Пристрій для розпізнавання образів

Пристрій для розпізнавання образів, який містить блок зважування, блок впорядкування навчальних сигналів і блок формування цілочисельних ваг, входи якого з'єднані з відповідними виходами блока впорядкування навчальних сигналів, а ви 3 38497 4 з'єднані з керуючими входами блока зважування, навчальних сигналів, де впорядковані компоненти введено вхідний блок і блок класифікації, причому навчальних векторів зберігаються в регістрах. Дані входи вхідного блока є інформаційними входами з n виходів 8 вхідного блока 2 також подаються на пристрою, а його виходи з'єднані з входами блока входи блока 4 зважування, де помножуються на впорядкування навчальних сигналів та блока звавагові коефіцієнти, які на першому кроці мають жування, виходи якого з'єднані з входами блока початкові значення, а в процесі адаптації послідокласифікації, вхід скиду і вхід адреси якого з'єднані вно налаштовуються за допомогою блока 6 форз відповідними входами пристрою, виходи резульмування цілочисельних ваг. Блок 6 формує на котатів блока класифікації з'єднані з другими входажному кроці цілочисельне значення цих ваг і подає ми блока формування цілочисельних ваг, його на входи 11 блока 4 зважування по сигналах навиходи класифікації є відповідними виходами прилежності до впорядкованого навчального вектора, строю, а ви хід ознаки є виходом сигналу «Кінець» поданого на даному кроці на його входи 10, та по пристрою. результатах з виходів 12 блока 5 класифікації. У На Фіг.1 показано структурн у схему пристрою блоці 5 класифікації за сигналами керування на для розпізнавання образів, на Фіг.2 подано функйого адресному вході 14 обробляються зважені ціональну схему блока класифікації, на Фіг.3 навенавчальні сигнали, які подаються на його входи 9 у дено приклад роботи пристрою у режимі адаптації вигляді матриць розміром m´n, де m - кількість (навчання). класів образів, n - розмірність вхідних векторів. На Пристрій для розпізнавання образів (Фіг.1) міспочатку роботи блок 5 класифікації встановлюєтьтить n інформаційних входів 1, вхідний блок 2, ся у початковий стан за сигналом скиду на його блок 3 впорядкування навчальних сигналів, блок 4 вході 13. зважування, блок 5 класифікації, блок 6 формуВ робочому режимі на інформаційні входи 1 вання цілочисельних ваг, m виходів 7 класифікації. пристрою подається досліджуваний n-вимірний Інформаційні входи 1 пристрою з'єднані з n входаоб'єкт (образ) Z. При цьому дані з виходів 8 вхідноми вхідного блока 2, виходи 8 якого з'єднані з n го блока 2 поступають на n входи блока 4 зважувходами блока 3 впорядкування навчальних сигвання, який виконує множення кожного елемента налів і n входами блока 4 зважування, виходи яковектора на відповідні йому цілочисельні значення го підключені до n у-m входів 9 блока 5 класифікаваг, які у вигляді матриці ваг W розміром m х n ції. були сформовані у режимі адаптації і зберігаються Виходи блока 3 впорядкування навчальних сиу блоці 4 зважування. Блок 4 зважування видає гналів з'єднані з n входами 10 блока 6 формування зважу вальний вхідний вектор у вигляді матриці цілочисельних ваг, m виходів якого з'єднані з керозміром m´n на входи 9 блока 5 класифікації, руючими входами 11 блока 4 зважування. Виходи який формує на своїх вихода х 7 класифікації m12 результатів блока 5 класифікації з'єднані з m вимірний сигнал приналежності вхідного об'єкта відповідними входами блока 6 формування ціло(образу) до певного класу з m визначених класів чисельних ваг, ви ходи 7 класифікації пристрою образів. Сигналом закінчення процесу класифікації з'єднані з відповідними m виходами блока 5 клаобразів є наявність нульового сигналу на виході 14 сифікації, вхід 13 скиду якого з'єднаний з відповідсигналу «Кінець» пристрою. ним входом пристрою, його адресний вхід 14 з'єдБлок 3 впорядкування навчальних сигналів і наний з відповідним входом пристрою, а його вихід блок 6 формування цілочисельних ваг в робочому ознаки є виходом 15 сигналу «Кінець» пристрою. режимі вимкнуті. Блок 5 класифікації (Фіг.2) складається з обчиБлок 5 класифікації (Фіг.2) працює в такий спослювального блока 16, вузла 17 аналізу і вузла 18 сіб. В обчислювальному блоці 16 виконується ітеоброблення. Група входів 9 блока 5 класифікації раційний процес оброблення матриці А0 зважених з'єднана з m´n входами обчислювального блока даних вигляду 16, виходи 19 ознаки нуля якого з'єднані з групою æ a0 0 0 ö m´n входів вузла 17 аналізу, а група n виходів 20 ç 11 ... a1 j ... a1,n ÷ æ A 0 ö , , ç ÷ ç 1÷ з'єднана з інформаційними входами вузла 18 об. . . . ÷ ç . ÷ ç . роблення. Група m виходів вузла 17 аналізу з'єдç ÷ (1) A 0 = ç a0 ... a 0 ... a 0 ÷ = ç A 0 ÷, нана з входами 21 заборони обчислювального ç i,1 i, j i,n ÷ i ÷ ç блока 16, а q - розрядний вихід вузла 17 аналізу ç . . . . . ÷ ç . ÷ ç 0 (q=log2m) з'єднаний з входом 22 адреси вузла 18 0 0 ÷ çA0 ÷ ç a m,1 ... a m, j ... a m,n ÷ è m ø оброблення. Вхід 13 скиду та адресний вхід 14 è ø блока 5 класифікації з'єднані з відповідними вхо0 = w ×z , де a ij j дами вузла 18 оброблення, виходами якого є m ij виходів 12 результатів блока 5 класифікації. Група Спочатку у кожному стовпці матриці A 0 виковиходів вузла 17 аналізу є m виходами 7 класифікації блока 5 класифікації, а його вихід є виходом нують визначення мінімального елемента вигляду 15 сигналу «Кінець» блока 5 класифікації. t -1 t -1 Пристрій для розпізнавання образів (Фіг.1) (2) min = min a , j = 1 n, , j працює у двох режимах: режимі адаптації (навчанi i, j в подальшому поіменованого як мінелемент. В ня) та робочому режимі. результаті формують вектор-рядок з n мінелеменВ режимі адаптації (навчання) на n входи вхідтів ного блока 2 послідовно подаються значення комMint-1=mint-11,..., min t-1j,..., (min t-1n). (3) понент навчальних векторів, з n виходів 8 якого вони подаються на входи блока 3 впорядкування 5 38497 6 Потім виконують паралельне віднімання j-ro який є мінімальним за сумою своїх елементів семінелемента від кожного і-го елемента відповідноред тих масивів (відповідних рядків), які ще приt-1 ймають участь в обробленні. Такий нульовий ряго j - стовпця матриці А , де t = 1 N і формують , док виключають з оброблення за відповідним невпорядковану матрицю вигляду сигналом на входах 21 заборони обчислювального t t æ t ö блока 16 і оброблення продовжують над тими рядç a 11 ... a 1 j ... a 1 n ÷ , , , ками, які ще мають ненульові елементи. До цього ç ÷ . . . . ÷ моменту у вузлі 18 оброблення в режимі адаптації ç . t (4) накопичено суму S0 k елементів мінімального маA = ç a t i,1 ... a t i, j ... a t i, n ÷ , ç ÷ сиву А0 k на відповідному виході 12 результатів . . . . . ÷ ç вузла 18 оброблення за сигналом на його вході 22 ç ÷ ç a t m,1 ... a t m, j ... at m, n ÷ адреси. è ø t причому Оброблення двовимірної матриці A триває t до тих пір, поки не виконається умова (8) наявності (5) a i, j = a t -1 - mint - 1 , m нульових рядків і не сформується нульовий сигi, j j нал на виході 15 сигналу «Кінець» пристрою. Реде N- кількість етапів оброблення. Одночасно з цим у вузлі 18 оброблення в результатом оброблення є останній рядок, який має жимі адаптації (навчання) виконують підсумовунульові елементи за умови, що решта рядків були вання мінелементів вектор-рядка, які подають з виключені з оброблення як нульові, тобто матриця у цьому циклі (t = N) має вигляд виходів 20 обчислювального блока 16, формують поточну суму вигляду æ ... ... - ö ç ÷ n . . . . ç . ÷ t -1, (6) S t = å minj ç ... ... - ÷ j =1 ÷ Nç A ç . . . . . . ÷ - l - й рядок, (10) та виконують накопичення поточних сум вигляду ç N ÷ N N St=St-1 + St (7) ç a l,1 ... a l, j ... a l,n ÷ 0 де S = 0. ç . ÷ . . . . Після виконання віднімання у кожному стовпці ç ÷ ç ... ... - ÷ è ø t отриманої матриці A (4) в обчислювальному N , блоці 16 є хоча б один нульовий елемент, а відподе a l, j = 0, j = 1 n . відно, в кожному рядку може бути один, декілька, Отже, на виходах 7 класифікації пристрою всі або не бути взагалі нульових елементів. У вузлі сформовано m-вимірний сигнал, в якому одиничне 17 аналізу перевіряють умову наявності т нульозначення має l -й елемент, що свідчить про привих рядків, тобто належність вхідного образу Z до l -го класу з m t t t (8) , A 1 =... = A i =... = A m = 0, t = 1 N , класів образів. за сигналами з виходів 19 ознаки нуля обчисРозглянемо приклад роботи пристрою у режилювального блока 6. мі адаптації (навчання) (Фіг.3). Нехай маємо вхідЯкщо ця умова виконується, то оброблення ний навчальний образ у вигляді вектора Z = (5 3 6 4) та початкову матрицю вагових коефіцієнтів t двовимірної матриці A завершують і формують æ5 6 2 2 ö нульовий сигнал «Кінець» на виході 15 пристрою. ç ÷ У протилежному випадку оброблення продовжуç4 3 1 5÷ (11) W =ç ють. ÷. ç2 7 5 1÷ При появі нульових елементів у стовпцях обç3 2 4 7 ÷ è ø роблюваної матриці Аt в обчислювальному блоці Після виконання множення вагових коефіцієн16 для всіх рядків матриці паралельно виконують тів на елементи вхідного образу, отримаємо початранспозицію елементів з просуванням праворуч ткову двовимірну матрицю вигляду усі х нульових елементів і формують впорядковану матрицю А', яка має вигляд æ 25 18 12 8 ö ç ÷ æ at t t ö 0 = ç 20 9 6 20 ÷ . , ç 1,1 ... a 1 j ... a 1,n ÷ (12) A ç 10 21 30 4 ÷ ç . . . . . ÷ ç ÷ ç ÷ ç 15 6 24 28 ÷ (9) A t = ç a t i,1 ... a t i, j ... a t i, n ÷. è ø ç ÷ Цикли оброблення матриці А0(12) представле. . . . ÷ ç . но на Фіг.3, де показано також накопичення поточç a t m,1 ... at m, j ... a t m,n ÷ è ø них сум мінелементів. Для отриманої матриці Аt повторюють цикли Отже, максимальним за сумою своїх елеменоброблення, які складаються з вищезазначеної тів, яка дорівнює S04=75, є масив A04 тобто вхідний послідовності дій, починаючи з визначення мінеобраз належить до четвертого класу образів за лемента у кожному стовпці матриці Аt. даною класифікацією. Кількість циклів оброблення, виконаних в процесі пошуку цього максимуму, t Кожний нульовий рядок A k, який з'я виться у дорівнює 10. Крім того, в процесі оброблення матt риці А0 (12) у режимі адаптації були сформовані двовимірній матриці A , вказує на масив чисел, 7 38497 значення сум S01, S02 , S0 3, S 04 , які використано æ 25 16 12 8 ö ç ÷ блоком 6 формування цілочисельних ваг для наç 14 9 6 20÷ лаштування вагових коефіцієнтів матриці W. A0 = ç ÷ Приклад класифікації у робочому режимі приç 10 22 31 5 ÷ ç 13 7 21 29÷ строю зважених елементів вхідного масиву у виè ø гляді двовимірної матриці вигляду наведено у таблиці 1. 8 (13) Таблиця 1 Цикл/ операція 1 1/1 1/2 1/3 2/1 Дія Результат (числова матриця) і коментар 2 Формування рядка мінелементів (пошук мінімального елемента стовпця) 3 Міn0=(10 7 6 5) Формування невпорядкованої матриці (віднімання мінелементів у кожному стовпці матриці). æ 25 - 10 16 - 7 12 - 6 8 - 5 ö æ15 9 6 3 ö ç ÷ ç ÷ 1 ç14 - 10 9 - 7 6 - 6 20 - 5 ÷ ç 4 2 0 15 ÷ A =ç =ç 10 - 10 22 - 7 31 - 6 5 - 5 ÷ 0 15 25 0 ÷ ç ÷ ç ÷ ç13 - 10 7 - 7 21 - 6 29 - 5 ÷ ç 3 0 15 24 ÷ è ø è ø Формування впорядкованої матриці (транспозиція елементів у рядках з просуванням нульових елементів праворуч) Формуваня рядка мінелементів 2/2 Формування невпорядкованої матриці 2/3 Формування впорядкованої матриці 3/1 3/2 3ö ÷ 0÷ 0÷ ÷ 0÷ ø Міn1 = (3 2 0 0) 2 6 æ 15 - 3 9 - 2 6 3 ö æ 12 7 ç ÷ ç 4 - 3 2 - 2 15 0 ÷ ç 1 0 15 ç =ç ÷=ç ç 15 - 3 25 - 2 0 0 ÷ ç 12 23 0 ç 3 - 3 15 - 2 24 0 ÷ ç 0 13 24 è ø è æ 12 7 6 3 ö ç ÷ ç 1 15 0 0 ÷ A2 = ç ÷ ç 12 23 0 0 ÷ ç 13 24 0 0 ÷ è ø Формування рядка мінелементів Формування невпорядкованої матриці 6 æ 15 9 ç ç 4 2 15 A1 = ç ç 15 25 0 ç 3 0 24 è A 3ö ÷ 0÷ 0÷ ÷ 0÷ ø Міn2 = (1 7 0 0) æ 12 - 0 7 - 7 ç ç 1 - 1 15 - 7 A =ç ç 12 - 1 23 - 7 ç 13 - 1 24 - 7 è 3 6 3ö 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 æ 11 6 3 ç ç8 0 0 A3 = ç ç 11 16 0 ç 12 17 0 è 3ö ÷ 0÷ 0÷ ÷ 0÷ ø 0ö ÷ 0÷ 0÷ ÷ 0÷ ø 3/3 Формування впорядкованої матриці 4/1 Формування рядка мінелементів 4/2 æ 11- 8 7 3 0 ö æ 3 6 3 0 ö ç ÷ ç ÷ ç 8 - 8 0 0 0÷ ç0 0 0 0÷ A =ç ÷ =ç ÷ ç 11- 8 16 0 0 ÷ ç 3 16 0 0 ÷ Формування невпорядкоç 12 - 8 17 0 0 ÷ ç 4 17 0 0 ÷ è ø è ø ваної матриці мінімальний масив А02 Отримано перший нульовий рядок двовимірної матриці, який вказує на те, що масив чисел А02 Є мінімальним серед масивів А0 1, А02,А03 , А0 4. Цей рядок виключають з подальшого оброблення. Міn3 = (8 0 0 0) 4 9 4/3 Формування рядка мінелементів 5/2 Формування невпорядкованої матриці 10 æ3 6 3 ç ç- - A4 = ç ç 3 16 0 ç 4 17 0 è Формування впорядкованої матриці 5/1 38497 5/3 6/2 6/3 3 0ö æ0 0 3 ÷ ç - -÷ ç- - = 0 0 ÷ ç 0 10 0 ÷ ç 0 0 ÷ ç 1 10 0 ø è æ3 0 ç ç- A5 = ç ç 10 0 ç 1 10 è Формування впорядкованої матриці 7/1 æ3 - 3 6 - 6 ç ç A =ç ç 3 - 3 16 - 6 ç 4 - 3 17 - 6 è 5 Формування рядка мінелементів Формування невпорядкованої матриці Міn4 = (3 6 0 0) Формування впорядкованої матриці 6/1 0ö ÷ -÷ 0÷ ÷ 0÷ ø Формування рядка мінелементів 0ö ÷ -÷ 0÷ ÷ 0÷ ø 0 0ö ÷ - -÷ 0 0÷ ÷ 0 0÷ ø Міn5 = (1 0 0 0) æ 3 -1 ç ç A =ç ç 10 - 1 ç 1-1 è 6 0 0ö æ2 0 ÷ ç - - -÷ ç- = 0 0 0÷ ç9 0 ÷ ç 11 0 0 ÷ ç 0 11 ø è æ 2 0 0 0ö ç ÷ ç - - - -÷ A6 = ç ÷ ç 9 0 0 0÷ ç 11 0 0 0 ÷ è ø 0 0 0ö ÷ - -÷ 0 0÷ ÷ 0 0÷ ø Min6 =(2 0 0 0) æ 2 - 2 0 0 0ö æ0 0 ç ÷ ç - - -÷ ç- ç A =ç ÷ =ç ç 9 - 2 0 0 0÷ ç7 0 ç 11- 2 0 0 0 ÷ ç 9 0 è ø è наступний мінімум А0 1 æ - - - -ö ç ÷ ç - - - -÷ A7 = ç ÷ ç 7 0 0 0÷ ç 9 0 0 0÷ è ø 7 0 0ö ÷ - -÷ 0 0÷ ÷ 0 0÷ ø 7/2 Формування невпорядкованої матриці. 7/3 Формування впорядкованої матриці 8/1 Формування рядка мінелементів 8/2 - - -ö æ- - - -ö æ ç ÷ ç ÷ - - -÷ ç- - - -÷ ç A =ç =ç ÷ ÷ ç7 - 7 0 0 0 ÷ ç 0 0 0 0 ÷ Формування невпорядкоç9 - 7 0 0 0 ÷ ç 2 0 0 0 ÷ è ø è ø ваної матриці наступний мінімум А0 3 Отримано наступний нульовий рядок двовимірної матриці, який вказує на те, що масив чисел А03 є мінімальним серед масивів А0 3, А04 . Цей рядок виключають з подальшого оброблення. Min7 = (7 0 0 0) 8 8/3 Формування впорядкованої матриці 9/1 Формуваня рядка мінелементів æç 8 = çA çç ç2 è - - -ö ÷ - - -÷ - - -÷ ÷ 0 0 0÷ ø Min8 = (2 0 0 0) 11 9/2 38497 12 æ- - - -ö ç ÷ 9 ç- - - -÷ A =ç ÷ Формування невпорядкоç- - - -÷ ç0 0 0 0÷ ваної матриці è ø максимум А0 4 Цей рядок вказує на те, що масив чисел А0 4 є максимальним серед масивів А01 , А0 2, А03 , А04. Отже, максимальним за сумою своїх елементів є масив А0 4, тобто вхідний образ належить до четвертого класу образів за даною класифікацією. Кількість циклів оброблення, виконаних в процесі пошуку цього максимуму, дорівнює 9. Запропонований пристрій має розширені функціональні можливості, оскільки після режиму адаптації (навчання) у робочому режимі формується m-вимірний вихідний сигнал приналежності вхідного образу до і-го класу, про що свідчить наявність одиничного i-го елемента вихідного вектора класифікації. 13 Комп’ютерна в ерстка В. Мацело 38497 Підписне 14 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