Спосіб логічного розпізнавання об’єктів

Спосіб логічного розпізнавання об'єктів, що полягає у виборі логічних ознак для заданого складу класів об'єктів, у визначенні логічних ознак невідомого розпізнаваного об'єкта, генерації логічних описів класів, виконанні розпізнавання невідомого об'єкта, який відрізняється тим, що для визначення логічних ознак використовують інформацію фізичних вимірників і їхніх комбінацій, C2 2 (19) 1 3 82212 усіма труднощами і обмеженнями для широкого застосування, що звідси випливають. Другим недоліком розглянутої методології, який виявляється при побудові відповідного логічного класифікатора, є складність виконання суп утніх операцій перевірки істинності булевих рівнянь в алгебрі логіки навіть при невеликій розмірності вектора логічних ознак. І хоча для усунення труднощів, які тут виникають, те ж джерело [1] пропонує алгоритм автоматизації процесу побудови скороченого базису, що забезпечує обчислення добутку булевих функцій, приведення булевих функцій до тупикової форми, одержання заперечення булевої функції, ці дії мають достатню складність і вимагають достатньої теоретичної підготовки. Третім недоліком тієї ж методології є те, що її реалізація стосується тільки описів зв'язків логічних перемінних і рішень, що в алгебрі логіки , а вимоги до логічних ознак об'єктів тут не пред'являються, тобто їхній вплив на рішення, що маються, залишається осторонь від головної задачі - побудови класифікатора, що веде до неконтрольованих помилок розпізнавання і неможливості апріорних уявлень про них та ефективність класифікації. Підхід, описаний у [2], відрізняється від першого формуванням узагальнених образів, заснований на дискретному імовірнісному описі двоїчних образів кожного класу за допомогою ортогональних функцій Радемахера-Уолша з наступним використанням для рішень про приналежність статистичних рішень. До недоліків такого підходу належить формальний характер одержання ознак, незалежний від фізичних особливостей об'єктів, що призводить до помилок класифікації, передбачити імовірності яких апріорно при цьому не вдається. Тут також до реалізації й випробувань побудованої системи нічого не можна сказати про її ефективність. Відомі технічні рішення, що забезпечують рішення задачі розпізнавання об'єктів. Відомий спосіб адаптивного розпізнавання інформаційних образів і система для його здійснення [патент Російської Федерації №2160467, МПК7 G06K9/00, публ. 2000.12.10, автори Яхно В.Г. та ін.]. Він полягає в обробці інформаційних образів шляхом кодування зображень об'єктів, які розпізнаються, зіставлення їх з модельними образами, корекції останніх у випадку великих відхилень і ухваленні рішення про приналежність об'єктів при незначних відмінностях. До недоліків способу варто віднести те, що він обмежений використанням для одержання ознак винятково зображень об'єктів; ознаки не конкретизуються; характер інформації ознак не з'ясовується (детерміновані, імовірнісні і т.д.), а ступінь відособленості модельних образів, які коректуються, не оцінюється, що веде до неконтрольованих випадкових помилок; автор навіть вважає можливою ситуацію відмовлення від розпізнавання, уводиться зорове відображення інформаційного і модельного образів, що припускає можливість правильного розпізнавання 4 об'єкта оператором. Ці недоліки знижують ефективність розпізнавання відомого способу. Відома система розпізнавання виробів [патент US 5546475А МПК6 G06ДО9/46. R.M. Bolle, J.H. Connell, До Haas, R. Mohan, G. Taubin], що реалізує спосіб для ідентифікації виробів за їх цифровими двовимірними зображеннями, який передбачає формування цифрових двовимірних зображень місця дії, освітлюваного немонохроматичним джерелом світла, і їхню обробку з використанням комп'ютерної системи. За допомогою процедури сегментації на зображенні місця дії виділяють зображення об'єкта, який цікавить, і визначають його ознаки, що включають набори гістограм яскравості, форми, текстури й ін. сегментованого зображення об'єкта. Невідомий об'єкт, що ідентифікується, так і кожний з об'єктів алфавіту, описаний попередньо обраним набором ознак, представляються характеристичними векторами в багатомірному ознаковому просторі. Ознаки сегментованого зображення виділеного об'єкта порівнюють з відповідними еталонними нормованими ознаками (ознаками об'єктів алфавіту), що зберігаються в пам'яті комп'ютерної системи, і відносять об'єкт, що ідентифікується, до того об'єкта алфавіту, відстань до якого в ознаковому просторі найменше (правило "найближчого сусіда"). Недоліками способу є: використання для одержання ознак винятково зображень об'єктів; характер інформації ознак не з'ясовується (детерміновані, імовірнісні і т.д.), а ступінь відособленості образів, які зберігаються у пам'яті, не оцінюється, що призводить до невідповідності застосовуваних вирішуючи х правил особливостям опису алфавіту в просторі ознак і неконтрольованим випадковим помилкам розпізнавання, тим самим знижуючи ефективність розпізнавання. Найбільш близьким до способу логічного розпізнавання об'єктів, що заявляється, за технічною сутністю і досягненням результату є спосіб ідентифікації матеріальних об'єктів [патент Російської Федерації №2163394, МПК7 G06K9/00, автори Меденников П.А. і Павлов Н.I., публ. 2001.02.20.], що полягає у визначенні ознак форми цих об'єктів на основі формування й обробки їх цифрових двовимірних зображень, у порівнянні отриманих ознак з ознаками об'єктів алфавіту, що зберігаються у пам'яті комп'ютерної системи, й ідентифікації об'єкта на основі даних порівняння. Особливістю способу є генерування образів об'єктів алфавіту на основі операцій повороту і зміни масштабу вихідного зображення об'єкта. До недоліків способу варто віднести те, що він обмежений використанням для одержання ознак винятково зображень об'єктів; характер інформації ознак не уточнюється (детерміновані, імовірнісні, логічні і т.д.), а ступінь відособленості бережених образів об'єктів не оцінюється і вирішальне правило не ставиться в залежність від зазначеного характеру, що допускає неконтрольовані випадкові помилки; генерація еталонів по одному вихідному зображенню внаслідок його природної константності веде до додаткових помилок унаслідок неврахування випадкових 5 82212 перекручувань зображень реально розпізнаваних об'єктів. Таким чином, зазначені недоліки неконтрольовано знижують ефективність розпізнавання. В основу передбачуваного винаходу покладена задача створення способу логічного розпізнавання об'єктів, що володіє простотою класифікації, контрольованою заздалегідь ефективністю розпізнавання, і застосовного в будь-яких предметних областях. Зазначений технічний результат досягається тим, що в способі логічного розпізнавання об'єктів, що заявляється, який полягає у виборі логічних ознак для заданого складу класів об'єктів, у визначенні логічних ознак невідомого розпізнаваного об'єкта, генерації логічних описів класів, виконанні розпізнавання невідомого об'єкта, додатково для визначення логічних ознак використовують інформацію будь-яких фізичних вимірників і їхніх комбінацій, виділяють ni специфічних логічних ознак, властивих кожному iму класу, що включають у n-мірні логічні породжуючі вектори класів, у складі яких и, специфічних логічних ознак, властивих кожному класу, представляють компонентами, рівними "1" а n-nі - компонентами, рівними "0", для кожної логічної ознаки визначають імовірності пропуску виявлення і хибного виявлення і відповідні ймовірності припустимих q-ознакових інверсій породжуючих векторів, установлюють ступінь відособленості повних наборів логічних векторів описів класів у просторі ознак, у залежності від ступеня відособленості призначають відповідні вирішальні правила, за результатами вимірів і обробки характеристик невідомого об'єкта визначають вектор його логічних ознак, визначають значення припустимих q-ознакових інверсій, на основі яких автоматично генерують вектори логічних ознак повних описів класів, рівні вектору логічних ознак невідомого об'єкта, і виконують розпізнавання невідомого об'єкта відповідно до обраного вирішального правила. Сукупність приведених відмітних ознак дозволяє одержати спосіб логічного розпізнавання об'єктів, що володіє простотою класифікації, контрольованою заздалегідь ефективністю розпізнавання і застосовуваний у будь-яких предметних областях. Порівняльний аналіз заявленого способу і способу-прототипу, показує, що заявлений спосіб відрізняється від прототипу сукупністю відмітних ознак. Це дозволяє зробити висновок про відповідність способу, що заявляється, критерію «новизна». Сукупність відмітних ознак способу логічного розпізнавання об'єктів, що заявляється, у порівнянні з відомими технічними рішеннями аналогічного призначення дозволяє заявленому способу виявляти наступні властивості: 1. Принципову можливість вільного, без обмежень, з урахуванням особливостей предметної області, вибору засобів вимірів, необхідних для визначення логічних ознак розпізнавання об'єктів. 6 2. Відмовлення від необхідності збереження векторів повних описів класів на користь збереження тільки породжуючих векторів кожного з класів, а також вектора граничних інверсій і вектора імовірностей їх кратностей (для імовірнісної реалізації способу). 3. Можливість однозначного означення ефективності способу, що заявляється, до визначення логічних ознак та ідентифікації невідомого об'єкта. 4. Простота операцій прийняття рішення про приналежність розпізнаваного об'єкта, що полягає у виконанні тільки дій додавання кодів і порівнянь, число яких не перевищує потроєного числа класів алфавіту. Таким чином, сукупність відмітних ознак сприяє досягненню зазначеного технічного результату при використанні технічного рішення, що заявляється. При порівнянні способу логічного розпізнавання об'єктів, що заявляється, з іншими відомими технічними рішеннями аналогічного призначення не було виявлено технічних рішень з аналогічною чи подібною сукупністю відмітних ознак, а також тих, що виявляють подібні властивості. Це дає можливість зробити висновок про відповідність способу логічного розпізнавання об'єктів, що заявляється, критерію «винахідницький рівень». Особливості способу, що заявляється, полягають у наступному. Вибір ознак об'єктів, поєднуваних у класи, як у будь-яких інших способах розпізнавання, здійснюється евристично, на основі досвіду розроблювача. Але в способі, що розглядається, ці операції мають на меті початкове логічне відособлення класів у просторі ознак. Логічне відособлення i-го класу (Ωi) зі складу т класів єдиного алфавіту розуміється як вибір таких ni логічних ознак розпізнавання об'єктів цього класу, що відсутні в об'єктів m-1-го альтернативного класу. Специфічні відмінності кожного класу, що мають місце, відбиваються у векторі так, що кожний зі специфічних ознак його представляється постійним числовим значенням «1» (логічна істинність), а ознаки, властиві іншим класам, але відсутні в об'єктів класу, що розглядається, представляються в його складі значенням «0» (логічна хибність). У результаті розглянутий вектор ознак кожного r Т X(0 ) = 111,0,0,0,0,0,0, ,, класу має вид , де одиниця відповідає наявності одних властивостей в об'єкта, а нулі - відсутності інших властивостей у того ж об'єкта. Розмірність одержуваного при цьому вектора r логічних ознак Xі (0) класу Ωi (і = 1, m) , називаного породжуючим вектором, дорівнює: m n = å ni i=1 7 82212 де ni - кількість одиничних компонент, що відповідають специфічним логічним ознакам об'єктів класу Ωi; m - кількість класів. На місцях значимих (одиничних) компонент будь-якого альтернативного класу в тім же векторі r Xі (0) повинні бути присутніми нульові компоненти, кількість яких дорівнює: nі0=n-nі. Це вимагає спеціальної побудови породжуючого вектора ознак об'єктів кожного Ωi класу у виді, показаному на наступному прикладі трьох класів: n 6 74 6 74 4ni 8 4 i0 8 111... 11 0000000; N0 i N1 = { ,2,3,4,5,6,7,8} 1 ; i = {9,10,1112,13,14,15} n =8; n =7 , ; i i0 1 чи n ni 0 6i 0 678 } 7 8 ni 0000111... 1000; 11 N1 = {5,6,7,8,9,10,1112}; , i N0 = { ,2,3,4,13,14,15} n =8; n =7 1 ; i i i0 чи 6 ni 0 4 678 47 8 n i 0000000 ... 1 111 ; N1 = { ,2,3,4,5,6,7} 1 ; i N0 = {8,9,10,1112,13,14,15} n =8; n =7 , ; i i i0 1 11 де ni0 + ni0 = ni0 ; N1 - номера одиничних компонент вектора i ознак класу Ωi; N0 i - номера нульових компонент вектора ознак класу Ωi. Таке розміщення ознак забезпечує повне початкове відокремлення відповідних векторів у просторі ознак, що представляється для логічного опису одиничним гіперкубом. Важливою специфічною особливістю реалізації способу розпізнавання, що розглядається, використовуваної при автоматичній генерації повного складу векторів логічних ознак і прийнятті рішень про приналежність є облік імовінісного характеру пропуску виявлення і хибного виявлення логічних ознак. Імовірності пропуску виявлення Q2(xj) і хибного виявлення Q1(xj) ознаки xj являють собою характеристики пристроїв обробки інформації про об'єкти розпізнавання і залежать як від надійності вимірювальних каналів, так і від алгоритмів визначення властивостей, що цікавлять. Знання цих характеристик сприяє досить простої реалізації автоматичної генерації повного складу логічних векторів описів класів і рішень про віднесення невідомих об'єктів до класів алфавіту. Імовірності цих подій у кожній предметній області застосування способу, що заявляється, визначаються або аналітично строго згідно, наприклад, [1], або в результаті статистичних випробувань пристрою формування логічних ознак. Причинами відповідних спотворювань r породжуючих векторів Xі (0) класів алфавіту є 8 - випадкові помилкові виявлення ознак з числа nі0, невластивих даному класу Ωi; - випадкові пропуски ознак класу з числа n i, специфічних для даного класу Ωi. Якщо імовірності спотворювань відмінні від нуля, то відповідні їм спотворені вектори можуть з'явитися при визначенні ознак невідомого розпізнаваного об'єкта, а значить для наступних зіставлень повинні бути передбачені в складі векторів повного опису класів відповідно перекручених об'єктів. Сам процес спотворювань породжуючих векторів (генерація) являє собою випадкові інверсії (заміни «1» на «0» і навпаки) r ознак породжуючи логічних векторів Xі (0) кожного з класів (і = 1, m) усіх кратностей (1-ознаковая, 2ознаковая..., n-ознаковая інверсія). Використовуючи прийом теорії кодування повідомлень [3], усі спотворені вектори можна одержати штучно, застосовуючи підсумовування по «модулю два» породжуючого вектора з вектором інверсій, що розглядаються як двоїчні коди: r r r Xіr = Xі (0) Ä er (1) r де Xі (0) - логічний породжуючий вектор ознак класу Ωi; r Xіr - породжений вектор класу Ω при r-ом i варіанті кратності інверсій; r er - вектор r-ого варіанта інверсій. Тут: r 1) вектор інверсій er представляється у виді двоїчного числа тієї ж розмірності, що і вектор r Xі (0) ; r 2) нулі у складі вектора інверсій er означають те, що інверсія відповідних ознак породжуючого r вектора Xі (0) не відбувається; r 3) одиниці у складі вектора інверсій er присутні на місцях тих компонент, що інвертуються r у породжуючого вектора Xі (0) . r Число одиниць вектора er являє собою кратність інверсій q. Вважаючи припустимими будь-які кратності інверсій, загальне число варіантів спотворених r Xіr може дорівнювати N =2n, де n – число векторів 0 ознак у логічному векторі, тобто розмірність його. Так, наприклад, для вектора, що представляється r Xі (0) =1100, як код: одержимо N0=16. r Упорядковуючи відповідні вектори інверсій ( er ) по їхній кратності (0, 1, 2, 3, 4), одержимо, що r породжені вектором Xі (0) =1100 у результаті r інверсій вектори Xіr можна представити таблицею 1. 9 82212 10 Таким чином, апріорно (до реалізації способу) відомими виявляються імовірності інверсій будьякої кратності. На цій основі для кожного класу алфавіту визначається допустимість q-ознакової інверсії, тобто виділяються такі породжені вектори, що при вимірі характеристик об'єктів розпізнавання мають недостатню імовірність випадкової появи, щоб бути виявленими. Відповідні вектори не включаються в описи класу. Для їхнього визначення, задаючись рівнем значимості інверсій α (імовірність, що дозволяє вважати інверсію практично неможливою), апріорно (до реалізації способу, що розглядається) знаходиться верхня границя кратності практично можливих інверсій векторів ознак класу Ωi. Ця границя існує тільки при Рn(n)qc. Тут: і= 1, m - номери класів алфавіту; 1 (ni + nk ) qc= 2 - для парного числа ознак (n) класів, що зіставляються; 1 (ni + nk ) + 0. 5 qc= 2 - для непарного числа ознак (n) класів, що зіставляються; ni, nk - число значимих ознак породжуючих векторів класів Ωi, Ωk. Кожному з типів класифікації відповідає повна визначеність ступеня відособленості описів класів у просторі ознак. Для першого і другого типів характерна повна відособленість, для третього перетинання описів класів тим більше, ніж більше позитивна різниця qai-qc. Відповідно двом першим типам (логікодетермінований і логіко квазідетермінований) вирішальне правило являє собою перевірку, у якому з класів вектор логічних ознак об'єкта розпізнавання дорівнює вектору з повного опису. Правило представляє перевірку справедливості наступної умови: (4) G=arg[q i