DE3587363T2

DE3587363T2 - Verfahren und Gerät zur Wiedererkennung.

Info

Publication number: DE3587363T2
Application number: DE85402311T
Authority: DE
Inventors: Kenichi Hibino; Hiroshi Shimizu; Ichiro B Motohashi Terra Tsuda
Original assignee: Research Development Corp of Japan
Current assignee: Japan Science and Technology Agency
Priority date: 1984-11-26
Filing date: 1985-11-26
Publication date: 1994-01-20
Anticipated expiration: 2005-11-27
Also published as: DE3587363D1; CA1243408A; EP0183622A3; US4760603A; EP0183622B1; EP0183622A2

Description

Hintergrund der Erfindung

Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft ein neuartiges Erkennungsverfahren sowie eine Vorrichtung dazu und insbesondere ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erkennung von Mustern wie Figuren, Buchstaben etc. auf der Basis eines neuartigen Beurteilungsvorgangs.

Beschreibung der verwandten Technik:

Bisher wurden mechanische oder elektrische Erkennungsvorrichtungen konstruiert dergestalt, daß ihre Beurteilung auf Konzidenzbasis von numerischen Werten physikalischer Größen beruht, wie z. B. Längen, elektrische Ströme, elektrische Spannungen etc. oder gemäß einem Größe/Kleinheit-Verhältnis dieser numerischen Werte. So arbeiten Computer beispielsweise mit der Binärtechnik, die durch den Ein- und Aus-Zustand elektrischer Ströme bestimmt wird. Wegen dieser grundsätzlichen Beschränkung können Computer keinen Vorgang ausführen, der ähnlich einem Denkvorgang ist, insbesondere dem Beurteilungsvorgang eines menschlichen Wesens. Außerdem können Computer keine Mustererkennung durchführen außer wenn die analogen Musterwerte in digitale Musterwerte umgewandelt worden sind.
Unter Berücksichtigung des Erkennungsvermögens eines menschlichen Wesens wird eine Identität festgestellt für:
A = A (oder A'), wenn A und A' repräsentativ für Konzeptionen sind. Diese Art der Identitätsbeurteilung kann jedoch nicht durch einen einfachen Vergleich physikalischer Größen mittels der herkömmlichen mechanischen und elektrischen Erkennungsvorrichtungen erzielt werden. Im Denkprozeß eines menschlichen Wesens werden beispielsweise Hunde, Pferde und Rinder gemeinsam der Kategorie "Säugetiere" zugeordnet und Männer und Frauen werden der Kategorie "Menschen" zugeordnet. D. h. daß die Erkennung eines menschlichen Wesens der Kategorisierung von zu erkennenden Objekten entspricht. Insbesondere ist die Identitätsentscheidung auf verschiedenen Stufen von Kategorien durchzuführen, so daß ein zu erkennendes Objekt einem bekannten Konzeptionssystem einzuordnen ist. Zur gleichen Zeit kann eine dem zu erkennenden Objekt innewohnende Eigenschaft festgestellt werden.
Andererseits können die herkömmlichen mechanischen und elektrischen Erkennungsvorrichtungen die oben erwähnte Konzeption-Identität-Beurteilung nicht durchführen. Kurz gesagt werden bei der herkömmlichen Mustererkennung eine Vielzahl von Einzelzeichen aus einem vorgegebenen Muster, beispielsweise einem Brief und einer Zeichnung, mittels komplizierter Verfahren herausgegriffen und danach mit einer Gruppe von Zeichen verglichen, die aus vorher angefertigten Referenzmustern stammen, um so die Abstände zwischen dem gegebenen Muster und den Referenzmustern zu berechnen. Dabei wird eine einfache Messung nur eines Absolutwertes durchgeführt.
Bei der herkömmlichen Mustererkennung tritt außerdem der Nachteil auf, daß bei einem vorgegebenen Muster, selbst wenn dieses das gleiche ist wie ein Referenzmuster, dieses oftmals als unterschiedlich zum Referenzmuster beurteilt wird, wenn das gegebene Muster sich in der Position, in der Winkelrichtung oder im Maßstab vom Referenzmuster unterscheidet. In anderen Worten ist eine genaue Erkennung durch die Position, die Winkelrichtung und den Maßstab eingeschränkt. Eine exakte Erkennung unabhängig von der Ausrichtung und der Winkelrichtung erfordert in diesem Fall eine Parallelverschiebung oder eine Verdrehung des gegebenen Musters. Das Durchführen einer derartigen Verschiebung oder Verdrehung erfordert jedoch eine große Zahl von Berechnungen, da die Zeichen des vorgegebenen Musters durch Digitalberechnung erhalten werden.
In dem Artikel "Tunnel Diode Arrays for Information Processing and Storage", veröffentlicht in IEEE TRANSACTIONS ON SYSTEMS, MAN AND CYBERNETICS, VOL. SMC-1, No. 3, July 1971, Seiten 267-275, beschreibt Scott Multimode-Oszillator- Eigenschaften von zweidimensionalen Anordnungen von Tunneldioden-Elementen. Insbesondere beschreibt Scott die Verwendung von quasi-harmonischer Oszillation für die Zeichenerkennung. Im US-Patent 3 822 381 beschreibt Scott die Verwendung dieser Multimode-Oszillatoren zur Zeichenerkennung.

Zusammenfassung der Erfindung:

Demzufolge ist es ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein neuartiges Erkennungsverfahren und eine Vorrichtung dazu zu schaffen, welche die oben genannten Nachteile der herkömmlichen Erkennungsverfahren und Vorrichtungen nicht aufweisen.
Ein anderes Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein Erkennungsverfahren und eine Vorrichtung dazu zu schaffen, welche die Identität mit einem zu erkennenden Objekt beurteilen können auf mehreren Kategoriestufen.
Noch ein anderes Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein Erkennungsverfahren und eine Vorrichtung dazu zu schaffen, welche ein gegebenes Muster erkennen können unabhängig von der Position und der Winkelrichtung des gegebenen Musters und ohne ein kompliziertes Verfahren zu erfordern.
Diese und weitere Ziele der vorliegenden Erfindung werden durch ein Verfahren erreicht gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung zum Erkennen eines gegebenen Objekts in einem bekannten System von Konzeptionen oder einem abstrakten hierarchischen System, welches eine Gruppe bekannter Konzeptionen oder Kategorien erhält, die einer Eins-zu-Eins-Relation zu verschiedenen nicht linearen, oszillierenden Referenzsystemen entsprechen. Dieses Verfahren weist die Schritte auf der Darstellung des vorgegebenen Objekts in Ausdrücken eines physikalischen Systems, so daß eine nicht lineare Oszillation bewirkt wird bei einer Frequenz, die der dem vorgegebenen Objekt innewohnenden Konzeption oder Kategorie entspricht, der Kopplung des physikalischen Systems mit einem oszillierenden System, das ausgewählt ist aus den nicht linearen oszillierenden Referenzsystemen, so daß das physikalische System und das ausgewählte oszillierende System aufeinander einwirken, und der Bestimmung, ob eine Wechselwirkung oder nicht erfolgt zwischen dem physikalischen System und dem ausgewählten oszillierendem System als Ergebnis der Auswirkung der nicht linearen Oszillation, um dadurch die Identität zu beurteilen zwischen der dem gegebenen Objekt innewohnenden Konzeption oder Kategorie und der bekannten durch das ausgewählte oszillierende System bezeichneten Konzeption.
Es sei an dieser Stelle betont, daß die "Wechselwirkung" sich von einem einfachen Resonanzvorgang unterscheidet. Werden zwei nicht lineare oszillierende Systeme miteinander gekoppelt, die mit Frequenzen schwingen, die sich voneinander unterscheiden, jedoch nahe beieinanderliegen, so schwingen die beiden oszillierenden Systeme nach einer bestimmten Zeit mit der gleichen Frequenz, die sich von den beiden ursprünglichen Oszillationsfrequenzen unterscheidet. Dieses Phänomen wird als "Wechselwirkung" bezeichnet und wird im einzelnen im Buch von A. H. Nayfeh und D. T. Mook "Nonlinear oscillations", John Wiley & Sons 1979 beschrieben. In der vorliegenden Patentschrift wird der Ausdruck "Wechselwirkung" verwendet, um dieses Phänomen zu beschreiben.
Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Erkennung eines gegebenen Objekts in einem bekannten System von Konzeptionen oder einem abstrakten hierarchischen System geschaffen enthaltend eine Gruppe bekannter Konzeptionen oder Kategorien, die verschiedenen oszillierenden Referenzfrequenzen in einer Eins-zu-Eins- Relation entsprechen, das die Schritte aufweist, der Darstellung des vorgegebenen Objektes in Ausdrücken eines physikalischen Systems, so daß eine nicht lineare Oszillation bewirkt wird bei einer Frequenz, die der dem vorgegebenen Objekt innewohnenden Konzeption oder Kategorie entspricht, der Auswahl einer bekannten Konzeption oder Kategorie aus dem bekannten System von Konzeptionen oder Kategorien des Betriebs des physikalischen Systems bei einer Oszillationsfrequenz entsprechend der einen ausgewählten bekannten Konzeption oder Kategorie, und der Bestimmung, ob eine Wechselwirkung oder nicht erfolgt in dem physikalischen System, um dadurch die Identität zu beurteilen zwischen der dem vorgegebenen Objekt innewohnenden Konzeption oder Kategorie und der einen ausgewählten bekannten Konzeption oder Kategorie.
Insbesondere weist die Gruppe bekannter Konzeptionen oder Kategorien eine Vielzahl von unabhängigen Konzeptionen oder Klassen auf, deren jede eine Oszillationsfrequenz besitzt, die niemals eine Wechselwirkung bewirkt mit einer Oszillation bei jeder der Frequenzen entsprechend den anderen unabhängigen Konzeptionen oder Klassen und weist eine Vielzahl von allgemeinen Konzeptionen oder Hauptklassen auf, deren jede wenigstens eine unabhängige Konzeption oder Klasse aufweist und deren jede eine Oszillationsfrequenz aufweist, die eine Wechselwirkung bewirken kann mit den Oszillationen bei einzelnen Frequenzen, welche allen unabhängigen Konzeptionen oder Klassen in der allgemeinen Konzeption oder Hauptklasse entsprechen und weisen eine Vielzahl von spezifischen Konzeptionen oder Unterklassen auf, deren jede zu einer der unabhängigen Konzeptionen oder Klassen gehört und deren jede eine Oszillationsfrequenz aufweist, welche eine Wechselwirkung bewirken kann mit der Oszillation bei derjenigen Frequenz, welche der unabhängigen Konzeption oder Klasse entspricht, welche diese spezifische Konzeption oder Unterklasse enthält.
Im Falle der Kategorisierung des gegebenen Objekts wird das physikalische System zuerst bei Frequenzen betrieben, die den allgemeinen Konzeptionen oder Hauptklassen entsprechen, um so eine allgemeine Konzeption oder Hauptklasse auszuwählen, welche diese Wechselwirkung bewirkt hat. Danach wird das physikalische System bei Frequenzen betrieben, welche unabhängige Konzeptionen in der ausgewählten allgemeinen Konzeption oder Hauptklasse entsprechen, um so eine unabhängige Konzeption oder Klasse auszuwählen, welche die Wechselwirkung bewirkt hat. Ferner wird das physikalische System bei Frequenzen betrieben, welche spezifischen Konzeptionen oder Unterklassen in der ausgewählten unabhängigen Konzeption oder Klasse entsprechen, um so die spezifische Konzeption oder Unterklasse auszuwählen, welche die Wechselwirkung bewirkt hat.
Im oben genannten Kategorisierungsverfahren wird im Falle des Zusammenfallens der Oszillationsfrequenz des physikalischen Systems mit keiner der Frequenzen entsprechend allen Konzeptionen oder Kategorien, die dem bekannten System von Konzeptionen oder dem abstrakten hierarchischen System angehören, die dem gegebenen Objekt innewohnende Konzeption oder Kategorie, die der Oszillationsfrequenz des physikalischen Systems entspricht als neue Konzeption oder Kategorie dem bekannten System von Konzeptionen oder abstrakten hierarchischen Systemen hinzugefügt.
In den beiden obigen erfindungsgemäßen Erkennungsverfahren beruht die Identitätsentscheidung darauf, ob eine Wechselwirkung auftritt oder nicht. Diese Wechselwirkung tritt auf oder tritt nicht auf unabhängig von der Position und der winkelmäßigen Ausrichtung. Ist das gegebene Objekt beispielsweise ein Muster, ein Analogwert, eine Farbe etc.
durch ein physikalisches System dargestellt, welches in der Lage ist, eine Oszillation bei einer Frequenz zu bewirken entsprechend einer Eigenschaft des gegebenen Objekts, so kann die Identität der Eigenschaft auf der Basis festgestellt werden, ob eine Wechselwirkung auftritt oder nicht zwischen dem physikalischen System und dem nicht linearen Referenzoszillator oder der Oszillation der Referenzfrequenz unabhängig von der Postition und der Ausrichtung des gegebenen Objekts.
Gemäß einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Verfahren geschaffen zur Erkennung eines gegebenen Objekts in einem bekannten System von Konzeptionen oder abstrakten hierarchischen Systemen enthaltend eine Gruppe bekannter Konzeptionen oder Kategorien, die verschiedenen oszillierenden Referenzfrequenzen in einer Eins-zu-Eins- Relation entsprechen und das die Schritte aufweist der Darstellung des vorgegebenen Objekts in Ausdrücken eines physikalischen Systems, das eine nicht lineare Oszillation bewirkt bei einer Frequenz, die dem vorgegebenen Objekt innewohnenden Konzeption oder Kategorie entspricht des Oszillierens des physikalischen Systems, so daß die Oszillation des physikalischen Systems unter dem Wechselwirkungseffekt in eine Frequenz konvergiert und des Vergleichens der konvergierten Frequenz mit den oszillierenden Referenzfrequenzen zur Identifizierung des gegebenen Objekts.
In diesem Fall kann die Gruppe bekannter Konzeptionen oder Kategorien eine Vielzahl unabhängiger Konzeptionen oder Klassen aufweisen, eine Vielzahl allgemeiner Konzeptionen oder Hauptklassen und eine Vielzahl spezifischer Konzeptionen oder Unterklassen ähnlich dem Verfahren gemäß dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung. Der Vergleich der konvergierten Frequenz mit den Referenz- Oszillationsfrequenzen erfolgt vorzugsweise durch Vergleich der konvergierten Frequenz mit den Oszillationsfrequenzen der allgemeinen Konzeptionen oder Hauptklassen, um dergestalt eine allgemeine Konzeption oder Hauptklasse auszuwählen mit einer minimalen Oszillationsfrequenz-Differenz zur konvergierten Frequenz, Vergleichen der konvergierten Frequenz mit den Oszillationsfrequenzen der unabhängigen Konzeptionen oder Klassen in der ausgewählten allgemeinen Konzeption oder Hauptklasse, um dergestalt eine unabhängige Konzeption oder Klasse auszuwählen mit einer minimalen Oszillationsfrequenz-Differenz zur konvergierten Frequenz und Vergleichen der konvergierten Frequenz mit den Oszillationsfrequenzen der spezifischen Konzeptionen oder Unterklassen in der ausgewählten unabhängigen Konzeption oder Klasse, um dergestalt eine spezifische Konzeption oder Unterklasse auszuwählen mit einer minimalen Oszillationsfrequenz-Differenz zur konvergierten Frequenz, wodurch das vorgegebene Objekt kategorisiert, d. h. klassifiziert wird.
Insbesondere erfolgt die Darstellung des gegebenen Objekts in Ausdrücken des physikalischen Systems durch Herstellung einer Vielzahl oszillierender nicht linearer Elemente, die in Form einer Matrix angeordnet sind, um so das vorgegebene Objekt in ein entsprechendes vereinfachtes Muster umzusetzen und durch gegenseitiges ausgewähltes Verbinden der oszillierenden nicht linearen Elemente in Übereinstimmung mit dem vereinfachten Muster, so daß die gegenseitig verbundenen oszillierenden nicht linearen Elemente der Matrix in ihrer Gesamtheit eine Oszillationsfrequenz aufweisen, die ausschließlich dem vereinfachten Muster innewohnt.
Vorzugsweise ist jedes der nicht linearen oszillierenden Elemente ein van der Pol Oszillator. Ferner ist das vorgegebene Objekt ein zweidimensionales Muster, wobei das zweidimensionale Muster durch einen zweidimensionalen Bildsensor festgestellt wird, und das so erhaltene Bild in ein Punkt oder Pixel-Muster umgewandelt wird, das aus einer Vielzahl von Punkten oder Pixeln besteht, deren jeder einem nicht linearen oszillierenden Element der Matrix entspricht.
Bei den oben beschriebenen Erkennungsverfahren erfolgt die Identitätsbestimmung auf der Basis, ob die als Ergebnis der Wechselwirkung erhaltene Oszillationsfrequenz gleich ist oder benachbart ist den Referenzfrequenzen. Wie bereits oben erwähnt, tritt die Wechselwirkung auf unabhängig von der Position- und der Winkelausrichtung des nicht linearen oszillierenden physikalischen Systems, so daß ein vorgegebenes Objekt wie z. B. ein Muster erkannt werden kann unabhängig von dessen Position und Ausrichtung, wenn das gegebene Objekt durch ein nicht lineares oszillierendes physikalisches System ersetzt wird.
Gemäß einem vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung geschaffen zur Erkennung eines vorgegebenen Objektes in einem bekannten System von Konzeptionen oder einem abstrakten hierarchischen System, das eine Gruppe bekannter Konzeptionen oder Kategorien enthält, die einer Eins-zu-Eins Relation zu verschiedenen nicht linearen oszillierenden Referenzsystemen entsprechen, die eine Vorrichtung aufweist zum Abtasten des vorgegebenen Objekts und eine Anordnung aufweist zur Bildung eines physikalischen Systems, das in der Lage ist, eine nicht lineare Oszillation bei einer Frequenz zu erzeugen entsprechend der dem vorgegebenen Objekt innewohnenden Konzeption oder Kategorie, eine Anordnung aufweist, um das physikalische System in Oszillationen zu versetzen, so daß die Oszillationen des physikalischen Systems unter dem Einfluß einer Wechselwirkung bei einer Frequenz konvergieren und eine Anordnung aufweist zum Überlagern der konvergierten Frequenz mit den gespeicherten oszillierenden Referenzfrequenzen entsprechend den bekannten Konzeptionen oder Kategorien.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel dieser Vorrichtung weist die das physikalische System bildende Anordnung eine Vielzahl von nicht linearen oszillierenden Elementen auf, die in Form einer Matrix mit einer Vielzahl von Reihen und einer Vielzahl von Spalten angeordnet sind, eine Anordnung zur Erzeugung eines zweidimensionalen Punkt- oder Pixel-Musters des gegebenen Objekts, wobei das Punkt-Muster aus einer Vielzahl von Punkten oder Pixeln besteht, deren jeder einem nicht linearen oszillierenden Element der Matrix entspricht, eine Schaltanordnung zum gegenseitigen Verbinden der nicht linearen oszillierenden Elemente der Matrix entsprechend den einzelnen Punkten des erstellten Punkt-Musters, so daß die miteinander verbundenen nicht linearen oszillierenden Elemente in ihrer Gesamtheit eine Oszillationsfrequenz aufweisen, die nur dem erstellten Punkt-Muster innewohnt.
Ist das gegebene Objekt ein gegebenes Muster, so weist die Vorrichtung eine Anordnung auf zum Speichern von Referenzfrequenzen entsprechend den bekannten Mustern, wobei die Abtastanordnung das gegebene Muster derart abtastet, daß ein zweidimensionales vereinfachtes Punkt- oder Pixel-Muster entsteht, welches das vorgegebene Muster darstellt, und die das physikalische System bildende Anordnung einen Oszillator- Matrix-Schaltkreis aufweist mit einer Vielzahl von nicht linearen oszillierenden Elementen, die in Form einer Matrix angeordnet sind mit einer Vielzahl von Reihen und einer Vielzahl von Spalten; eine Schaltanordnung ist vorgesehen zum ausgewählten Betrieb der oszillierenden Elemente der Matrix entsprechend den einzelnen Punkten des vereinfachten Punkt- Musters derart, daß jedes betriebene oszillierende Element und alle diesem benachbarten betriebenen oszillierenden Elemente gegenseitig ihren Schwingungszustand beeinflussen, so daß die Matrix schließlich eine dem Punkt-Muster entsprechende Oszillationsfrequenz aufweist; eine Anordnung ist vorgesehen zum Messen der Oszillationsfrequenz, während die Überlagerungsanordnung die gemessene Oszillationsfrequenz die gespeicherten Referenzfrequenzen überlagert.
Insbesondere weist die das Muster abtastende Anordnung einen zweidimensionalen Bildsensor auf sowie eine Anordnung zur Aufnahme eines Bildsignals vom Bildsensor zur Erzeugung eines Punkt-Musters bestehend aus einer Vielzahl von Punkten, deren jeder einem nicht linearen oszillierenden Element der Oszillator-Matrix-Schaltung entspricht.
Ferner weist die das physikalische System bildende Anordnung eine Speicheranordnung auf zur Aufnahme des Ausgangs der das Punkt-Muster erzeugenden Anordnung zur Speicherung des Punkt- Musters, wobei die Speicheranordnung eine Vielzahl von Speicherzellen aufweist, die in Form einer Matrix angeordnet sind, welche dieselbe Anzahl von Reihen und Spalten aufweist wie die Oszillator-Matrix-Schaltung und wobei die Schaltanordnung eine Vielzahl von Schaltzellen aufweist, die in Form einer Matrix angeordnet sind, welche dieselbe Anzahl von Reihen und Spalten wie die Oszillator-Matrix-Schaltung aufweist, wobei jede der Schaltzellen vom Ausgang der zugehörigen Speicherzelle in der Speicheranordnung angesteuert wird, um so ein zugehöriges oszillierendes Element der OSzillator-Matrix-Schaltung zu betätigen.
Vorzugsweise ist jedes der nicht linearen oszillierenden Elemente ein van der Pol Oszillator.
Ferner ist die Überlagerungsanordnung in der Lage, die Unterschiede zwischen den gemessenen Oszillationsfrequenzen und den gespeicherten Referenzfrequenzen zu berechnen, um so diejenigen Referenzfrequenzen zu ermitteln, deren Differenzen innerhalb eines vorgegebenen Bereiches liegen, um so das vorgegebene Muster zu katalogisieren bzw. klassifizieren.
Die obigen Ziele, Eigenschaften und Vorteile gemäß der vorliegenden Erfindung werden in der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele gemäß der Erfindung im Zusammenhang mit der beigefügten Zeichnung näher erläutert.

Kurzbeschreibung der Zeichnung:

Es zeigen:
Fig. 1A, 1B, 1C und 1D Beispiele der Zeichenerkennung, die nützlich sind für ein Verständnis der Erfindung;
Fig. 2 ein Diagramm mit einem Beispiel eines Punkt-Musters, das gemäß einem zu erkennenden Muster erhalten wurde;
Fig. 3 die Beziehung zwischen benachbarten Punkten;
Fig. 4 eine Anordnung von Oszillator-Zellen in einer van der Pol Oszillator-Zell-Matrix;
Fig. 5 die Verbindung der Oszillatorzellen im Zusammenhang mit einem gegebenen Muster;
Fig. 6A und 6B Punkt-Muster-Diagramme zur Darstellung der Konzeption von "benachbarten Punkten";
Fig. 7A bis 7C und 8A bis 8C Beispiele zur Verbindung von entsprechenden Oszillatorzellen;
Fig. 9 eine Tabelle zur Erläuterung der Beziehung zwischen Muster und Oszillationsfrequenzen der entsprechend den Mustern miteinander verbundenen Oszillatorzellen;
Fig. 10 ein Blockdiagramm eines Ausführungsbeispiels der Mustererkennungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung;
Fig. 11 ein Blockdiagramm zur Darstellung einer Schnittstelle zwischen dem Punktmustereingang und der van der Pol- Oszillator-Zell-Matrix;
Fig. 12 ein Schaltdiagramm des in Fig. 11 dargestellten Raumschalters;
Fig. 13 ein Blockdiagramm, das den Aufbau einer van der Pol- Oszillatorzelle darstellt und
Fig. 14 das Schaltdiagramm einer Esaki Dioden aufweisenden Oszillatorschaltung gemäß Fig. 13.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele:

Die Fig. 1A bis 1D zeigen typische vereinfachte Muster eines Menschen, eines Affen, eines Vierfüßers und eines Vogels. Wird bei diesen vier dargestellten Mustern der oben erwähnte Index , d. h. das Verhältnis der doppelten Gesamtlänge δΓ des Umfangs eines Musters oder einer Gestalt zur vollen Länge δC der "konvexen Umhüllenden" desselben Musters (2 δΓ / δC ) berechnet, so erhält man die entsprechenden Werte für den Index mit 3,483; 3,484; 3,7 und 2,8. Mit der "konvexen Umhüllenden" ist eine Umhüllende gemeint, die das gegebene Muster außen umschreibt und nur nach außen gerichtete Ecken aufweist.
Aus einem Vergleich dieser Indizes wird deutlich, daß verschiedene Muster auch verschiedene Indizes N aufweisen. Mit anderen Worten, der Index N ist ein Wert, der jedem verschiedenen Muster innewohnt, wobei diese Tatsache durch die Forschungen der Erfinder bestätigt wurde.
Werden nun die vier Indizes im Hinblick auf zwei bedeutsame Stellen verglichen, nämlich unter der Annahme, daß der zulässige Fehler oder Unterschiede ΔΩ < 0,1 ist, so kann festgestellt werden, daß der Mensch und der Affe zur selben Kategorie gehören, nämlich zu den "Zweifüßern", da der Unterschied ΔΩ zwischen von 3,483 für den Menschen und von 3,484 für den Affen weniger als 0,1 beträgt. Andererseits sind die Unterschiede ΔΩ zwischen den Indizes für den Menschen, den Vierfüßer und den Vogel nicht kleiner als 0,1, woraus geschlossen werden kann, daß der Mensch, der Vierfüßer und der Vogel nicht zur gleichen Kategorie gehören. Wird jedoch dieser Vergleich unter der Bedingung durchgeführt, daß die maximal zulässige Differenz 0,5 beträgt, so könnte daraus gefolgert werden, daß, da die Differenzen zwischen den Indizes für den Menschen, den Affen und den Vierfüßer 0,5 nicht übersteigen, diese allesamt zur gleichen Kategorie gehören, die jedoch breiter als der Zweifüßer zu fassen ist, z. B. "Tier". Wird jedoch im Gegenteil dazu der Vergleich durchgeführt unter der Annahme, daß die zulässige Differenz ΔΩ < 0,0005 ist, so ist der Unterschied zwischen den Indizes für den Menschen und den Affen größer als 0,0005, woraus gefolgert werden kann, daß der Mensch und der Affe zu verschiedenen Kategorien, beispielsweise "Mensch" und "Affe" gehören, welche Konzeptionen darstellen, die mit dem Zweifüßer verbunden bzw. diesem nahestehend sind. D. h. wenn der Index eines zu erkennenden Musters mit einem gespeicherten Referenzindex mit einer möglichen zulässigen Minimaldifferenz ΔΩ verglichen wird, so kann die Kategorie in einem extrem engen Ausmaß ermittelt werden, zu der das zu erkennende Muster gehört, beispielsweise der Name des Musters.
Der Index eines gegebenen zu erkennenden Musters wird gemäß den oben erwähnten Verfahren abgeleitet und der so erhaltene Index wird mit gespeicherten Indizes im Zusammenhang mit bekannten Mustern verglichen unter der Bedingung einer geeigneten vorgegebenen zulässigen Differenz ΔΩ, wobei die Kategorie, zu der das gegebene Muster gehört, ermittelt werden kann auf einem gewünschten Kategorieniveau. Mit anderen Worten, ein gegebenes Muster kann kategorisiert, bzw. katalogisiert, d. h. klassifiziert werden.
Von dem oben erwähnten Index kann angenommen werden, daß er der Oszillationsfrequenz von Zellen entspricht, welche einen sichtbaren Rindenteil des menschlichen Gehirns darstellen und die nicht lineare Oszillationseigenschaften aufweisen. Mit anderen Worten, der Index kann so betrachtet werden, als entspräche er der Oszillationsfrequenz von nicht linearen Oszillatorelementen wie z. B. den im nachstehenden beschriebenen van der Pol-Oszillatorzellen.
An Stelle eines Index durch Messung der Länge δΓ des Umfangs eines gegebenen Musters und der Länge δC der konvexen Umhüllenden dieses Musters und Berechnung des Verhältnisses 2 δΓ / δC wird die Oszillationsfrequenz, die dem Index entspricht, direkt mit der im folgenden im einzelnen beschriebenen Methode ermittelt.
Eine Vielzahl van der Pol-Oszillatorzellen werden in Form einer Matrix angeordnet, die eine Vielzahl von Reihen und eine Vielzahl von Spalten aufweist, wobei jede van der Pol- Oszillatorzelle in die Lage versetzt wird, mit einer benachbarten van der Pol-Oszillatorzelle verbunden zu werden. Andererseits wird ein vorgegebenes zu erkennendes Muster in ein "zweidimensionales Punkt-Muster" umgewandelt. Danach werden die Oszillatorzellen entsprechend den zugehörigen Punkten des erhaltenen Punktmusters einzeln angeregt und zur gleichen Zeit wird jede der angeregten Oszillatorzellen mit benachbarten angeregten Oszillatorzellen verbunden. Dies bedeutet, daß die angeregten Oszillatorzellen der Matrix in ihrer Gesamtheit mit einer Frequenz oszillieren, die dem sogenannten Wechselwirkungseffekt entspricht, wobei diese Frequenz ausschließlich von der Gestalt des Punkt-Musters abhängt und demzufolge dem oben erwähnten Index entspricht.
Der hierbei verwendete Ausdruck "zweidimensionales Punkt- Muster" beschreibt ein Muster, das aus Punkten besteht, die an den entsprechenden Schnittpunkten eines rechtwinkligen Gitters angeordnet sind, wie es in Fig. 2 dargestellt ist. Die Punkte werden bitförmig dargestellt: "1" bedeutet einen schwarzen Punkt und "0" bedeutet einen weißen Punkt. Damit ist das zweidimensionale Punktmuster ein zweidimensionales Bit-Muster. Ferner bedeutet der Ausdruck "Verbinden", daß die zu den schwarzen Punkten gehörenden Oszillatorzellen (die "1" bits) im Punktmuster mit benachbarten Oszillatorzellen in den verschiedensten Richtungen verbunden werden, so daß sich die verbundenen Oszillatorzellen gegenseitig beeinflussen im Hinblick auf den Schwingungszustand. Im Falle des in Fig. 3 dargestellten Punktmusters weist ein mittlerer schwarzer Punkt acht benachbarte Randpunkte auf; da jedoch nur der obere rechte Punkt der acht Randpunkte ein schwarzer Punkt ist, so ist der mittlere Punkt nur mit dem oberen rechten Punkt verbunden.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein unbekanntes Objekt (das nicht unbedingt auf Muster beschränkt sein muß) in ein nicht lineares oszillierendes System umgewandelt, welches durch die oben erwähnten van der Pol-Oszillatorzellen-Matrix repräsentiert wird, wobei das nicht lineare oszillierende System mit einem anderen nicht linearen oszillierenden System verbunden wird, welches in der Lage ist, mit einer Frequenz zu oszillieren, die einer bekannten Konzeption entspricht. In diesem Fall ist Identität zwischen der bekannten Konzeption und der dem unbekannten Objekt innewohnenden Konzeption festzustellen, wenn die Wechselwirkung zwischen den beiden Systemen eintritt.
In ähnlicher Weise wird ein unbekanntes Objekt, wie z. B. ein Muster, in ein nicht lineares oszillierendes System, wie z. B. eine van der Pol-Oszillator-Zellmatrix umgewandelt, wonach das nicht lineare oszillierende System mit einer vorgegebenen Frequenz angeregt wird, die zu einer bekannten Konzeption gehört. Wenn das oszillierende System anschließend die Wechselwirkung auslöst, so kann das unbekannte Objekt durch die bekannte Konzeption bezeichnet werden.
Ein unbekanntes Muster kann also in ein nicht lineares oszillierendes System umgewandelt werden (z. B. in eine van der Pol-Oszillator-Zellmatrix), wonach das nicht lineare oszillierende System angeregt wird, so daß das nicht lineare oszillierende System seine oszillierende Frequenz in Richtung einer stabilen Wechselwirkungsfrequenz konvergiert; die konvergierte Frequenz wird mit verschiedenen Referenzfrequenzen verglichen, welche bekannten Konzeptionen (d. h. bekannten Mustern) zugehörig sind. Stimmt nun die konvergierte Frequenz mit einer der Referenzfrequenzen überein, so kann das unbekannte Objekt ausgedrückt werden durch die bekannte Konzeption entsprechend der übereinstimmenden Referenzfrequenz.
Eine Vielzahl von van der Pol-Oszillatorzellen kann ein Form eines zweidimensionalen Gitters oder Matrix angeordnet werden, wie es beispielsweise in Fig. 4 dargestellt ist. Oszillatorzellen, die den schwarzen Punkten eines gegebenen Punkt-Musters (die "1" bits eines gegebenen Bit-Musters) in dieser Matrix entsprechen, werden ausgewählt, wonach all die ausgewählten Oszillatorzellen mit einer Frequenz angeregt werden, die bestimmt ist auf Grundlage der Anzahl der benachbarten schwarzen Punkte (benachbarte "1" Bits) Zur selben Zeit erfolgt ein Zusammenwirken zwischen jedem Paar benachbarter ausgewählter Oszillatorzellen, beispielsweise durch einen Widerstand, dessen Widerstandswert proportional zur Geschwindigkeitsdifferenz zwischen jedem Paar benachbarter ausgewählter Oszillatorzellen ist. Nach etwa zehn Anregungsperioden der Oszillatorzellen schwingen die ausgewählten Oszillatorzellen mit der gleichen Frequenz durch den Einfluß des Wechselwirkungseffekts.
Wie oben bereits erwähnt, hängt diese Oszillationsfrequenz nur von der Gestalt des gegebenen Musters ab. Mit anderen Worten stellt die Oszillationsfrequenz die Gestalt des gegebenen Musters dar. Außerdem gilt für den Fall der in Fig. 4 dargestellten nicht linearen Oszillatorzellmatrix, daß selbst bei einer Verdrehung des Musters um 90º, 180º oder 270º oder einer Umkehrung oder einer Parallelverschiebung die endgültige Oszillationsfrequenz unverändert bleibt.
Wird ein wesentlicher Anteil des obigen Verfahrens durch den Einsatz von analogen Schaltkreisen durchgeführt, so können die Berechnungen innerhalb einer Zeit von 0,1 bis 0,2 Sekunden durchgeführt werden unabhängig von einer Zunahme der Freiheitsgrade in der Mustererkennung, wie sie durch eine Verdrehung, eine Parallelverschiebung etc. eines vorgegebenen Musters bewirkt wird. Da schließlich ein Muster in eine einzige Frequenz umgewandelt wird, sind zur Übertragung und zur Speicherung der Muster nur kleine Speicherkapazitäten und Übertragungskapazitäten erforderlich.
Als nächstes werden nicht lineare Oszillatorzellen beschrieben, welche eine nicht lineare Oszillatorzellmatrix darstellen, die in der Lage ist, den Wechselwirkungseffekt auszuüben. Ein typisches Beispiel von derartigen nicht linearen Oszillatorzellen ist eine van der Pol- Oszillatorzelle wie oben erwähnt. Diese van der Pol- Oszillatorzelle kann an Hand ihrer Operationsweise an Hand der folgenden Gleichung definiert werden:
wobei x eine Größe, wie z. B. eine Spannung in einem elektrischen Schaltkreis und eine Kraft in einem physikalischen System darstellt.
t die Zeit (in Sekunden) ist
wi eine dem oszillierendem System innewohnende Frequenz und
a und b Koeffizienten sind.
In der nicht linearen oszillierenden Matrix, welche durch van der Pol-Oszillatorzellen gebildet wird mit den oben genannten Eigenschaften, wird die jeder Oszillatorzelle innewohnende Frequenz wi gemäß der folgenden Gleichung ermittelt:
wobei w eine Standardfrequenz ist, z. B.
2π·10&sup5; Radian/Sekunde;
c ein Koeffizient ist, z. B. 0,1 und
ni die Anzahl der van der Pol-Oszillatorzellen ist, die der mit der ihr innewohnenden Frequenz wi angeregten Oszillatorzellen i benachbart sind und die den schwarzen Punkten des Punktmusters entsprechen (den "1" Bits des Bit- Musters).
Die Beeinflussung zwischen entsprechenden angeregten oszillierenden Zellen geschieht in der folgenden Weise: sind zwei van der Pol-Zellen i und j entsprechend den schwarzen Punkten des Punktmusters (den Bits "1" in Bit-Mustern) einander benachbart, so sind die Zellen i und j über einen Widerstand miteinander verbunden, dessen Widerstandswert
beträgt entsprechend der Geschwindigkeitsdifferenz zwischen den beiden Zellen i und j. Werden insbesondere fünf van der Pol-Zellen A, B, C, D und E miteinander verbunden, wie es in Fig. 5 dargestellt ist, so können die Funktionsweisen der von der Pol-Zellen A und B mit den folgenden Formeln beschrieben werden:
Die Funktionsweise für die verbleibenden van der Pol-Zellen C, D und E können in ähnlicher Weise ausgedrückt werden.
Unter der Annahme, daß in der obigen Gleichung (3) a=0 ist, werden aus den Oszillatorzellen A, B, . . . deren Ausgangseigenschaften durch xA, xB . . . ausgedrückt werden, lineare Oszillatoren. In diesem Fall tritt keine Resonanz in den miteinander verbundenen Oszillatorzellen auf, sofern nicht die Bedingung wA = wB = . . . erfüllt ist. Ist andererseits a ≠ 0 (nicht lineare van der Pol-Oszillatorzelle), so tritt, selbst wenn die Eigenfrequenzen w nicht dieselben sind, der Wechselwirkungseffekt bei einer Frequenz auf, die zwischen den Maximalfrequenzen und den Minimalfrequenzen der Eigenfrequenzen w liegt, so daß all die miteinander verbundenen Oszillatorzellen mit der gleichen Frequenz in Phase schwingen. In diesem Zusammenhang wurde festgestellt, daß die Wechselwirkung ohne weiteres auftritt durch Anwendung der Beeinflussung entsprechend der Geschwindigkeitsdifferenz.
Fig. 6A zeigt ein Punktmuster, aus dem die Anordnung "benachbarte Punkte" hervorgeht. Unter der Annahme, daß der Punkt A ein mittlerer Punkt ist, wird festgelegt, daß die Punkte 1 bis 4 zum mittleren Punkt A benachbart sind in einer "Tetra-Nachbarschafts-Richtung"; die Punkte 1 bis 8 sind dem mittleren Punkt A in einer "Octa-Nachbarschafts-Richtung" benachbart und die Punkte 1 bis 12 in einer "Dodeca- Nachbarschafts-Richtung". Zusätzlich wird das "Muster mit verbundenen Punkten" definiert als ein Punktmuster, das nur aus einer Vielzahl von schwarzen Punkten besteht, von denen jeder wenigstens einem schwarzen Punkt benachbart ist.
Betrachtet man das in Fig. 6B dargestellte Muster auf der Grundlage der obigen Definitionen, so bilden die Punkte a und b kein Muster mit verbundenen Punkten in Übereinstimmung mit der "Tetra-Nachbarschafts-Richtung", sondern ein Muster mit verbundenen Punkten gemäß der "Octa-Nachbarschafts-Richtung". Die Punkte a und c bilden ein Muster mit verbundenen Punkten nicht nur in der Tetra-Nachbarschafts-Richtung, sondern auch in der Octa-Nachbarschafts-Richtung. Unter dem Gesichtspunkt der Auflösung der Mustererkennung ergibt eine Betrachtung der Nachbarschaftsrichtungen, daß diese Auflösung größer ist in der Octa-Nachbarschafts-Richtung als in der Tetra- Nachbarschafts-Richtung und noch weiter verbessert ist in der Dodeca-Nachbarschafts-Richtung.
Eine Gesamtübersicht ergibt, daß ein vorgegebenes Muster in folgender Weise erkannt werden kann. Das vorgegebene Muster wird in ein Punktmuster umgewandelt, welches wiederum in ein Muster mit verbundenen Punkten umgewandelt wird. In einer van der Pol-Oszillator-Zellmatrix werden Oszillatorzellen gemäß den entsprechenden Punkten des Musters mit verbundenen Punkten mit den ihnen innewohnenden Frequenzen w betrieben, die gemäß der Gleichung (2) bestimmte wurden, und die Beeinflussungen zwischen benachbarten Oszillatorzellen gemäß Gleichung (3) addiert. Dies bedeutet, daß eine Frequenz erhalten werden kann aus dem Ergebnis des Wechselwirkungseffekts, die dann mit gespeicherten Referenzfrequenzen f1, f2, f3, . . . bekannter Muster verglichen wird. Wenn die Wechselwirkungsfrequenz die gleiche ist oder einer der Referenzfrequenzen sehr ähnlich, so wird das vorgegebene Muster so beurteilt, als sei es das gleiche oder ein ähnliches bekanntes Muster, das durch die übereinstimmende Referenzfrequenz dargestellt wird.
Wie bereits oben erwähnt, hängt die Auflösung der Mustererkennung von der Anzahl der Nachbarschaftsrichtungen ab entlang derer die van der Pol-Oszillatorzellen miteinander verbunden sind. Betrachtet man dabei die drei Punkt-Muster, wie sie in Fig. 7A, 7B und 7C dargestellt sind, so können diese Muster als gleiche Muster mit verbundenen Punkten auf der Basis der Tetra-Nachbarschafts-Richtung angesehen werden. Werden dieses Muster jedoch in der Octa-Nachbarschafts- Richtung betrachtet, so zeigen sie die in Fig. 8A, 8B und 8C dargestellten Veränderungen. Zwar sind die in den Fig. 8A und 8B dargestellten Muster mit verbundenen Punkten dieselben, jedoch deutlich unterschieden von dem in Fig. 8C dargestellten Muster.
Fig. 9 zeigt Beispiele von Mustern mit verbundenen Punkten und zugehörigen Wechselwirkungsfrequenzen. In Fig. 9 zeigen die ausgezogenen Linien die verbundenen Beziehungen zwischen schwarzen Punkten, welche ein Muster mit verbundenen Punkten darstellen, d. h. die Beeinflussungsbeziehungen zwischen den van der Pol-Oszillatorzellen. Die dargestellten Wechselwirkungsfrequenzen wurden erhalten unter der Bedingung, daß die verschiedenen Parameter in den Gleichungen (2) und (3) wie folgt waren: a=0,1; b=0,1; D=0,5; w=6,0·10&sup5; Radian/Sekunde und c=0,1. Diese Werte der einzelnen Parameter sind nur typische Beispiele, d. h. daß die Parameter auch andere Werte annehmen können.
Fig. 10 zeigt ein Blockdiagramm eines Gesamtaufbaus der Vorrichtung der Mustererkennung gemäß der vorliegenden Erfindung. Ein unbekanntes Muster wird durch ein Zeichenabtastgerät 15 abgetastet und in ein Punktmuster umgewandelt. Das Abtastgerät 15 weist zum Beispiel einen (nicht dargestellten) Bildsensor auf, welcher das unbekannte Muster fotografiert, ein analoges Videosignal erzeugt und dieses dann einem (nicht dargestellten) Schwellwertkreis zugeführt, in dem das Videosignal in binäre Videosignale umgewandelt wird, von denen jedes einen Punkt des Punktmusters darstellt.
Der Ausgang des Zeichenabtastgeräts 15 ist mit einer van der Pol-Oszillatorzellmatrix 16 verbunden, dessen Ausgang eine Wechselwirkungsfrequenz fa einem Vergleicher 17 zuführt, der mit einem Speicher 18 verbunden ist, in dem die Referenzfrequenzen f&sub1;, f&sub2;, f&sub3; . . . bekannter Muster gespeichert sind. Die Wechselwirkungsfrequenz fa wird mit den gespeicherten Referenzen f&sub1;, f&sub2;, f&sub3; . . . im Vergleicher 17 verglichen, so daß unbekannte Muster erkannt werden durch bekannte Muster entsprechend einer Referenzfrequenz, die übereinstimmt mit der Wechselwirkungsfrequenz in einem zulässigen Rahmen. In diesem Zusammenhang kann das unbekannte Muster einer Kategorie zugeordnet werden mit einer vorgegebenen Abweichung von der allgemeinen Konzeption in Richtung eines spezifischen Namens.
Die vom Zeichenabtaster 15 erzeugten binären Videosignale werden über die Leitung 26 einer Speicherzellenmatrix 20 zugeführt, wie es in Fig. 11 dargestellt ist. Die Speicherzellenmatrix 20 besteht aus einer Anzahl von Speicherzellen, die in Form einer Matrix angeordnet sind mit einer Vielzahl von Reihen und einer Vielzahl von Spalten, welche ein Punktmuster ausreichender Größe bilden. Die entsprechenden binären Signale werden zeitweise in den zugehörigen Speicherzellen des Matrixspeicher 20 gespeichert, so daß in dieser Speicherzellenmatrix ein Punktmuster entsteht
Die Ausgangssignale der entsprechenden Speicherzellen werden über parallel angeordnete Leitungen 28 entsprechenden Schalterzellen eines Raumschalters 22 zugeführt, wobei die Anzahl der Schalterzellen der Anzahl der Speicherzellen entspricht. Die Schalterzellen sind in Form einer Matrix angeordnet, deren Abmessung derjenigen der Speichermatrix 20 entspricht. Der Raumschalter 22 ist mit einem Spannungsgenerator und einem Frequenzzähler 24 verbunden sowie in steuerbarer Weise mit einer van der Pol- Oszillatorzellmatrix 16. Diese Oszillatorzellmatrix 16 weist van der Pol-Zellen 30 auf, wobei deren Anzahl derjenigen der Schalterzellen entspricht und wobei die Zellen 30 in Form einer Matrix angeordnet sind von gleicher Abmessung wie diejenige der Schalterzellen des Raumschalters 22. Wie Fig. 11 zeigt, weist jede van der Pol-Zelle 30 einen nicht invertierten Eingang Vin&sub1;, einen invertierten Eingang Vin&sub2; und einen Ausgang Vout auf, welche mit der entsprechenden Schalterzelle des Raumschalters 22 verbunden sind.
Insbesondere weisen die Schalterzellen des Raumschalters 22 fünf analoge Schaltelemente 36 in einer Spalte auf, wie es in Fig. 12 dargestellt ist. Die fünf analogen Schaltelemente 36 werden durch ein Ausgangsbit (i, j) der zugehörigen Speicherzelle in der Speichermatrix 20 ein- und ausgeschaltet. Eines der fünf analogen Schaltelemente 36 ist mit einem Ende über einen Widerstand und einer Kapazität mit dem Ausgang Vout der zugehörigen van der Pol-Zelle (i, j) verbunden und mit seinem anderen Ende über eine Leitung 32 mit dem Spannungsgenerator und dem Frequenzzähler 24. Die Ausgänge Vout der entsprechenden van der Pol-Zellen 30 sind über die Kapazität mit der Leitung 32 verbunden, so daß eine Wechselstromkomponente des Ausgangssignals Vout dem Spannungsgenerator und dem Frequenzzähler zugeführt wird, wo die Frequenz der Wechselstromkomponente gemessen wird und ein digitales Signal, welches dieses Frequenz darstellt, über die Leitung 34 abgegeben wird.
Die verbleibenden vier analogen Schaltelemente 36 wirken dergestalt, daß sie die Spannungsausgangsleitung 38 des Spannungsgenerators und Frequenzzählers 24 wahlweise mit den nicht invertierten und den invertierten Eingängen Vin&sub1; und Vin&sub2; der van der Pol-Zellen 30 verbinden. Die Spannungsausgangsleitung 38 weist ein Leitungspaar 38A und 38B auf, wie es in Fig. 12 dargestellt ist, wobei die vier analogen Schaltelemente 36, die jeder van der Pol-Zelle (i, j) zugeordnet sind, gemäß Fig. 12 verbunden werden, um dergestalt die Rückkopplungsspannungen Vin&sub1; und Vin&sub2; über die Leitungen 38A und 38B den benachbarten van der Pol-Zellen (i, j-1) und (i, j+1) zuzuführen.
Diese Rückkopplungsspannungen Vin&sub1; und Vin&sub2; werden wie folgt ermittelt: die jeder Zelle zugeführte Spannung Vin1 wird erhalten, indem die Ausgangsspannung Vout dieser Zelle multipliziert wird mit der Gesamtanzahl benachbarter schwarzer Punkte (benachbarter "1" Bits). Die Spannung Vin&sub2; wird ermittelt, indem die Ausgangsspannung Vout der benachbarten Zellen entsprechend den benachbarten schwarzen Punkten (benachbarten "1" Bits) aufsummiert werden.
Entsprechen beispielsweise nur drei van der Pol-Zellen (i, j- 1), (i, j) und (i, j+1) den schwarzen Punkten des Musters mit verbundenen Punkten, so werden die Rückkopplungsspannungen Vin&sub1; und Vin&sub2; zu der Zelle (i, j) wie folgt ermittelt:
Vin&sub1; = Vout (i, j)·2 (4)
Vin&sub2; = Vout (i, j-1) + Vout (i, j+1) (5)
Die von der Pol-Zellen 30, welche diese Rückkopplungsspannungen erhalten, können so aufgebaut sein, wie es beispielsweise in Fig. 13 dargestellt ist. Die Rückkopplungsspannung Vin&sub2; wird über einen Inverter 40 einem Eingang eines Addierers 42 zugeführt, dessen anderer Eingang die Rückkopplungsspannung Vin&sub2; erhält. Ein Ausgangssignal des Addierers 42 wird durch eine Differenzierschaltung 44 differenziert und durch eine Teilerschaltung 46 geteilt. Der Ausgang der Teilerschaltung 46 ist mit einem Eingang eines weiteren Addierers 48 verbunden zur Übertragung einer Spannung, welcher der gegenseitigen Beeinflussung in Gleichung (3) entspricht. Ferner wird die Ausgangsspannung Vin&sub1; durch eine weitere Teilerschaltung 52 geteilt und dem Eingang des Addierers 48 als Spannungssignal zugeführt, welches einem Teil der durch die Gleichung (2) ausgedrückten Eigenfrequenz entspricht. Der Ausgang des Addierers 48 ist über die Leitung 54 mit einem Esaki Dioden-Oszillator 50 verbunden.
Der Oszillator 50 kann gemäß Fig. 15 aufgebaut sein, d. h. der Oszillator 50 weist eine Esaki Diode 60 auf, deren Anode mit der Leitung 54 verbunden ist und die über einen Rückkopplungswiderstand 70 geerdet ist. Eine LC-Schaltung 61 und ein variabler Widerstand 62 sind über die Diode 60 miteinander verbunden, wobei eine konstante Gleichspannungsquelle 64 mit der Kathode der Diode 60 verbunden ist.
Dieser Oszillator 50 bildet eine Art LC-Schwingkreis, welcher die negativen Widerstandseigenschaften der Esaki Diode nutzt. Der durch die Esaki Diode 60 fließende Strom kann ungefähr durch eine Funktion dritter Ordnung der an der Diode 60 anliegenden Spannung ausgedrückt werden, so daß die Ausgangsspannung des mit der Esaki Diode versehenen Oszillators durch die Gleichung (1) ausgedrückt werden kann. Der variable Widerstand 62 wird dazu verwendet, die negativen Widerstandseigenschaften der Diode 60 einzustellen, um letztendlich damit die Variationsbreite der Ausgangsspannung Vout zu steuern. Mit anderen Worten, die Veränderung des Widerstandswertes des variablen Widerstandes 62 entspricht der Änderung der Koeffizienten a und b in der Gleichung (1).
Unter der Annahme, daß die an der Diode 60 anliegende Spannung Ved ist und die Spannung der konstanten Gleichspannungsquelle 64 Vc ist und unter der Annahme, daß der Widerstandswert des Widerstandes 70 Null ist, kann der Faktor x in der Gleichung (1) wie folgt ausgedrückt werden:
x = Ved - Vc (6)
Wenn nun die an der Diode 60 anliegende Spannung Ved invertiert wird durch einen Operationsverstärker 66 und zur Spannung Vc am Eingang eines invertierenden Verstärkers 68 addiert wird, so wird die Ausgangsspannung Vout des Verstärkers 68 die durch die Gleichung (6) ausgedrückte Spannung.
Da jedoch die Diode 60 durch die Rückkopplungsspannung und den Widerstand 70 vorgespannt ist, funktioniert der Oszillator 50 wie es durch die Gleichung (3) ausgedrückt wird.
Die Erfindung wurde im Zusammenhang mit speziellen Ausführungsbeispielen beschrieben. Es sei betont, daß die Erfindung in keiner Weise auf die Einzelheiten der dargestellten Aufbauten beschränkt ist und daß Veränderungen und Abweichungen im Rahmen der beigefügten Ansprüche möglich sind.

Claims

1. Verfahren zur Erkennung eines vorgegebenen Objektes in einem bekannten System von Konzeptionen oder einem abstrakten hierarchischen System, enthaltend eine Gruppe bekannter Konzeptionen oder Kategorien, die einer Eins-zu-Eins Relation zu verschiedenen nicht linearen oszillierenden Referenzsystemen entsprechen, das die Schritte aufweist der Darstellung des vorgegebenen Objektes in Ausdrücken eines physikalischen Systems, so daß eine nicht lineare Oszillation bewirkt wird bei einer Frequenz, die der dem vorgegebenen Objekt innewohnenden Konzeption oder Kategorie entspricht, der Kopplung des physikalischen Systems mit einem oszillierenden System, das ausgewählt ist aus den nicht linearen oszillierenden Referenzsystemen, so daß das physikalische System und das ausgewählte oszillierende System aufeinander einwirken und der Bestimmung, ob eine Wechselwirkung oder nicht erfolgt zwischen dem physikalischen System und dem ausgewählten oszillierenden System als Ergebnis der Auswirkung der nicht linearen Oszillation, um dadurch die Identität zu beurteilen zwischen der dem vorgegebenen Objekt innewohnenden Konzeption oder Kategorie und der bekannten, durch das ausgewählte oszillierende System bezeichneten Konzeption.

2. Verfahren zur Erkennung eines vorgegebenen Objektes in einem bekannten System von Konzeptionen oder einem abstrakten hierarchischen System, enthaltend eine Gruppe bekannter Konzeptionen oder Kategorien, die verschiedenen oszillierenden Referenzfrequenzen in einer Eins-zu-Eins Relation entsprechen, das die Schritte aufweist der Darstellung des vorgegebenen Objektes in Ausdrücken eines physikalischen Systems, so daß eine nicht lineare Oszillation bewirkt wird bei einer Frequenz, die der dem vorgegebenen Objekt innewohnenden Konzeption oder Kategorie entspricht, der Auswahl einer bekannten Konzeption oder Kategorie aus dem bekannten System von Konzeptionen oder Kategorien, des - Betriebs des physikalischen Systems bei einer Oszillationsfrequenz entsprechend der einen ausgewählten bekannten Konzeption oder Kategorie und der Bestimmung, ob eine Wechselwirkung oder nicht erfolgt mit dem physikalischen System, um dadurch die Identität zu beurteilen zwischen der dem vorgegebenen Objekt innewohnenden Konzeption oder Kategorie und der einen ausgewählten bekannten Konzeption oder Kategorie.

3. Verfahren zur Erkennung eines vorgegebenen Objektes in einem bekannten System von Konzeptionen oder einem abstrakten hierarchischen System, enthaltend eine Gruppe bekannter Konzeptionen oder Kategorien, die verschiedenen oszillierenden Referenzfrequenzen in einer Eins-zu-Eins Relation entsprechen, das die Schritte aufweist der Darstellung des vorgegebenen Objektes in Ausdrücken eines physikalischen Systems, so daß eine nicht lineare Oszillation bewirkt wird bei einer Frequenz, die der dem vorgegebenen Objekt innewohnenden Konzeption oder Kategorie entspricht, des Oszillierens des physikalischen Systems, so daß die Oszillation des physikalischen Systems unter dem Wechselwirkungseffekt in einer Frequenz konvergiert und des Vergleichens der konvergierten Frequenz mit den oszillierenden Referenzfrequenzen zur Identifizierung des vorgegebenen Objekts.

4. Verfahren nach Ansprüchen 1, 2 oder 3, bei dem die Darstellung des vorgegebenen Objektes in Ausdrücken des physikalischen Systems erfolgt durch Herstellung einer Vielzahl oszillierender nicht linearer Elemente (30), die in Form einer Matrix (16) angeordnet sind, um so das vorgegebene Objekt in ein entsprechendes vereinfachtes Muster umzusetzen und durch gegenseitiges ausgewähltes Verbinden der oszillierenden nicht linearen Elemente in Übereinstimmung mit dem vereinfachten Muster, so daß die gegenseitig verbundenen oszillierenden nicht linearen Elemente der Matrix in ihrer Gesamtheit eine Oszillationsfrequenz aufweisen, die aus schließlich dem vereinfachten Muster innewohnt.

5. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, bei dem die Gruppe bekannter Konzeptionen oder Kategorien eine Vielzahl von unabhängigen Konzeptionen oder Klassen aufweist, deren jede eine Oszillationsfrequenz besitzt, die niemals eine Wechselwirkung bewirkt mit einer Oszillation bei jeder der Frequenzen entsprechend den anderen unabhängigen Konzeptionen oder Klassen sowie eine Vielzahl von allgemeinen Konzeptionen oder Hauptklassen aufweist, deren jede wenigstens eine unabhängige Konzeption oder Klasse aufweist und deren jede eine Oszillationsfrequenz aufweist, die eine Wechselwirkung bewirken kann mit den Oszillationen bei einzelnen Frequenzen, welche allen unabhängigen Konzeptionen oder Klassen in der allgemeinen Konzeption oder Hauptklasse entsprechen, sowie eine Vielzahl von spezifischen Konzeptionen oder Unterklassen aufweisen, deren jede zu einer der unabhängigen Konzeptionen oder Klassen gehört und deren jede eine Oszillationsfrequenz aufweist, welche eine Wechselwirkung bewirken kann mit der Oszillation bei derjenigen Frequenz, welche der unabhängigen Konzeption oder Klasse entspricht, welche diese spezifische Konzeption oder Unterklasse enthält.

6. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, bei dem im Falle des Zusammenfallens der Oszillationsfrequenz des physikalischen Systems mit keiner der Frequenzen entsprechend allen Konzeptionen oder Kategorien, die dem bekannten System von Konzeptionen oder dem abstrakten hierarchischen System angehören, die Konzeption oder Kategorie, die dem vorgegebenen Objekt innewohnt und der Oszillationsfrequenz des physikalischen Systems entspricht als neue Konzeption oder Kategorie dem bekannten System von Konzeptionen oder abstrakten hierarchischen System hinzugefügt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 4, bei dem das nicht lineare oszillierende Element ein van der Pol Oszillator ist.

8. Verfahren nach Anspruch 5, sofern dieser von Anspruch 2 abhängt, bei dem die Schritte des Betriebes des physikalischen Systems und der Bestimmung, ob eine Wechselwirkung auftritt, die Unterschritte aufweist des Betriebes des physikalischen Systems bei Frequenzen entsprechend den allgemeinen Konzeptionen oder Hauptklassen, der Auswahl einer allgemeinen Konzeption oder Hauptklasse, welche die Wechselwirkung bewirkt hat, des Betriebes des physikalischen Systems bei Frequenzen entsprechend den unabhängigen Konzeptionen oder Klassen in der ausgewählten allgemeinen Konzeption oder Hauptklasse, der Auswahl einer unabhängigen Konzeption oder Klasse, welche die Wechselwirkung bewirkt hat, des Betriebes des physikalischen Systems bei Frequenzen entsprechend den spezifischen Konzeptionen oder Unterklassen in der ausgewählten unabhängigen Konzeption oder Klasse und der Bestimmung einer spezifischen Konzeption oder Unterklasse, welche die Wechselwirkung bewirkt hat, wodurch das vorgegebene Objekt klassifiziert wird.

9. Verfahren nach Anspruch 4 oder 7, bei dem das vorgegebene Objekt ein zweidimensionales Muster ist und bei dem die Umwandlung des vorgegebenen Objektes in ein vereinfachtes Muster verwirklicht wird durch Feststellung des zweidimensionalen Musters mittels eines zweidimensionalen Bildsensors und Vereinfachung des erhaltenen Bildes in ein Punkt oder Pixel-Muster, bestehend aus einer Vielzahl von Punkten oder Pixeln, wobei jeder einem nicht linearen oszillierenden Element der Matrix entspricht.

10. Verfahren nach Anspruch 5, sofern dieser vom Anspruch 3 abhängt, bei dem der Vergleich der konvergierten Frequenz mit der oszillierenden Referenzfrequenz erfolgt durch Vergleich der konvergierten Frequenz mit den Oszillationsfrequenzen der allgemeinen Konzeptionen oder Hauptklassen, um dergestalt eine allgemeine Konzeption oder Hauptklasse auszuwählen mit einer minimalen Oszillationsfrequenz-Differenz von der konvergierten Frequenz durch Vergleichen der konvergierten Frequenz mit den Oszillationsfrequenzen der unabhängigen Konzeptionen oder Klassen in der ausgewählten allgemeinen Konzeption oder Hauptklasse, um dergestalt eine unabhängige Konzeption oder Klasse auszuwählen mit einer minimalen Oszillationsfrequenz- Differenz zur konvergierten Frequenz und durch Vergleichen der konvergierten Frequenz mit den Oszillationsfrequenzen der spezifischen Konzeptionen oder Unterklassen in der ausgewählten unabhängigen Konzeption oder Klasse, um dergestalt eine spezifische Konzeption oder Unterklasse auszuwählen mit einer minimalen Oszillationsfrequenz- Differenz zur konvergierten Frequenz, wodurch das vorgegebene Objekt klassifiziert wird.

11. Verfahren nach Anspruch 9, bei dem die Vereinfachung des erhaltenen Bildes durch Extrahieren einer Kontur des erhaltenen Bildes erfolgt.

12. Vorrichtung zur Erkennung eines vorgegebenen Objektes in einem bekannten System von Konzeptionen oder einem abstrakten hierarchischen System, das eine Gruppe bekannter Konzeptionen oder Kategorien enthält, die einer Eins-zu-Eins Relation zu verschiedenen nicht linearen oszillierenden Referenzsystemen entsprechen, die eine Vorrichtung (15) aufweist zum Abtasten des vorgegebenen Objektes und eine Anordnung (16, 20, 22) aufweist zur Bildung eines physikalischen Systems, das in der Lage ist, eine nicht lineare Oszillation bei einer Frequenz zu erzeugen, entsprechend der dem vorgegebenen Objekt innewohnenden Konzeption oder Kategorie, eine Anordnung aufweist, um das physikalische System in Oszillationen zu versetzen, so daß die Oszillationen des physikalischen Systems unter dem Einfluß einer Wechselwirkung bei einer Frequenz konvergiert und eine Anordnung (17) aufweist zum Überlagern der konvergierten Frequenz mit den gespeicherten oszillierenden Referenzfrequenzen (18) entsprechend den bekannten Konzeptionen oder Kategorien.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, bei der die das physikalische System bildende Anordnung eine Vielzahl von nicht linearen oszillierenden Elementen (30) aufweist, die in Form einer Matrix (16) mit einer Vielzahl von Reihen und einer Vielzahl von Spalten angeordnet sind, die eine Anordnung (20) zur Erzeugung eines zweidimensionalen Punkt- oder Pixel-Musters des vorgegebenen Objektes aufweist, wobei das Punkt-Muster aus einer Vielzahl von Punkten oder Pixeln besteht, deren jeder einem nicht linearen oszillierenden Element der Matrix entspricht, eine Schaltanordnung (22) aufweist zum gegenseitigen Verbinden der nicht linearen oszillierenden Elemente (30) der Matrix (16) entsprechend den einzelnen Punkten des erstellten Punkt-Musters, so daß die miteinander verbundenen nicht linearen oszillierenden Elemente in ihrer Gesamtheit eine Oszillationsfrequenz aufweisen, die nur dem erstellten Punkt-Muster innewohnt.

14. Vorrichtung nach Anspruch 12, bei dem das vorgegebene Objekt ein vorgegebenes Muster ist, wobei die Vorrichtung ferner eine Anordnung (18) aufweist zum Speichern von Referenzfrequenzen entsprechend den bekannten Mustern und wobei die Abtastanordnung (15) das vorgegebene Muster derart abtastet, daß ein zweidimensionales vereinfachtes Punkt- oder Pixel-Muster entsteht, welches das vorgegebene Muster darstellt, wobei die das physikalische System bildende Anordnung einen Oszillator-Matrix-Schaltkreis (16) aufweist mit einer Vielzahl von nicht linearen oszillierenden Elementen (30), die in Form einer Matrix angeordnet sind mit einer Vielzahl von Reihen und einer Vielzahl von Spalten, eine Schaltanordnung (22) aufweist zum ausgewählten Betrieb der oszillierenden Elemente (30) der Matrix entsprechend den einzelnen Punkten des vereinfachten Punkt-Musters derart, daß jedes betriebene oszillierende Element und alle diesem benachbarten betriebenen oszillierenden Elemente gegenseitig ihren Schwingungszustand beeinflussen, so daß die Matrix schließlich eine dem Punkt-Muster entsprechende Oszillationsfrequenz aufweist und wobei eine Anordnung (24) vorgesehen ist zum Messen der Oszillationsfrequenz während die Überlagerungsanordnung (17) die gemessene Oszillationsfrequenz den gespeicherten Referenzfrequenzen überlagert.

15. Vorrichtung nach Anspruch 14, bei der die das Muster abtastende Anordnung (15) einen zweidimensionalen Bildsensor aufweist sowie eine Anordnung zur Aufnahme eines Bildsignals vom Bildsensor zur Erzeugung des Punkt-Musters, bestehend aus einer Vielzahl von Punkten, deren jeder einem nicht linearen oszillierenden Element (30) der Oszillator-Matrix-Schaltung (16) entspricht.

16. Vorrichtung nach Anspruch 15, bei der die das physikalische System bildende Anordnung ferner eine Speicheranordnung (20) aufweist zur Aufnahme des Ausgangs der das Punkt-Muster erzeugenden Anordnung zur Speicherung des Punkt-Musters, wobei die Speicheranordnung (20) eine Vielzahl von Speicherzellen aufweist, die in Form einer Matrix angeordnet sind, welche dieselbe Anzahl von Reihen und Spalten aufweist, wie die Oszillator-Matrix-Schaltung und wobei die Schaltanordnung (22) eine Vielzahl von Schaltzellen aufweist, die in Form einer Matrix angeordnet sind, welche dieselbe Anzahl von Reihen und Spalten wie die Oszillator- Matrix-Schaltung aufweist, wobei jede der Schaltzellen vom Ausgang der zugehörigen Speicherzelle in der Speicheranordnung angesteuert wird, um so ein zugehöriges oszillierendes Element der Oszillator-Matrix-Schaltung zu betätigen.

17. Vorrichtung nach Ansprüchen 13 oder 14, wobei jedes der nicht linearen oszillierenden Elemente (30) ein van der Pol Oszillator ist.

18. Vorrichtung nach Anspruch 15, bei der die Überlagerungsanordnung (17) in der Lage ist, die Unterschiede zwischen den gemessenen Oszillationsfrequenzen und den gespeicherten Referenzfrequenzen zu berechnen, um so diejenigen Referenzfrequenzen zu ermitteln, deren Differenzen innerhalb eines vorgegebenen Bereiches liegen, um so das vorgegebene Muster zu katalogisieren.