду блока 5 класифікації, який з'єднаний також з R-входами групи D-тригерів 341,…,34m вузла 23 аналізу. Вихід елемента АБО 43 є виходом 19 підсумкового сигналу блока 5 класифікації, виходи демультиплексора 44 вузла 24 оброблення є групою k-розрядних виходів 121,…,12m результатів блока 5 класифікації. Блок 25 ранжирування (фіг. 4) містить m вузлів рангу 46 1,…,46m. Кожний вузол рангу 46i містить елемент HI 47, RS-тригер 48, елементи I 49, 50, лічильник 51. S-вхід RS-тригера 48 з'єднаний з входом скиду лічильника 51 і з входом 13 скиду пристрою, а R-вхід RS-тригера 48 з'єднаний з входом елемента НІ 47, з входом 26i вузла рангу 46i і з першим входом елемента І 50, другий вхід якого з'єднаний з прямим виходом RS-тригера 48. Вихід елемента І 50 є виходом 52i ознаки вузла рангу 46і, а вихід елемента HI 47 з'єднаний з першим входом елемента І 49, другий вхід якого з'єднаний з виходом 53 елемента АБО 54 блока 25 ранжирування, а вихід з'єднаний з входом прямої лічби лічильника 51. Інформаційний вхід лічильника 51 з'єднаний з входом 20 початкового вектора рангів пристрою, а інформаційні виходи лічильника 51 є kрозрядним виходом 21i рангу пристрою, входи елемента АБО 54 з'єднані з виходами 521,…,52m ознак всіх вузлів рангу 461,…,46m. Пристрій для розпізнавання образів (фіг. 1) працює в двох режимах: режимі навчання (адаптації) та робочому режимі. В режимі навчання (адаптації) на n входи 1 вхідного блока 2 послідовно подаються значення компонент навчальних векторів, з n виходів 8 якого вони подаються на входи блока 3 впорядкування навчальних сигналів, де впорядковані компоненти навчальних векторів зберігаються в регістрах. Дані з n виходів 8 вхідного блока 2 також подаються на входи блока 4 зважування, де помножуються на вагові коефіцієнти, які на першому кроці мають початкові значення, а в процесі навчання послідовно налаштовуються за допомогою блока 6 формування цілочислових ваг. Блок 6 формує на кожному кроці цілочислове значення цих ваг і подає на керуючі входи 11 блока 4 зважування по сигналах належності до впорядкованого навчального вектора, поданого на даному кроці на його входи 10, та по результатах з виходів 12 блока 5 класифікації. При цьому задіяний вхід 18 дозволу блока 5 класифікації. В цьому режимі у блоці 5 класифікації за сигналами керування на його адресних входах 14 та 17 обробляються зважені навчальні сигнали, які подаються на його входи 9 у вигляді матриць розміром mn, де m - кількість класів образів, n - розмірність вхідних векторів. В робочому режимі на інформаційні входи 1 пристрою подається досліджуваний n-вимірний об'єкт (образ) Z. При цьому дані з виходів 8 вхідного блока 2 поступають на n входи блока 4 зважування, який виконує множення кожного елемента вектора Z на відповідні йому цілочислові значення ваг, які у вигляді матриці ваг W розміром mn були сформовані у режимі навчання і зберігаються у блоці 4 зважування. Блок 4 зважування видає зважений вхідний вектор у вигляді 0 матриці А розміром mn на входи 9 блока 5 класифікації, який формує на своїх виходах 7 класифікації m-вимірний сигнал належності вхідного об'єкта (образу) Z до певного класу з m визначених класів образів з урахуванням порогу  класифікації, поданого на його вхід 16. Одночасно на виходах 21 рангів формуються k-розрядні ранги відповідно до кожного з m класів. Сигналом закінчення процесу класифікації образів є наявність одиничного сигналу на виході 15 сигналу "Кінець" пристрою, а присутність одиничного сигналу на виході 19 підсумкового сигналу блока 5 класифікації свідчить про перевищення заданого порогу  в процесі класифікації. Блок 3 впорядкування навчальних сигналів і блок 6 формування цілочислових ваг в робочому режимі вимкнуті. Причому на початку роботи пристрою блок 5 класифікації встановлюється у початковий стан за сигналом на вході 13 скиду пристрою. Блок 5 класифікації (фіг. 2) працює в такий спосіб. Спочатку встановлюють у початковий стан вузол 23 аналізу, вузол 24 оброблення та блок 25 ранжирування за сигналом на вході 13 0 скиду. По входах 9 блока 5 класифікації в обчислювальний блок 22 подається матриця А зважених даних розміром mn вигляду A0  a0  a0  a0   A 0  1, j 1,n   1   1,1          0    0   a i,1  a i, j  a i0n    A 0  , (1) , i          0    0 0 0  a m,1  a m, j  a m,n   A m      причому 3 UA 94439 U 0 a ij  w ij  z j , (2) де w ij - відповідний елемент матриці ваг W; z j - j-й компонент вхідного вектора Z. У вузол 5 10 24 оброблення по входу 16 записують поріг  класифікації за одиничним сигналом на адресному вході 17 блока 5 класифікації. Одночасно у блок 25 ранжирування по входу 20 0 0 початкового вектора рангів записують вектор рангів R=(r 1,…,rm) масивів А 1,…,А m, всі елементи rі якого дорівнюють одиниці, тобто R  1 1  1 . (3) 0 В обчислювальному блоці 22 виконується ітераційний процес оброблення матриці А , в якій 0 кожний рядок розглядають як масив А і (1) зважених даних. Спочатку у кожному стовпці матриці 0 А виконують визначення мінімального елемента вигляду , mintj 1  minait,1 , j  1 n , t  1, N , (4) j i 15 в подальшому поіменованого як мінелемент, де N - кількість етапів оброблення. В результаті формують вектор-рядок з n мінелементів на n виходах 27 обчислювального блока 22 вигляду t t Mint 1  min11,...,mintj 1,...,minn1 . (5)   Потім в обчислювальному блоці 22 виконують паралельне віднімання j-гo мінелемента від t-1 кожного і-го елемента відповідного j-стовпця матриці А , де t  1, N і формують невпорядковану матрицю вигляду t t   t  a1,1  a1, j  a1,n         A t   ait,1  ait, j  ait,n         t t  t  am,1  am, j  am,n     , (6) 20 причому t aij  ait,1  mintj 1 j . (7) Одночасно з цим у вузлі 24 оброблення виконують послідовне віднімання мінелементів t-1 вектор-рядка Min вигляду (5) від порогу  класифікації, який записаний з входу 16 задання порогу блока 5 класифікації, з формуванням поточного порогу t класифікації вигляду n  t   t 1   min t 1 j j 1 25 , t  1, N , (8) де 0   . У режимі навчання (адаптації) одночасно також виконують підсумовування мінелементів t-1 вектор-рядка Мin вигляду (5) з формуванням поточної суми n St   min t 1 j j 1 30 . (9) та виконують накопичення поточних сум вигляду St  St 1  St , (10) 0 де S  0 . При цьому задіяно адресний вхід 14 і вхід 18 дозволу блока 5 класифікації. t 35 Після виконання віднімання у кожному стовпці отриманої матриці A (6) в обчислювальному блоці 22 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 m нульових рядків, тобто t t A1    Ait    Am  0 , t  1, N (11) умову нульового або від'ємного значення поточного порогу t класифікації 40 t  0 (12) і умову появи поточного нульового рядка t Ak  0 , k  1, m . (13) 4 UA 94439 U При виконанні умови (12) процес оброблення продовжують, але якщо умова (11) виконується, то оброблення закінчують. Виконання умови (13) фіксується наявністю одиничного сигналу на k-му виході 26 ознаки t 5 нуля обчислювального блока 22 і свідчить про те, що у деякому циклі t у двовимірній матриці A (6) з'являється деякий k-й рядок з усіма нульовими елементами. Цей рядок вказує на k-й масив чисел А k (1) ( k  1, m ), який є мінімальним за сумою своїх елементів серед початкових масивів 0 0 А 1,…,А m, тобто: 0  t  a1,1    t  ak,1  t A    t  ai,1    t  am,1   t a1, j  t  ak, j  t  ai, j  t am, j  t  a1,n     t  ak,n     t   ai,n    t   am,n   мінімальний масив А0 . (14) k  t 10 15 В цьому випадку накопичена сума S (10) з'являється на відповідному виході 12 результатів блока 5 класифікації за певною адресою на адресному вході 28 вузла 24 оброблення, при 0 цьому вона дорівнює сумі елементів масиву А k. Якщо при цьому умова (12) не виконується, тобто на виході 19 підсумкового сигналу блока 5 класифікації присутній нульовий сигнал, то у 0 подальшій класифікації цей масив А k участі не приймає як такий, що менший за поріг  класифікації. Нульовий k-й рядок в подальшому обробленні участі не приймає і значення його елементів t не беруть до уваги при визначенні мінелементів кожного стовпця поточної матриці A (14). Одночасно у блоці 25 ранжирування маскують елемент r k вектора рангів R (3), що відповідає t нульовому рядку матриці A (14), а всі інші елементи вектора рангів R збільшують на одиницю. t 20 Після перевірки виконання умов (11)-(13) для всіх рядків поточної матриці A (14) паралельно виконують транспозицію елементів з просуванням праворуч усіх нульових t елементів і формують впорядковану матрицю А , яка має вигляд: t t   t   at  1,1  a1, j  a1,n   A1           t    t t A   ai,1  ai, j  ait,n    Ait           t    t t  am,1  am, j  am,n   A t     m  . (15) t 25 Для отриманої матриці А (15) повторюють цикли оброблення, які складаються з вищезазначеної послідовності дій, починаючи з визначення мінелемента (4) у кожному стовпці t поточної матриці А . t 30 Кожний наступний нульовий рядок, який з'явиться у поточній матриці A вказує на масив чисел, який є мінімальним за сумою своїх елементів серед тих масивів (відповідних рядків), які ще приймають участь в обробленні. Такий нульовий рядок також виключають, формують нове значення вектора рангів R з маскуванням і збільшенням на одиницю відповідних його елементів, формують суму елементів даного масиву чисел на відповідному виході 12 результатів блока 5 класифікації за певною адресою на адресному вході 28 вузла 24 оброблення у режимі навчання і оброблення продовжують над тими рядками, які ще мають ненульові елементи. t 35 Оброблення кожної невпорядкованої матриці A (6) триває до тих пір, поки не виконається умова (11) наявності m нульових рядків, при цьому формується одиничний сигнал на виході 15 сигналу "Кінець" блока 5 класифікації. Результатом оброблення є останній 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 5 UA 94439 U         N   A   N  al,1       де N a l, j 0       N  al, j               N   al,n          - l-й рядок, (16) , j  1, n . Цей рядок матриці A за умови (12) вказує на деякий l-й масив чисел А l ( l  1, m ), який є 0 0 максимальним за сумою своїх елементів серед початкових масивів чисел А 1,…,А m і більший за поріг  класифікації. Одночасно завершують у блоці 25 ранжирування формування вектора рангів R, всі елементи якого відповідають рангам відповідних масивів чисел у відсортованій 0 0 послідовності початкових масиві даних А 1,…,А m і фіксуються на виходах 21 рангів. На виходах 7 класифікації вузла 23 аналізу формується одиничний сигнал на виході 7 l, що свідчить про належність вхідного образу до l-го класу. Величина N дорівнює кількості циклів оброблення, 0 0 виконаних в процесі пошуку максимального масиву чисел серед масивів А 1,…,А m. У вузлі 24 оброблення блока 5 класифікації (фіг. 3) для прискорення процесу формування поточного порогу t класифікації вигляду (8) виконують послідовне віднімання вигляду N 5 10    0  t t t  t    t 1  min11  min21    minn1 15  (17) на суматорі 37, який працює в режимі віднімача. Одночасно у суматорі 38 для прискорення t процесу накопичення поточних сум S вигляду (10) у режимі навчання виконують послідовне підсумовування вигляду     t t t St   St 1  min11  min21    minn1 20 25 30 35 40 45 50  . (18) На перший k-розрядний інформаційний вхід суматора 37 подають поточний поріг t-1 класифікації, який зберігають у регістрі 39, а на його другий інверсний k-розрядний інформаційний вхід і на другий інформаційний вхід суматора 38 подають значення мінелемента t-1 t-1 min j з виходу мультиплексора 36, який комутує на цей вихід всі елементи вектор-рядка Міn t-1 t-1 (5) послідовно, починаючи з min 1 до min n, у відповідності з двійковим р- розрядним кодом (p=log2n) на своєму адресному вході, який подають з адресного входу 14 блока 5 класифікації. На перший k-розрядний інформаційний вхід суматора 38 подають результат попереднього підсумовування, який був записаний у регістрі 40. Результат віднімання з інформаційного виходу суматора 37 через мультиплексор 41 подають на k-розрядний інформаційний вхід регістра 39, при цьому на адресному вході 17 блока 5 класифікації присутній нульовий сигнал. Результат підсумовування з інформаційного виходу суматора 38 подають на k-розрядний інформаційний вхід регістра 40. При виконанні умови (12) одиничний сигнал з'являється на виході 19 підсумкового сигналу блока 5 класифікації, оскільки в цьому випадку присутній одиничний сигнал або на виході переносу суматора 37, або на виході елемента АБО-НІ 42 вузла 24 оброблення, що приведе до формування одиничного сигналу на виході елемента АБО 43 вузла 24 оброблення. Отже, одиничний сигнал переносу суматора 37 свідчить про від'ємність поточного порогу t класифікації, а про його нульове значення свідчить одиничний сигнал на виході елемента АБОНІ 42. Виконання умови (11) фіксують наявністю нульового сигналу на виході елемента І-НІ 30 та одиничного сигналу на виході елемента HI 29, тобто на виході 15 сигналу "Кінець" блока 5 класифікації. Одиничний сигнал ознаки нуля з входу 26 i групи входів 261,…,26m подають на вхід елемента РІВНОЗНАЧНІСТЬ 31і групи елементів РІВНОЗНАЧНІСТЬ 31i,…,31m та на вхід елемента І 33i групи елементів І 331,…,33m вузла 23 аналізу. В результаті на виході елемента І 33i на певний проміжок часу формується одиничний сигнал, який встановлює D-тригер 34i групи D-тригерів 341,…,34m в одиничний стан, оскільки на всіх входах елемента РІВНОЗНАЧНІСТЬ 31 і до цього моменту були присутні нульові сигнали, а отже, на виході елемента затримки 32 i був присутній одиничний сигнал. Виходи групи D-тригерів 341,…,34m з'єднані з входами шифратора 35 вузла 23 аналізу, який за наявністю одиничного сигналу на вході 18 дозволу перетворює mрозрядний код на вході в q-розрядний код на його виході (q=log2m) і подає його на адресний вхід демультиплексора 44 через адресний вхід 28 вузла 24 оброблення, на інформаційний вхід якого t з регістра 40 подається накопичена поточна сума S (10) мінелементів, яку формує суматор 38. Отже, у режимі навчання при виконанні умови (13) на і-му виході 12i демультиплексора 44 6 UA 94439 U 0 з'явиться поточна накопичена сума S i мінелементів, яка буде відповідати і-му рядку комірок обчислювального блока 22, який став нульовим на t-му циклі оброблення, тобто з виходу 12i 0 0 результату блока 5 класифікації можна зчитати суму S i елементів і-го масиву А i (1). Одночасно з цим на виході 7i групи виходів 71,…,7m класифікації блока 5 класифікації з'явиться одиничний 5 10 15 20 At сигнал, який буде означати, що обнулився відповідний рядок i матриці (6). Елемент затримки 32i групи елементів затримки 321,…,32m вузла 23 аналізу забезпечує затримку одиничного сигналу з входу 26i групи входів 261,…,26m, який у вигляді нульового сигналу з виходу елемента РІВНОЗНАЧНІСТЬ 31i групи елементів РІВНОЗНАЧНІСТЬ 311,…,31m повинен заборонити надходження одиничного сигналу через елемент І 33 i групи елементів І 331,…,33m. Це необхідно для того, щоб скинути D-тригер 34і групи D-тригерів 341,…,34m в нульовий стан, але не одразу, а через певний проміжок часу, який задає елемент затримки 32 і і t тим самим забезпечує можливість зчитування відповідної суми S (10) з відповідного виходу 12i результату блока 5 класифікації у режимі навчання. Отже, при наявності нульового сигналу з виходу елемента НІ 29, одиничний сигнал ознаки нуля на вході 26i викличе встановлення в одиничний стан D-тригера 34і 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 34і ( i  1, m ) виконується поступово для всіх D-тригерів 34i, крім останнього l-го, оскільки в цей час на виході елемента НІ 29 з'явиться одиничний сигнал, який дозволить проходження одиничного сигналу з виходу елемента РІВНОЗНАЧНІСТЬ 31l через елемент затримки 32l і елемент І 33l на вхід D-тригера 34l. N 25 30 35 40 45 50 55 Таким чином, для останнього l-го рядка матриці A (16) відповідний D-тригер 34l залишиться в одиничному стані, в результаті на виході 7l класифікації блока 5 класифікації буде присутній одиничний сигнал, який вказує на максимальний за сумою його елементів векторний 0 масив Аl з урахуванням порогу  класифікації. При цьому, якщо на виході 19 підсумкового сигналу блока 5 класифікації присутній одиничний сигнал, то сума зважених елементів цього масиву більша, ніж поріг  класифікації. При нульовому сигналі на виході 19 підсумкового сигналу блока 5 класифікації вона менше за поріг  класифікації. Одиничний сигнал на виході 15 сигналу "Кінець" блока 5 класифікації свідчить про закінчення процесу оброблення. Вузол рангу 46i блока 25 ранжирування (фіг. 4) працює в такий спосіб. Спочатку встановлюють у нульовий стан лічильник 51 і в одиничний стан RS-тригер 48 за одиничним сигналом на вході 13 скиду пристрою. За одиничним сигналом на вході вузла рангу 46 і, який з'єднаний з входом 20 початкового вектора рангів пристрою, у лічильник 51 записується одиничне значення по його інформаційному D-входу, яке фіксується на його k-розрядному виході 21і рангу. На початку роботи пристрою на вході 26і вузла рангу 46i присутній нульовий сигнал, який проходячи через елемент І 50, встановлює нульовий сигнал на виході 52i ознаки вузла рангу 46і, а проходячи через елемент НІ 47, фіксує одиничний сигнал на першому вході елемента І 49. Якщо при цьому на другий вхід елемента І 49 надходить одиничний імпульс з виходу 53 елемента АБО 54, то з'являється одиничний імпульс на його виході, який подається на вхід прямої лічби лічильника 51 і збільшує його вміст на одиницю. Отже, за наявністю нульового сигналу на вході 26і з кожною появою одиничного імпульсу на виході 53 елемента АБО 54 вміст лічильника 51 збільшується на одиницю. Ємність лічильника 51 дорівнює величині k=log2m, де m - кількість масивів, отже, у ньому може бути сформовано 0 0 максимальний ранг кожного з масивів А 1,…,А m. Після появи одиничного сигналу на вході 26і, t що відповідає формуванню масиву чисел А і з нульовими елементами, забороняється процес лічби у лічильнику 51 через наявність нульового сигналу на виході елемента НІ 47, тобто через відсутність появи одиничного імпульсу на виході елемента І 49. Отже, на виході 21 і рангу 0 фіксується остаточний k-розрядний ранг ri, що відповідає масиву чисел А i. Крім того, скидається у нульовий стан RS-тригер 48, оскільки одиничний сигнал зі входу 26і подається на його R-вхід. Але до встановлення нульового сигналу на прямому виході RS-тригера 48 одиничний сигнал зі входу 26i формує на виході елемента І 50 короткий одиничний сигнал (імпульс), який з'являється на виході 52і ознаки вузла рангу 46i. Після появи нульового сигналу на прямому виході RS-тригера 48 на виході елемента І 50, а отже, на виході 52 i ознаки вузла рангу 46i встановлюється нульовий сигнал, який свідчить про те, що ранг відповідного масиву 0 А і сформовано у лічильнику 51 вузла рангу 46і, тобто вузол рангу 46i маскується. Розглянемо приклад реалізації класифікації n-вимірного образу у вигляді векторного масиву чисел. Нехай маємо вхідний образ Z  5 3 6 4 та матрицю вагових коефіцієнтів 7 UA 94439 U 5  4 W  2 3  6 2 2  3 1 5 7 5 1  2 4 7  . (19) Після виконання множення вагових коефіцієнтів на елементи вхідного образу, отримаємо початкову двовимірну матрицю вигляду  25 18 12 8     20 9 6 20  0 A    10 21 30 4   15 6 24 28    . (20) 5 0 Відповідну матрицю А (20) зафіксовано в обчислювальному блоці 22, отже маємо чотири ( i  1, 4 ) масиви чисел ( j  1, 4 ) числа ai0j , A i0 за кількістю класів класифікації, кожний з яких містить по чотири за кількістю елементів у вхідному векторному масиві даних. Поріг  класифікації дорівнює 65. Початкові ранги масивів 0 A1 ,..., A 0 4 тобто R  1 1 1 1 . 10 дорівнюють одиниці, Цикли оброблення матриці А (20) з урахуванням порогу =65 представлено у вигляді таблиці 1, де показано також накопичення поточних сум мінелементів (у режимі навчання). 0 Таблиця 1 Цикл/операція Дія Результат (числова матриця) і коментар 1 2 3 Формування рядка мінелементів (пошук 0 1/1 Min  10 6 6 4 мінімального елемента стовпця) 4  25  10 18  6 12  6 8  4  15 12 6     9  6 6  6 20  4  10 3 0 16   21 6 30  6 4  4   0 15 24 0     15  10 6  6 24  6 28  4   5 0 18 24      Формування невпорядкованої матриці 1  20  10 (віднімання мінелементів у кожному A   стовпці матриці).  10  10 1/2 S1  10  6  6  4  26 Формування поточної суми. Накопичення поточних сум Формування оброблення поточного S1  0  26  26 порогу 1  65  10  6  6  4  39 15 12 6 4   3 16 0  24 0 0     5 18 24 0     впорядкованої матриці елементів у рядках з A1  10 15 нульових елементів 1/3 Формування (транспозиція просуванням праворуч) 2/1 Формування рядка мінелементів 1 Min  5 3 0 0 Формування невпорядкованої матриці 2/2 15  5 12  3 6 4  10 9 6    3  3 16 0   5 0 16 2 10  5 A   15  5 24  3 0 0  10 21 0  5  5 18  3 24 0   0 15 24    Формування поточної суми. S2  5  3  0  0  8 Накопичення поточних сум S2  26  8  34 Формування оброблення 2/3 поточного порогу Формування впорядкованої матриці 2  39  5  3  0  0  31 10 9 6 4    2  5 16 0 0  A   10 21 0 0  15 24 0 0    8 4  0 0  0  UA 94439 U Продовження табл.1 Цикл/операція Дія Результат (числова матриця) і коментар 3/1 Формування рядка мінелементів Min2  5 9 0 0 10  5 9  9   5  5 16  9 Формування A3   невпорядкованої матриці 10  5 21 9 15  5 24  9  Формування поточної суми. Накопичення поточних сум Формування поточного порогу оброблення 3/3 Формування впорядкованої матриці 4/1 Формування рядка мінелементів 4  0 0  0  S3  34  14  48 5 6 4  7 0 0 A3    5 12 0 10 15 0  6 4  5 0 6   0 0  0 7 0  0 0   5 12 0   0 0  10 15 0   Min3  5 0 0 0 3/2 S3  5  9  0  0  14 3  31 5  9  0  0  17 0  0 0  0   55 6 4   75 0 0 Формування A4   невпорядкованої матриці  5  5 12 0 10  5 15 0  Формування поточної суми. Накопичення поточних сум Формування поточного порогу оброблення 4/3 Формування впорядкованої матриці 5/1 Формування рядка мінелементів 0  0 0  0  S4  48  5  53 6 4  2 0 4 A  12 0  5 15  0 0 6 4   0 2 0 0  0   0 12 0   0   5 15 0   Min4  2 0 0 0 4/2 S4  5  0  0  0  5 4  17  5  0  0  0  12 0 0  0 0 0 0  0 0   62 4   22 0 5 A  Формування 12  2 0  5  2 15 невпорядкованої матриці  0 0  4 4   0 0  0 0  0 0  10 0   0 0   3 15   0 0  0 0 0 0  0 0  мінімальний масив A0 2 до Отримано перший нульовий рядок двовимірної матриці, 5/2 який вказує на те, що масив чисел 0 A1 A0 2 серед масивів , , подальшого оброблення. Формування суми. поточної S  2  0  0  0  2 5 9 A0 3 , A0 4 A0 2 є мінімальним . Цей рядок включають з UA 94439 U Продовження табл.1 Цикл/операція Дія Результат (числова матриця) і коментар 5 S  53  2  55 ( S02 ) Накопичення поточних сум Сформована сума S5 дорівнює 0 елементів масиву A 2 . Формування поточного порогу   12  2  0  0  0  10 5 оброблення Формування поточного вектора R  2 1 2 2 рангів 5/3 Формування впорядкованої матриці 4 4    5 A  10 0  3 15  6/1 Формування рядка мінелементів Min5  3 0 0 0 Формування невпорядкованої матриці  43 4     6 A  10  3 0  3  3 15  6/2 Формування поточної суми. Накопичення поточних сум Формування поточного порогу оброблення 0 0    0 0  0 0  0 0  1 4         0 0 7 0   0 0   0 15   S6  3  0  0  0  3 0 0    0 0  0 0  S6  55  3  58 6  10  3  0  0  0  7 6/3 Формування впорядкованої матриці 1   6 A  7 15  7/1 Формування рядка мінелементів Min6  1 0 0 0 Формування невпорядкованої матриці  1 1    7 A   7 1 15  1  7/2 Формування поточної суми. Накопичення поточних сум Формування поточного порогу оброблення 4 0 0     0 0 0  0 0 0  4 0 0  0         0 0 0  6   0 0 0  14   S7  1 0  0  0  1 S7  58  1  59 7  7  1  0  0  0  6 7/3 Формування впорядкованої матриці 4   A7   6 14  8/1 Формування рядка мінелементів Min7  4 0 0 0 10 0 0 0     0 0 0  0 0 0  4 0 0     0 0 0  0 0 0  сумі S02 UA 94439 U Продовження табл.1 Цикл/операція Дія Результат (числова матриця) і коментар  44   A8    64 14  4  0 0 0  0         0 0 0  2   0 0 0  10   0 0 0     0 0 0  0 0 0 0  мінімальний масив A1 Формування невпорядкованої Отримано наступний нульовий рядок двовимірної матриці, який матриці вказує на те, що масив чисел 0 A1 8/2 Формування поточної суми. Накопичення поточних сум Формування поточного порогу оброблення Формування поточного вектора рангів , A0 3 , A0 4 0 A1 є мінімальним серед масивів . Цей рядок включають з подальшого оброблення. S8  4  0  0  0  4 S8  59  4  63 ( S01 ) 8 0 0 Сформована сума S дорівнює сумі S 1 елементів масиву A 1 . 8  6  4  0  0  0  2 R  2 1 3 3 8/3 Формування впорядкованої матриці    A8   2 10         0 0 0  0 0 0  9/1 Формування рядка мінелементів Min8  2 0 0 0      A9    22 10  2               0 0 0 0   0 0 0 8          0 0 0  0 0 0  Формування A0 мінімальний масив 3 невпорядкованої Отримано наступний нульовий рядок двовимірної матриці, який матриці вказує на те, що масив чисел A0 3 9/2 Формування поточної суми. , A0 4 A0 3 є мінімальним серед масивів . Цей рядок включають з подальшого оброблення. S9  2  0  0  0  2 S9  63  2  65 ( S03 ) Накопичення поточних сум 9 0 Сформована сума S дорівнює сумі S 3 елементів масиву Формування поточного порогу оброблення Формування поточного вектора рангів 9  2  2  0  0  0  0 A03 . Нульове значення ініціює формування одиничного підсумкового сигналу пристрою, масив R  2 1 3 4 11 A0 3 дорівнює порогу  класифікації. UA 94439 U Продовження табл.1 Цикл/операція Дія Результат (числова матриця) і коментар 9/3 Формування впорядкованої матриці    A9    8             0 0 0  10/1 Формування рядка мінелементів Min9  8 0 0 0                          8  8 0 0 0 0 Формування   10 невпорядкованої A     матриці             0 0 0  наступний мінімум Цей рядок вказує на те, що масив чисел серед масивів Формування поточної суми. 10/2 Накопичення поточних сум 0 A1 , A0 2 , A0 3 , A0 4 A0 4 A0 4 є максимальним . S10  8  0  0  0  8 S10  65  8  73 ( S04 ) 10 0 Сформована сума S дорівнює сумі S 4 елементів масиву A0 4 . Формування поточного порогу оброблення Остаточний вектор рангів сформовано 10  0  8  0  0  0  8 Від'ємне значення поточного порогу класифікації свідчить про те, що масив A0 4 більший за поріг  класифікації R  2 1 3 4 Отже, максимальним за сумою своїх елементів є масив S0 4 5 A0 4 , сума елементів якого дорівнює  73 , тобто вхідний образ належить до четвертого класу образів за даною класифікацією. 0 Крім того, в процесі оброблення матриці А (20) у режимі навчання було сформовано значення S0 S0 S0 S0 сум 1 , 2 , 3 , 4 , які задіяні для формування відповідних цілочисельних ваг. Також отримано вектор рангів R, елементи якого вказують на те, що найближчим за сумою своїх елементів до A0 10 15 A0 A0 A0 максимального масиву 4 є масив 3 , наступним - масив 1 і, нарешті, найменший масив 2 . Кількість циклів оброблення, виконаних в процесі пошуку цього максимуму, дорівнює 10. Таким чином, використання проміжних результатів оброблення однойменних елементів в усіх рядках матриці зважених даних до послідовного формування рядків з нульовими елементами дозволяє розширити функціональні можливості пристрою для розпізнавання образів у вигляді векторних масивів даних, по-перше, через паралельне врахування величини порогу класифікації, що може бути використано в подальшому для кластеризації образів. Подруге, через послідовне визначення сум елементів відповідних масивів зважених даних, що може бути використано для формування вагових коефіцієнтів в процесі навчання при розпізнаванні образів. По-третє, через одночасне формування вектора класифікації і вектора рангів, що може бути використано для ранжирування дискримінантних функцій при класифікації образів. 20 12 UA 94439 U ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 5 10 15 20 25 Пристрій для розпізнавання образів, який містить блок зважування, блок впорядкування навчальних сигналів і блок формування цілочислових ваг, входи якого з'єднані з відповідними виходами блока впорядкування навчальних сигналів, а виходи з'єднані з керуючими входами блока зважування, вхідний блок і блок класифікації, причому входи вхідного блока є інформаційними входами пристрою, а його виходи з'єднані з входами блока впорядкування навчальних сигналів та блока зважування, виходи якого з'єднані з входами блока класифікації, вхід скиду, перший і другий адресні входи, вхід дозволу та вхід задання порогу якого з'єднані з відповідними входами пристрою, перша група виходів блока класифікації з'єднана з другими входами блока формування цілочислових ваг, друга група виходів блока класифікації є інформаційними виходами пристрою, перший вихід є його виходом підсумкового сигналу, а другий вихід - виходом сигналу "Кінець" пристрою, який відрізняється тим, що третя група виходів блока класифікації є виходами рангів пристрою, крім того, блок класифікації складається з обчислювального блока, вузла аналізу, вузла оброблення і блока ранжирування, причому входи блока класифікації з'єднані з mn входами обчислювального блока, виходи ознаки нуля якого з'єднані з m входами вузла аналізу і блока ранжирування, а n виходи з'єднані з групою інформаційних входів вузла оброблення, q - розрядний вихід вузла аналізу з'єднаний з третім адресним входом вузла оброблення, вхід скиду, перший і другий адресні входи, вхід задання порогу блока класифікації з'єднані з відповідними входами вузла оброблення, m виходи і перший вихід якого відповідно є першою групою виходів та виходом підсумкового сигналу блока класифікації, вхід скиду і вхід дозволу блока класифікації з'єднані також з відповідними входами вузла аналізу, m виходів якого є другою групою виходів блока класифікації, а його вихід ознаки є виходом сигналу "Кінець" пристрою, вхід скиду і вхід початкового вектора рангів блока класифікації з'єднані з відповідними входами блока ранжирування, а його m k-розрядні виходи є третьою групою виходів блока класифікації. 13 UA 94439 U 14 UA 94439 U Комп’ютерна верстка Д. Шеверун Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 15