DE3689101T2

DE3689101T2 - Mustererkennungsanlage.

Info

Publication number: DE3689101T2
Application number: DE86401511T
Authority: DE
Inventors: Tokiko C O Maruyama Okumura; Hiroshi Shimizu; Ichiro Tsuda; Youko C O Hamada Yamaguchi; Masafumi Yano
Original assignee: Research Development Corp of Japan
Current assignee: Japan Science and Technology Agency
Priority date: 1985-07-06
Filing date: 1986-07-07
Publication date: 1994-04-28
Anticipated expiration: 2006-07-08
Also published as: CA1258710A; EP0220077A2; JPH0668767B2; US4710964A; EP0220077A3; JPS62103773A; EP0220077B1; DE3689101D1

Description

Hintergrund der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Mustererkennungsvorrichtung, insbesondere eine Erkennungsvorrichtung für allgemeine Muster, die einsetzbar ist, um die charakteristischen Merkmale nicht nur von eingegebenen Bildern, wie Figuren und Zeichen, zu extrahieren, sondern auch Merkmale verschiedener anderer sich in zeitlicher Folge ändernder Größen.

Beschreibung des Standes der Technik

Derzeit werden sogenannte Mustererkennungsvorrichtungen in großem Umfang in der Industrie eingesetzt, beispielsweise als Vorrichtungen zum Lesen von Zeichen, und als Systeme zum Sortieren von Bauteilen. Das den herkömmlichen Vorrichtungen gemeinsame Merkmal des Erkennungsverfahrens besteht darin, zunächst aus den Eingangsmusterdaten verschiedene Kennwerte zu extrahieren, die in einer Gruppe von zu erkennenden Objekten gemeinsam enthalten sind, um sie dann auf der Grundlage der extrahierten Kennwerte zu kategorisieren.
Der Verarbeitungsteil derartiger Erkennungsvorrichtungen enthält einen digitalen Prozessor und eine Spezialschaltung, die spezielle Kennwerte quantitativ extrahiert, beispielsweise eine Schaltung für eine Hochgeschwindigkeits-Fourier-Transformation. Das Programm für den digitalen Prozessor läßt sich abhängig von den Objekten der Erkennung ausgestalten. Eine derartige Erkennungsvorrichtung ist speziell dafür ausgelegt, dem besonderen industriellen Bedarf an einer Hochgeschwindigkeitserkennung zu entsprechen.
Allerdings macht es die Spezialisierung der Erkennungsvorrichtung notwendig, eine Vorrichtung und ein Programm für jede Erkennungsobjekt-Kategorie zu entwerfen. Als Ergebnis werden die jeweiligen Methoden weiter spezialisiert, und der Entwurf sowie Modifizierungsarbeiten werden noch komplizierter. Weiterhin verringert die Verkomplizierung der Kategorieklassifizierungs-Verarbeitung die Zuverlässigkeit der Erkennungsergebnisse, was zu einer schwierigeren Qualitätskontrolle von Fertigungsprodukten in dem das Mustererkennungssystem verwendenden Produktionssystem führt.
Vom Standpunkt des Herstellers aus gesehen folgt hieraus, daß ein hohes Maß an Entwurfsarbeit für jede erhaltene Auftragsspezifikation erforderlich ist, und daß die Kosten des Produkts einschließlich des Einweisens der Ingenieure höher werden.
Vom Standpunkt des Anwenders her gesehen existieren Nachteile in technischer Hinsicht und wegen der Kosten beim Einsatz insofern, als die technische Information bezüglich der zu erkennenden Objekte selbst, welche der Anwender vertraulich halten möchte, in den Bereich des Herstellers gelangt, und der Anwender gezwungen ist, bei der Vorrichtung zu einem neuen Modell mit verbesserter Funktion zu wechseln.
Wie oben beschrieben, weist die Mustererkennungsvorrichtung Nachteile der Spezialisierung und der Verkomplizierung auf.

Offenbarung der Erfindung

Es ist folglich ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine allgemeine Mustererkennungsvorrichtung anzugeben, bei der die oben erläuterten verschiedenen Nachteile der herkömmlichen Vorrichtung vermieden werden.
Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung einer neuen Mustererkennungsvorrichtung, bei der die Strukturen von Software und Hardware ganz unabhängig von der Erkennungsobjekt- Kategorie sind.
Ein noch weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung einer solchen Mustererkennungsvorrichtung, daß sich eine Kostenreduzierung, eine Verbesserung der Produktzuverlässigkeit und eine Verkürzung der Bereitstellungszeit aufgrund einer Massenfertigung einer ausgewählten geringen Anzahl von Systemen für verschiedene Erkennungsobjekte erreichen läßt.
Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung einer Mustererkennungsvorrichtung, bei der die Musterinformation herstellerunabhängig angesammelt werden kann und eine Funktion durch Hinzufügung einer Einzelstruktureinheit verbessert werden kann.
Eine solche Spezialisierung und Verkomplizierung, die mit der Verbesserung der Genauigkeit der Mustererkennungsvorrichtung verbunden ist, läßt sich solange nicht vermeiden, wie das herkömmliche Erkennungsverfahren eingesetzt wird, bei dem verschiedene Kennwerte, die einer Gruppe von Erkennungsobjekten gemeinsam sind, aus den Eingangsmusterdaten in dem Betriebsablauf extrahiert und dann mit Bezugsdaten verglichen werden, um endgültig kategorisiert zu werden.
Deshalb betrieben die Erfinder die Studien in verschiedenen Wegen des Erkennungsprozesses bei Menschen und weiteren Lebewesen, um ein Mustererkennungsverfahren zu gewinnen, welches sich vom Grundkonzept der herkömmlichen Mustererkennungsvorrichtung unterscheidet. Die Erfinder haben herausgefunden, daß das Erkennungsverfahren bei Menschen und anderen Lebewesen mit Sicherheit völlig verschiedenen ist von der Datenverarbeitung in herkömmlichen Mustererkennungsvorrichtungen.
Ein lebender Körper empfängt mit den fünf Sinnen einschließlich dem Sehen verschiedene Stimuli aus der Außenumgebung, interpretiert diese nach Maßgabe der Erfahrung unter Einsatz eines Gehirn- und Nervengeflechts, um sie bei Bedarf schließlich zu speichern. Ein lebender Körper kann außerdem eine gewisse Interpretation bei unerfahrenen Dingen vornehmen. Darüber hinaus basiert die Interpretation nicht nur auf dem, was ankommt, sondern wird außerdem durch den internen Zustand beeinflußt, beispielsweise innere Sekretion und Krankheit. Es besteht keinerlei Zweifel daran, daß das obige spezielle Erkennungsvermögen es dem Leben ermöglicht hat, ohne Unterbrechung über eine derart lange Zeitspanne von mehreren 10&sup9; Jahren Bestand zu haben.
Die Struktur des Gehirn- und Nervengeflechts, die die oben erläuterte Fähigkeit aufweist, ist für jedes Erkennungsobjekt teilweise spezialisiert. Der größte Teil der Struktur allerdings ist eine Art großbemessenes Nervensystem, welches sich aus einer großen Anzahl von Einzelstruktur- Neuropilemen zusammensetzt die untereinander verbunden sind. Gemäß der Schädelnervenphysiologie empfängt jede der die Neuropileme organisierenden Nervenzellen die elektrischen Stimuli von mehreren tausend bis mehreren zehntausend weiteren Nervenzellen, und erzeugt elektrische Impulse für sich selbst und eine große Zahl weiterer Nervenzellen. Das Erzeugen der elektrischen Impulse wird auch als "Zünden" bezeichnet.
Der Zustand eines solchen Zündens von Nervenzellen hängt von dem inneren Zustand der Zellen selbst und dem eingegebenen Stimulus ab. Da andererseits berücksichtigt wird, daß das gesamte Gehirn eine gewisse Erkennungsverarbeitung durchführt, so kann man verstehen, daß das Zünden auch nur einer einzigen Nervenzelle das Resultat der teilweisen Interpretationsverarbeitung sein kann.
Aus dem Standpunkt der anderen Seite scheint es, daß die obigen Nervenzellen die elektrischen Impulse miteinander austauschen und das Verfahren zum Anwenden derartiger Impulse in zwei Arten unterteilt wird: Die erste besteht darin, daß das Zünden beschränkt wird, und die zweite besteht in einem Erleichtern des Zündens. Das Gehirn kann daher so betrachtet werden, als enthielte es ein Schaltungsnetzwerk mit Mitkopplungs-Regelschaltungen, Gegenkopplungs-Regelschaltungen und Oszillatorschaltungen. In der Tat kann man dies so verstehen, daß das Gehirn die Erkennungsverarbeitung sowie weitere Aktivitäten ausführt, indem es schwingt, weil man die elektrischen Gehirnwellen beobachtet, die den Zustand der Aktivität insgesamt anzeigen.
Darüber hinaus ist das menschliche Gehirn sehr kompliziert und setzt sich aus mehr als 10&sup8; Nervenzellen zusammen. Aus der anatomischen Betrachtung her ist es bekannt, daß diese Zelle miteinander verbunden sind, und zwar nicht auf Zufallsbasis, sondern in einer sich wiederholenden Weise, bei der die gleichen Muster sich in der Größenordnung von mehreren zehn bis mehreren tausend wiederholen.
Die obige Beschreibung zeigt die Besonderheiten der Hardware des Gehirns als die Mustererkennungsvorrichtung.
Die anschließende Beschreibung gilt dem Software-Aspekt der Arbeitsweise des Gehirns. Die Änderung der räumlichen und zeitlichen Verteilung des Zündens der Neuropileme, die durch die Stimuli von innerhalb und außerhalb eines lebenden Körpers veranlaßt werden, scheint den Fortschritt der Interpretationsverarbeitung im Inneren des Gehirns zu zeigen, d. h. die Erkennungssoftware und den Transfer von dort verarbeiteter Information. Die Merkmale eines Gehirns, die sich von einen digitalen Prozessor unterscheiden, sind, daß (1) das Programm und die Daten nicht getrennt gespeichert sind, (2) eine Datenverarbeitung bei verschiedenen örtlichen Neuropilemen vollständig parallel ausgeführt wird und die Ausgabe insgesamt harmonisch erhalten werden kann.
Im folgenden wird eine detaillierte Beschreibung des Programms und der Daten gegeben, die nicht getrennt gespeichert sind. Das Programm und die Daten sollten so betrachtet werden, als seien sie in einem digitalen Prozessor im wesentlichen getrennt gespeichert, weil der Prozessor im Zuge der Ausführung der Verarbeitung auf der Grundlage des Programms und der Daten klar zwischen Daten und dem Befehl unterscheidet, obschon Programm und Daten innerhalb einer Speichervorrichtung gemischt abgespeichert sind. Andererseits ist ein Gehirn weder ein digitaler Prozessor von einem derartigen Typ mit gespeichertem Programm, noch ist es eine diskrete logische Schaltung mit einer dem obigen digitalen Prozessor entgegengesetzten Konzeption. Die Neuropileme besitzen eine spezielle Struktur, so daß der Fortschritt der Datenverarbeitung die neue Erfahrung produzieren und folglich eine neue Datenverarbeitungsstruktur mit sich bringen kann.
Soweit es die parallele Datenverarbeitung bei Neuropilemen in harmonischer Weise insgesamt anbetrifft, wird eine Gesamtauswertung durch folgende Besonderheiten gegeben. Da die jeweiligen Zündbedingungen in lokalen Gruppen von Nervenzellen zusammenwirken, um eine Gesamtharmonie zu erzeugen, besitzt jede Gruppe von lokalen Nervenzellen irgendwie die Information des Gesamtzustands und des Objekts. Jede Nervenzellen-Gruppe empfängt die Information von anderen Nervenzellengruppen mit einer zeitlichen Verzögerung im Vergleich zu der Information, welche die Nervenzellen- Gruppe selbst von außen empfängt. Eine solche Besonderheit ist eine Art Zeichenerkennung in einem weiten Sinn und beinhaltet nicht nur visuelle Erkennung, sondern auch andere Erkennungsvorgänge, wie z. B. Klangerkennung, und sie besitzt darüber hinaus keine nennenswerten Nachteile, die der herkömmlichen Mustererkennungsvorrichtung anhaften. Da nämlich die Speicherung von Erkennungserfahrungen automatisch eine verbesserte Erkennungssoftware für die mögliche nächste Erkennungsdurchführung erzeugt, ist es nicht notwendig, für das nächste Objekt eine neue Software von außen einzugeben. Obschon das Gehirn und jedes Neuropilem sich aus dem Gesichtspunkt der Hardware aus wiederholten Einheiten derselben Struktur zusammensetzt, vermag das Gehirn die Änderung der Erkennungsfunktion zu meistern.
Indem die Erfinder besondere Aufmerksamkeit der enormen Mustererkennungsfähigkeit und deren charakteristischer Struktur in einem lebenden Körper widmeten, haben sie eine Erkennungsvorrichtung geschaffen.
Fig. 1 zeigt das obige Mustererkennungsverfahren in einem lebenden Körper in Form von Funktionsblöcken. Die Mustererkennungsvorrichtung enthält einen Mustervorverarbeitungsteil 1, einen Informationsverdichter 2 und einen Speicher 3. Das Eingangssignal von einem Erkennungsobjekt 4 wird von dem Mustervorverarbeitungsteil 1 in das Ausgangssignal transformiert, welches als "Elementarinformation" bezeichnet wird, und wird dann in den Informationsverdichter 2 eingegeben. Der Verdichter 2 gibt ein Ausgangssignal 6 an den Speicher 3 und empfängt gleichzeitig ein Rückkopplungssignal 7 von dem Speicher 3. Der Mustervorverarbeitungsteil 1 und der Informationsverdichter 2 setzen sich jeweils zusammen aus mehreren Elementareinheiten 1a und mehreren Elementareinheitenschaltungen 2a. Der Speicher 3 setzt sich aus mehreren Elementareinheiten zusammen, wie später beschrieben wird.
Außerdem ist das Eingangssignal 4 in seiner Art nicht beschränkt und kann sämtliche Informationsarten beinhalten, die irgendeine unterscheidbare Besonderheit besitzen, wie z. B. Klänge und sichtbare Bilder.
Der Mustervorverarbeitungsteil 1 analysiert oder transformiert das Eingangssignal 4 und erweitert es in mehrdimensionale räumliche Verteilungen hinsichtlich der verschiedenen Eigenschaften, wie Länge, Art und Hell und Dunkel.
Bei dem in Fig. 1 dargestellten Beispiel wird das Eingangssignal in einen zweidimensionalen Raum (p, q) aufgeweitet. Die Figur zeigt außerdem, daß bei einer zweidimensionalen Auflösung des Eingangssignals, die in dem Mustervorverarbeiter 1 gegeben ist, die Änderung in den Ausgangsgrößen der entsprechenden Elementareinheiten mit der Markierung "*" der Elementareinheiten 1a in Erscheinung tritt. Das Verteilungsmuster zeigt die Form eines umgekehrten L-Musters.
Ein derartiges Verteilungsmuster wird als Elementarinformationssignal 5 in den Informationsverdichter 2 eingegeben. Dieser Informationsverdichter 2 transformiert das Ausgangssignal von dem Mustervorverarbeitungsteil 1 in ein Signal, welches in einer zeitlichen Folge integriert ist (d. h. ein sich mit der Zeit änderndes Signal). Der Informationsverdichter 2 setzt sich aus einem Schichtenstapel zusammen, in welchem jede Schicht aus mehreren Elementareinheitenschaltungen 2a besteht, die im folgenden als "einfache Zellen" bezeichnet werden.
Jede einfache Zelle reagiert oder spricht an auf die Neigung von Segmenten, die mit den Markierungen "*" in der Ebene (p, q) des Vorverarbeitungsteils 1 angegeben sind. Jede horizontale Schicht der einfachen Zellen ist eine Ebene, auf die der Zustand der Ebene (p, q) des Mustervorverarbeitungsteils 1 parallel projiziert wird, und wird hier als "Hyperebene" bezeichnet. Andererseits enthält eine Reihe einfacher Zellen in der vertikalen Richtung einfache Zellen, welche jeweils unterschiedlichen Neigungen (maximal 180 Grad) möglicher Segmente entsprechen, die mit den Markierungen "*" in der projizierten Ebene (p, q) versehen sind. Jede Spalte einfacher Zellen wird hier als "Hyperspalte" bezeichnet. Bei der Mustererkennungsvorrichtung nach Fig. 1 entsprechen die Zellen in jeder Hyperspalte 0º, 45º, 90º bzw. 135º von oben nach unten betrachtet, wie in Fig. 1A dargestellt ist. Wenn man annimmt, daß das Eingangssignal 5, wie es durch den Mustervorverarbeitungsteil 1 gegeben ist, gebildet wird durch die Segmente mit der Neigung 0º und 90º, so sind die reagierenden einfachen Zellen diejenigen, die mit der Markierung "*" versehen sind. Es wurde verstanden, daß in dem Gehirn eine Anzahl von Nervenzellen- Gruppen nach Maßgabe der Neigung jedes Segments von Umrissen des in die Ebene auf der Retina projizierten Bildes zündet.
Es besteht keinerlei Zweifel daran, daß das Verteilungsmuster der reagierenden Zellen in dem Informationsverdichter 2 die dem Eingangssignal 4 innewohnenden Besonderheiten freilegt. Das Reaktionsverteilungsmuster beinhaltet die absolute Lage jeder reagierenden einfachen Zelle in dem Informationsverdichter (z. B. die Lage in den dreidimensionalen Koordinaten) und die relative Lagebeziehung zwischen reagierenden Zellen (z. B. Entfernung und Richtung).
Weiterhin ist es bei der Erkennungsverarbeitung wesentlich, daß eine solche Reaktion durch den Inhalt der in dem Speicher 3 vorhandenen Information beeinflußt wird. Die Erkennungsverarbeitung in einem lebenden Körper besteht deshalb darin, den Endzustand sämtlicher Zellen dadurch zu entscheiden, daß das Reaktionsmuster und der Inhalt des Speichers gemischt werden.
Auf der Grundlage dieser Erkenntnis haben die Erfinder die Entwicklung einer Vorrichtung vorangetrieben, die in der Lage ist, die gleiche Erkennungsverarbeitung wie ein lebender Körper auszuführen. Schließlich hatten die Erfinder Erfolg bei der Entwicklung einer Mustererkennungsvorrichtung, die den oben erläuterten und in Figur l gezeigten funktionellen Aufbau besitzt und in der Lage ist, die Musterverarbeitung ohne künstliche Programmierung dadurch durchzuführen, daß das Reaktionsmuster und der Inhalt des Speichers gemischt wurden, um den endgültigen Zustand der Zellen zu entscheiden.
Die Erfinder gelangten zu der Idee, jede der einfachen Zellen, die den Informationsverdichter und den Speicher bilden, durch eine sogenannte nicht-lineare Oszillatorschaltung zu ersetzen.
Erfindungsgemäß wird nämlich eine Mustererkennungsvorrichtung nach dem Anspruch 1 und ferner ein Mustererkennungsverfahren nach Anspruch 7 geschaffen. Die Vorrichtung enthält einen Mustervorverarbeitungsteil mit mehreren Ausgängen und einen Taktoszillator, und einen Informationsverdichter sowie einen Speicher, die mehrere nicht-lineare Oszillatorschaltungen enthalten. Jede der Oszillatorschaltungen enthält mehrere Eingänge zum Steuern des Schwingungszustands und mindestens einen Ausgang. In dem Informationsverdichter ist der Ausgang jeder Oszillatorschaltung mit vorbestimmten Eingängen weiterer Oszillatorschaltungen in einer vorbestimmten Relation verbunden, und die Eingänge der Oszillatorschaltungen sind mit den Ausgängen des Mustervorverarbeitungsteils in einer vorbestimmten Verteilung gekoppelt. Der Taktoszillator empfängt als Hauptanregungssignal die Summe einer Gruppe von Signalen, die durch Phaseneinstellung der Ausgangssignale eines wesentlichen Teils der in dem Informationsverdichter enthaltenen Oszillatorschaltungen erhalten wird. In dem Speicher empfangen die jeweiligen Oszillatorschaltungen als Hauptanregungssignal das - Ausgangssignal des Taktoszillators, und diese Oszillatorschaltungen werden in eine vorbestimmte Anzahl von Gruppen derart unterteilt, daß die Summe der Ausgangssignale der Oszillatorschaltungen in jeder Gruppe ein Elementarsignal von Musterbezugsspeicherdaten liefert. Darüber hinaus ist eine Wellenform- Vergleichereinrichtung vorhanden, um das Elementarsignal der Speicherdaten mit der direkten Summe der Ausgangssignale des oben erwähnten wesentlichen Teils der Oszillatorschaltung in dem Informationsverdichter zu vergleichen, so daß das Vergleichsergebnis an Eingänge der Oszillatorschaltungen des Speichers gegeben wird.
Was die nicht-lineare Oszillatorschaltung angeht, so sind verschiedene Schaltungstypen bekannt und auf verschiedenen Gebieten in die Praxis umgesetzt. Beispielsweise beschreibt die US-A-3 822 381 einen Mehrfachbetrieb-Oszillator für die Mustererkennung, welcher ein Feld aus miteinander verbunden Elementen aufweist, die über mindestens zwei Dimensionen verteilt sind, die entweder aktiv oder passiv sind. Die allgemeinen Kennlinien der existierenden nicht-linearen Oszillatorschaltungen sind so, daß die Schaltungen recht komplizierte Schwingungswellen deshalb erzeugen können, weil der nächstfolgende Zustand definiert wird durch die Kombination der internen und externen Bedingungen der Schaltung zu jedem Augenblick. Damit sind mehrere externe Eingangsanschlüsse und ein Ausgangsanschluß für jede einfache Zelle vorgesehen und zwischen den einfachen Zellen derart miteinander verbunden, daß ein nicht-lineares Oszillatorschaltungsnetzwerk gebildet wird, in welchem die jeweiligen Zellen miteinander in komplizierter Weise beeinflußt werden. Der Informationsverdichter setzt sich aus derartigen nicht-linearen Oszillatorschaltungsnetzwerken zusammen.
Als Erläuterung unter Bezugnahme auf Fig. 1 setzt sich das erhaltene Operationsmuster des Informationsverdichters 2 aus nicht-linearen Oszillatorschaltungsnetzwerken zusammen, und das Empfangen der Eingangssignale 5 und 7 erfolgt durch die gemischte Information des Inhalts des Speichers und des Reaktionsmusters des Informationsverdichters selbst. Deshalb liefert der Informationsverdichter das Ausgangssignal 6, welches kennzeichnend für das resultierende Operationsmuster ist, als das Ergebnis der Verarbeitung zum Extrahieren von charakteristischen Merkmalen.
Darüber hinaus arbeitet der Speicher 3 auch so, daß er das in dem Informationsverdichter 2 erscheinende Muster speichert, und er setzt sich aus mehreren Einheitsspeichern zusammen, entsprechend den die Muster bildenden Elementen. Jeder Einheitsspeicher ist eine geeignete Oszillatorschaltung, die in der Lage ist, eine beliebige Signalwellenform zu erzeugen.
Dieser Einheitsspeicher ist nicht vom Digitaltyp, wie die Speicherzellen in einem normalen digitalen System, welches die Spannungen entsprechend den Werten "1" und "0" speichert, sondern ist ein Speicher, in dem der Schwingungszustand den Inhalt des Speichers selbst ausmacht. Der grundlegende Aufbau des Speichers ist ähnlich dem der aus einfachen Zellen bestehenden Hyperspalte.
Sämtliche Einheitsspeicher empfangen das Signal 6 parallel und vergleichen das Signal 6 mit dem Schwingungsmuster, welches jeder Einheitsspeicher besitzt. Das Ergebnis eines derartigen Vergleichs wird als das Signal 7 an den Informationsverdichter übertragen, um die Schwingung der entsprechenden Reaktion der einfachen Zellen zu verstärken.
Damit wird der obige Prozeß in einer Schleife umlaufend wiederholt, welche bei dem Informationsverdichter 2 beginnt, durch dessen Ausgang 6 zu dem Speicher 3 läuft und über dessen Ausgang 7 zu dem Informationsverdichter 2 zurückkehrt. Als Ergebnis wird die Schwingung in solchen Einheitsspeichern vorzugsweise verstärkt, die eine höhere Übereinstimmung mit den entsprechenden Zellen in dem Informationsverdichter aufweisen, während andererseits die Schwingung in den anderen Einheitsspeichern schließlich geschwächt wird. Damit wird das Erkennungsergebnis bestätigt.
In anderen Worten: Das Hauptmerkmal der vorliegenden Erkennungsverarbeitung basiert auf zwei Arten von Speicherfunktionen:
Die eine ist die Funktion, daß die Schwingungsart vor einer Störung der nicht-linearen Oszillatorschaltungen ein Hauptfaktor für die Entscheidung der zukünftigen Schwingungsart ist; die zweite ist eine solche Speicherfunktion, daß das Schwingungsmuster, welches durch die Störung einmal beeinflußt wurde, noch verbleiben kann. Bei der vorliegenden Mustererkennung handelt es sich also um eine Erkennung, bei der der Betriebszustand der Schaltung sowohl den Inhalt des Speichers als auch den Prozeß der Informationsverarbeitung gleichzeitig betrifft.
Die oben angegebenen und weiteren Ziele, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist ein Funktionsblockdiagramm, welches die grundlegende Idee der erfindungsgemäßen Zeichenerkennungsvorrichtung veranschaulicht;
Fig. 1A veranschaulicht die Richtwirkung der in dem Informationsverdichter des in Fig. 1 dargestellten Mustererkennungssystems enthaltenen einfachen Zellen;
Fig. 2 ist ein Blockdiagramm, welches den grundlegenden Aufbau der erfindungsgemäßen Mustererkennungsvorrichtung zeigt;
Fig. 3 veranschaulicht die Beziehung zwischen einem zu erkennenden Objekt, ein an den Mustervorverarbeitungsteil geliefertes Muster, welches jedoch von dem Mustervorverarbeitungsteil noch nicht behandelt ist, und eine Matrix aus einfachen Zellen innerhalb des Informationsverdichters;
Fig. 4 ist eine Schaltungsskizze, die den Aufbau des Einheitsoszillators veranschaulicht;
Fig. 5 ist ein Blockdiagramm des Einheitsoszillators;
Fig. 6 veranschaulicht die Entsprechung zwischen dem Block einfacher Zellen und der Neigungsverteilungsebene;
Fig. 7 veranschaulicht die Verbindungsrelation der Einheitsoszillatoren in der jeweiligen Hyperspalte des Blocks einfacher Zellen;
Fig. 8 ist ein Schaltungsdiagramm der einfachen Zelle;
Fig. 9 veranschaulicht die Richtwirkung jeder einfachen Zelle in dem Block einfacher Zellen und zeigt außerdem die Verbindungsrelation zwischen benachbarten einfachen Zellen innerhalb derselben Hyperebenen;
Fig. 10 ist eine Schaltungsskizze eines Taktoszillators;
Fig. 11 ist eine Schaltungsskizze eines Speicherblocks;
Fig. 12 ist ein Schaltungsdiagramm eines Taktgatters des Speicherblocks;
Fig. 13 ist ein Schaltungsdiagramm, welches den Schaltungsaufbau einer Gruppe von Einheitsoszillatoren in dem Speicherblock veranschaulicht;
Fig. 14 ist eine Schaltungsskizze einer Gatterbreitensteuerung in dem Speicherblock;
Fig. 15 ist ein Beispiel für die Mustererkennung;
Fig. 16 ist ein Wellenformdiagramm von Signalen an verschiedenen Punkten;
Fig. 17 zeigt ein weiteres Beispiel der Mustererkennung;
Fig. 18 ist ein Schaltungsdiagramm ähnlich wie Fig. 4, welches jedoch einen anderen Aufbau des Einheitsoszillators darstellt;
Fig. 19 zeigt einen Block, der kennzeichnend für den in Fig. 18 gezeigten Einheitsoszillator ist;
Fig. 20 zeigt drei Beispiele von Mustern;
Fig. 21 zeigt die Richtwirkungen, die den jeweiligen einfachen Zellen in den Blocks für einfache Zellen der zweiten Ausführungsform zugeordnet sind;
Fig. 22 zeigt die Richtwirkung bei der Kopplung zwischen benachbarten einfachen Zellen;
Fig. 23 veranschaulicht die Verbindungsrelation zwischen benachbarten einfachen Zellen zum Verdeutlichen der Richtwirkung des Konturensegments an einem Eckabschnitt;
Fig. 24 ist ein Schaltungsdiagramm ähnlich der Fig. 3, zeigt jedoch den Taktoszillator für den Einsatz bei zweiten Ausführungsform;
Fig. 25 ist eine Schaltungsskizze ähnlich wie Fig. 4, die jedoch den Einheitsoszillator zur Verwendung in der zweiten Ausführungsform zeigt.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele

Fig. 2 zeigt den grundlegenden Aufbau einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Musterkennungsvorrichtung. Die dargestellte Vorrichtung enthält eine Kamera 8 zum Erfassen eines zu erkennenden Objekts, eine Konturlinien-Extrahierschaltung 9, die für einen Empfang eines Videosignals 16 von der Kamera 8 verschaltet ist, und einen Konturvereinfacher 10, der an einen Ausgang 17 des Konturextrahierers 9 angeschlossen und in der Lage ist, die extrahierte Kontur zu vereinfachen. Diese Einrichtungen 8, 9 und 10 bilden den Mustervorverarbeitungsteil nach Fig. 1. Der Ausgang 18 des Konturvereinfachers 10 ist an einen Block 11 einfacher Zellen angeschlossen, der als der Informationsverdichter 2 nach Fig. 1 fungiert. Dieser Einfachzellenblock 11 empfängt ein Taktsignal 22 von einem Taktoszillator 12 und liefert außerdem ein Ausgangssignal 21 an den Taktoszillator 12. Ein weiterer Ausgang 117 des einfachen Zellenblocks 11 ist an einen Speicherblock 13 angeschlossen, welcher dem in Fig. 1 gezeigten Speicher 3 entspricht. Der Einfachzellenblock 11 und der Speicherblock 13 sind mit ihren Ausgängen 19 und 20 an einen Vergleicher 14 angeschlossen, dessen Ausgang an einen Eingang eines Speichertaktgenerators 15 angeschlossen ist. Dieser Speichertaktgenerator 15 ist außerdem mit seinem weiteren Eingang an einen weiteren Ausgang 24 des Taktoszillators 12 angeschlossen und arbeitet so, daß er ein Speichertaktsignal 25 für den Speicherblock 13 erzeugt. Der Speicherblock 13 ist mit einem Ausgang 26 an den Einfachzellenblock 11 angeschlossen und ist so verschaltet, daß er ein Ausgangssignal 116 von dem Konturvereinfacher 10 empfängt. Weiter ist ein Betriebsmonitor 113 vorgesehen, der an verschiedene Schaltungen 8 bis 15 angeschlossen ist.
Der Konturextrahierer 9 empfängt das Videosignal 16 von der Kamera 8 und bearbeitet ist, um eine Konturlinie des zu erkennenden Objekts aus einer Schwarz-Weiß-Verteilung in einer durch das Videosignal 16 gebildeten Bildebene zu extrahieren. Eine typische Methode zum Extrahieren der Konturlinie ist eine Differenzierung der Schwarz-Weiß- Daten, wie es dem Fachmann bekannt ist, so daß auf eine Erläuterung verzichtet wird.
Fig. 3 zeigt ein Beispiel für die Konturextrahierung. Wenn ein Objekt 27 nach Fig. 3(c) von der Kamera 8 erfaßt wird, gibt der Konturextrahierer 9 ein Kontursignal 17 aus, welches eine Dreieckskontur gemäß Fig. 3(b) auf einer Bildebene 28 repräsentiert, in der die Kontur durch kleine Kreise ausgezogen ist.
Der Konturvereinfacher 10, der das Kontursignal 17 empfängt, besitzt eine Matrix von Ausgängen, die eine Bildebene 29 darstellen, dessen Maschen größer oder grober sind als diejenige der imaginären Konturebene 28, wie in Fig. 3(a) gezeigt ist. Dieser Konturvereinfacher 10 arbeitet so, daß auf der Grundlage der Ausgangsdaten des Konturextrahierers 9 prüft, ob die Kontur durch die jeweiligen Maschen der Bildebene 29 verläuft oder nicht. Damit werden die Ausgangssignale entsprechend den jeweiligen Maschen der Ebene 29 als vereinfachtes Kontursignal 18 an den Einfachzellenblock 11 geliefert.
Dieser Konturvereinfacher 10 läßt sich in einfacher und bekannter Weise aufbauen, so daß eine weitere Erläuterung des internen Aufbaus des Vereinfachers 10 entfallen kann.
Als nächstes werden der Einfachzellenblock 11, der Taktoszillator 12 und der Speicherblock 13 erläutert, die jeweils aus nicht-linearen Oszillatoren auf gemeinsam für die drei Schaltungen 11, 12, 13 aufgebaut sind. Dies ist ein wichtiges Merkmal der vorliegenden Erfindung, und der gemeinsame nicht-lineare Oszillator wird im folgenden als "Einheitsoszillator" bezeichnet.
Gemäß Fig. 4 enthält der Einheitsoszillator sieben Operationsverstärker 30 bis 36. In Fig. 4 bezeichnen die Vorzeichen "+" und "-" an den Eingängen und Ausgängen einen nicht-invertierten bzw. einen invertierten Zustand. Wie dargestellt, sind die Verstärker 30 und 31 mit einem Eingang an einem Widerstand R1 angeschlossen, um über den Widerstand ein Eingangssignal zu empfangen, während ein Kondensator C1 zwischen den Eingang und den Ausgang dieser Verstärker geschaltet ist. Daher bilden die Verstärker 30 und 31 jeweils einen Integrator. Der Verstärker 34 ist dazu ausgelegt, über einen Kondensator C2 ein Eingangssignal zu empfangen, und ein Widerstand R2 überbrückt Eingang und Ausgang, so daß ein Differenzierer gebildet wird. Die übrigen Verstärker 32, 33, 35, 36 werden als Analogaddierer verwendet.
Außerdem sind ein Paar Multiplizierer 37 und 38 und drei veränderliche Widerstände 39, 40 und 41 vorgesehen. Die veränderlichen Widerstände 39 und 40 sind miteinander gekoppelt. Drei Eingangsanschlüsse A, B und D sowie ein Paar von Ausgangsanschlüssen P und Q sind vorgesehen.
Die oben erläuterten Elemente 30 bis 41 und die Eingangs- und Ausgangsanschlüsse A, B, D, P und Q sind in der in Fig. 4 gezeigten Weise derart verschaltet, daß die Verstärker 30, 31 und 32 eine Regelschleife zum Erzeugen einer Grundschwingung bilden, während die übrigen Elemente einen nicht-linearen Van-der-Pole-Oszillator bilden.
Wenn bei der oben beschriebenen Anordnung eine positive Spannung an den Eingang D gelegt wird, wird die Schwingungsamplitude verstärkt, wird eine negative Spannung an den Eingang D gelegt, wird die Schwingung gedämpft. Die Eingänge A und B sind Interferenzeingänge für die Schwingung des Einheitsoszillators selbst und sind deshalb mit anderen Einheitsoszillatoren verbunden. Wenn derartige Interferenzsignale nicht an die Eingänge A und B gelegt werden, haben die Ausgänge P und Q einen Phasenunterschied von 90º. Wenn dann die Interferenz-Eingangssignale angelegt werden, erhöht sich die Phasendifferenz zwischen den Ausgangssignalen P und Q, oder sie nimmt ab, und die Frequenz und die Amplitude des Signals an jedem der Ausgänge P und Q werden ebenfalls verändert.
Der oben erwähnte Einheitsoszillator wird in den nachfolgenden Berechnungen durch einen in Fig. 5 gezeigten Block dargestellt.
Fig. 6 zeigt eine entsprechende Beziehung zwischen der Konturbildebene 29, die von dem Konturvereinfacher 10 erzeugt wird, und dem Einfachzellenblock 11. Der Einfachzellenblock 11 wird gebildet durch mehrere einfache Zellen 41, die dreidimensional angeordnet sind und jeweils durch den vorerwähnten Einheitsoszillator gebildet sind. Wenn die Konturbildebene 29 eine Maschenstruktur von 5·4 aufweist, und wenn die Richtwirkung der Neigung in vier Stufen unterteilt ist, beispielsweise 0º, 45º, 90º und 135º, so sind die Anzahlen der Einfachzellen in X-, Y- und Z-Richtung 5, 4 und 4. Der Einfachzellenblock 11 wird nämlich durch 80 Einfachzellen gebildet, wobei vier Einfachzellen 42 bis 45 in Z-Richtung der Masche 46 der Konturebene 29 entsprechen. Damit befinden sich vier Schichten aus Einfachzellen-Gruppen in dem Einfachzellenblock 11.
Diese Lage von vier Schichten von Einfachzellen-Gruppen wird dadurch erreicht, daß die D-Eingänge jedes der vier Einheitsoszillatoren 42 bis 45 mit einem Ausgang 46A des Konturvereinfachers 10 verbunden werden, der der einen Masche 46 der Bildebene 29 entspricht, wie in Fig. 7 zu sehen ist. Der Konturvereinfacher 10 arbeitet so, daß er ein positives Spannungssignal an die D-Eingänge der vier in einer Spalte des Einfachzellenblocks befindlichen Einheitsoszillatoren ausgibt, wenn die Konturlinie durch die entsprechende Masche der Ebene 29 verläuft.
Außerdem liefert der Konturvereinfacher 10 ein negatives
Spannungssignal an den D-Eingang der vier in einer Spalte gelegenen Einheitsoszillatoren, wenn durch die entsprechende Masche der Ebene 29 keine Konturlinie verläuft.
Eins Spalte von Einfachzellen in Z-Richtung, wie die Spalte der Einfachzellen 42 bis 45, wird im folgenden als "Hyperspalte" bezeichnet, während eine Schicht aus sich in der X-Y-Ebene erstreckenden Einfachzellen im folgenden als "Hyperebene" bezeichnet wird.
Jede Einfachzelle empfängt Interferenz-Eingangssignale von anderen Einfachzellen innerhalb derselben Hyperspalte, sowie Interferenz- Eingangssignale von anderen Einfachzellen innerhalb derselben Hyperebene. Jede Einfachzelle empfängt außerdem die Ausgangssignale des Taktoszillators 12 und des Speicherblocks 13. Als Ergebnis ändert jede Einfachzelle ihren Schwingungszustand unter dem Einfluß dieser Eingangssignale.
Fig. 8 zeigt den internen Aufbau der Einfachzelle, die allgemein mit dem Bezugszeichen 47 bezeichnet ist. Jede Einfachzelle 47 ist an einen internen Bus 48 gekoppelt, der in dem Einfachzellenblock verläuft. Die Ausgangssignale sämtlicher Einfachzellen laufen über den internen Bus 48. Außerdem besitzt die Einfachzelle 47 einen ersten und einen zweiten Eingang und 49 und 50 zum Empfangen eines Paares von Zellentaktsignalen, die von dem Ausgang des Taktoszillators abgeleitet sind. Die Einfachzelle 47 enthält ferner einen dritten Eingang 41, der an den entsprechenden Ausgang des Konturvereinfachers 10 angeschlossen ist. Ein vierter Eingang 52 der Einfachzelle empfängt ein Ausgangssignal vom Speicher 13, welches dem Ausgang 26 in Figur e entspricht.
Die Einfachzelle enthält sechs Analogaddierer 53 bis 58, einen Multiplizierer 59, einen Impulsgenerator 60 und einen Einheitsoszillator 61, die miteinander verschaltet sind und auch an die Eingänge 49 bis 52 des internen Busses 48 angeschlossen sind, wie in Fig. 8 gezeigt ist.
Der Einheitsoszillator 61 ist mit seinen Ausgängen P und Q über Leitungen 62 und 63 an den internen Bus 48 angeschlossen. Die Addierer 53 und 55 empfangen die Ausgangssignale P und Q von den anderen Einfachzellen innerhalb derselben Hyperspalte über einen Verstärkungseinstellwiderstand R&sub3;. Andererseits empfangen die Addierer 54 und 56 auch über Verstärkungseinstellwiderstände die Ausgangssignale P und Q benachbarter anderer Einfachzellen in derselben Hyperebene.
Insbesondere ist die Verschaltung zwischen den Einfachzellen innerhalb derselben Hyperspalte derart, daß die Amplituden der Ausgangssignale P und Q jeder Einfachzelle von den Ausgangssignalen P und Q der anderen Einfachzellen gedämpft werden. Der Grund dafür ist der, daß die Einfachzellen innerhalb derselben Hyperspalte Segmenten verschiedener Richtungen entsprechen, und es deshalb notwendig ist, das Ausgangssignal gegenseitig zu dämpfen, so daß sich eine dominante Richtung herausstellt.
In Fig. 9 bezeichnen Bezugzahlen 64 und 65 den Richtungssinn zweier typischer Einfachzellen. Außerdem zeigt Fig. 9 die Draufsicht der vier Hyperebenen 66 bis 69, wobei das geneigte Segment in jeder Einfachzelle die Neigung der Konturlinie veranschaulicht, auf welche die Einfachzelle reagiert. Wie aus Fig. 9 ersichtlich ist, haben sämtliche Einfachzellen innerhalb derselben Hyperebene dieselbe Neigungsrichtung. Diese Neigungsrelation wird realisiert durch Auswahl der Polarität der in die Addierer 54 und 56 eingegebenen Signale.
Insbesondere werden die Einfachzellen 64 und 65 über den Bus 48 an benachbarte Einfachzellen in den Richtungen angeschlossen, die durch dicke schwarze Pfeile in einer solchen Richtung dargestellt sind, daß sich die Schwingungen gegenseitig verstärken. Außerdem sind die Einfachzellen 64 und 65 über den Bus 48 mit benachbarten Einfachzellen in den durch dicke weiße Pfeile kenntlich gemachten Richtungen in einer solchen Polarität verbunden, daß sich die Schwingung gegenseitig schwächt oder dämpft. Deshalb sind die Einfachzellen 64 und 65 gemäß Darstellung diejenigen, die durch die Hyperebenen 66 bzw. 68 gebildet werden. Mit der Betonung bzw. der Dämpfung der Einfachzellen-Ausgangssignale in den Pfeilrichtungen werden also die reagierenden oder aktivierten Einfachzellen mit der gleichen Richtung wie die Kontur in der entsprechenden Zellenlage ausgewählt oder verbunden. Insbesondere ist keine Interferenz in Richtung der dünnen Pfeile der Einfachzellen 64 und 65 gegeben.
Wie zuvor erwähnt, wird die vereinfachte durch den Konturvereinfacher gegebene Kontur auf der Maschenebene ausgezogen, und wenn daher die Kontur ein Segment aufweist, welches in einer Richtung geneigt ist, und dies über mehrere Maschen andauert, so werden die Einfachzellen, die dem obigen Segment entsprechen und in der obigen Richtung ausgerichtet sind, in ihrer Schwingung gegenseitig verstärkt, und die senkrecht zu dem obigen Segment positionierten Zellen werden in ihrer Schwingung gedämpft. Folglich wird unter den Einfachzellen in den jeweiligen Hyperebenen ein existentieller Wettbewerb ausgeführt, bei dem schließlich die am meisten dominierende Einfachzellenreihe in der jeweiligen Hyperebene für jedes geneigte Segment der Kontur übrigbleibt. Die Schwingung der anderen Zellen wird unterdrückt.
Der oben erwähnte Betrieb des Existenzkampfs erfolgt durch die Addierer 53 bis 56 in jeder Einfachzelle 47 als Wechselwirkung innerhalb des Einfachzellenblocks 11.
Als nächstes wird der Taktoszillator 12 erläutert, der als Bezugsanregungsquelle für den Einfachzellenblock 11 und den Speicherblock 13 dient. Der Oszillator 12 arbeitet so, daß er die Frequenz und die Phase seiner Schwingung durch das Ausgangssignal des Einfachzellenblocks 11 modifiziert und dann einen wesentlichen Einfluß auf den Einfachzellenblock 11 und den Speicherblock 13 ausübt.
Wie in Fig. 10 gezeigt ist, enthält der Taktoszillator 12 Addierer 70 bis 75 sowie 77 und 84 und einen Einheitsoszillator 76, die gemäß Zeichnung verschaltet sind. Die Addierer 70 bis 73 empfangen sämtliche Ausgangssignale von dem Einfachzellenblock 11 über den internen Bus 48 und eine Gruppe von Verstärkungseinstellwiderständen R&sub4;. Die Ausgangssignale dieser Addierer 70 bis 73 werden über die Addierer 74 und 75 an die Eingänge A und B des Einheitsoszillators 76 gelegt. Die Ausgangssignale P und Q dieses Einheitsoszillators 76 gelangen über ein Paar Ausgangsanschlüsse 85 und 86 als ein zweiphasiges Taktsignal an den Speicherblock 13. Außerdem werden die Ausgangssignale P und Q des Einheitsoszillators über eine weitere Gruppe von Verstärkungseinstellwiderständen R&sub5; auf Addierer 77 bis 84 gegeben, deren Ausgänge 49, 50, 87 bis 92 paarweise einen gemeinsamen Zwei- Phasen-Takt für die jeweilige Hyperebene ergeben. Vier Paare von Ausgängen 49 und 50, 87 und 88, 89 und 89 sowie 91 und 92 bilden vier Zwei-Phasen-Taktsignale für die vier jeweiligen Hyperebenen. Beispielsweise bilden das Paar von Ausgängen 49 und 50 die Eingänge 49 und 50 für sämtliche Einfachzellen 47 (gemäß Fig. 8) innerhalb derselben Hyperebene.
Deshalb wirken die Addierer 70 bis 73 so zusammen, daß sie sämtliche Ausgangssignale des Einfachzellenblocks 11 bei geeigneter Verstärkungseinstellung und in Polaritätskombination summieren und dann Interferenz an den Einheitsoszillator 76 geben. Als Ergebnis repräsentiert die Schwingungsart des Einheitsoszillators 76 die Konsolidierung der Schwingungszustände (Amplitude, Phase und Frequenz) sämtlicher Einfachzellen innerhalb des Einfachzellenblocks 11. Dieser konsolidierte Schwingungszustand wird über die Zwei- Phasen-Taktsignale 85 und 86 zu dem Speicherblock 13 und über die Zwei-Phasen-Taktsignale 49, 50, 87 bis 92 an die Einfachzelle der vier Hyperebenen zurückgeführt. Mit dieser Rückkopplung wird der Existenzkampf zwischen den Einfachzellen in den jeweiligen Hyperebenen vereinfacht, so daß in dem Einfachzellenblock rasch ein aktiviertes Zellenmuster entschieden wird.
Im folgenden wird der Speicherblock 13 erläutert, der eine Gruppe von Einheitsoszillatoren enthält. Kurz gesagt, eine Schwingung mit einer Wellenform, die einem graphischen Muster entspricht, wird von mehreren Einheitsoszillatoren erzeugt, was als "Einheitsspeicher" bezeichnet wird. Sämtliche Einheitsspeicher innerhalb des Speicherblocks werden erregt durch die Zwei-Phasen-Taktsignale 85 und 86 von dem Taktoszillator, und gleichzeitig erfolgt ein Wettbewerb unter den Einheitsspeichern derart, daß schließlich diejenige Schwingung des Einheitsspeichers erhalten wird, die am ehesten zu der Schwingung des Einfachzellenblocks paßt. Im Verlauf dieses Wettbewerbs wird die Schwingung zu dem Einfachzellenblock 11 zurückgeführt, so daß der Wettbewerb erfolgt durch die Kombination des Speicherblocks 13 mit dem Einfachzellenblock 11. Die Rückkopplung von dem Speicherblock zurück zu dem Einfachzellenblock entspricht dem Rückkopplungssignal 11 in Fig. 1.
Bezugnehmend auf die Fig. 11 bis 14, ist dort der Aufbau des Speicherblocks 13 dargestellt. Wie in Fig. 11 gezeigt, enthält der Speicherblock 13 mehrere Einheitsspeicher 93, die sämtlich mit ihren Ausgängen über einen speicherinternen Bus 94 an drei Addierer 95 bis 97 angeschlossen sind. Zwei der Addierer 95 und 97 sind mit ihren Ausgängen an einen Teiler 98 angeschlossen.
Wie in Fig. 11 gezeigt ist, enthält jeder der Einheitsspeicher 93 ein Taktgatter 99, eine Einheitsoszillator-Gruppe 100, Pulsgeneratoren 101, einen Addierer 102 und eine Gatterbreitensteuerung 103 sowie eine Einheiten-Anhebeschaltung 134, die in der in der Zeichnung dargestellten Weise verschaltet sind. Darüber hinaus enthält der Speicherblock 13 auch noch einen Addierer 114 und einen Normierer 115. Signalleitungen 104 bis 106 und 116 bis 119 sind an die verschiedenen Schaltungen angeschlossen, wie in Fig. 11 gezeigt ist. Die Signalleitungen 86, 116, 117 und 52 sind die gleichen, wie sie in anderen Zeichnungen mit entsprechenden Bezugszeichen versehen sind.
In Fig. 12 ist der Schaltungsaufbau des Taktgatters 99 dargestellt, der eine Verstärkungseinstellschaltung 107, vier Multiplizierer 108 bis 111 und zwei Addierer 112 und 113 enthält, die gemäß Zeichnung verschaltet sind.
Die Einheitsoszillator-Gruppe 100 enthält mehrere Einheitsoszillatoren, die gemäß Fig. 13 parallel angeordnet sind. Jeder Einheitsoszillator besitzt einen Eingang A zum Empfangen des entsprechenden Ausgangssignals vom Taktgatter 99, während der Eingang B über einen zugehörigen Addierer die entsprechenden Ausgangssignale des Taktgatters 99 und der Einheiten-Anhebeschaltung 134 empfängt. Der Eingang D jedes Eingangsoszillators wird von dem gleichen Signal beaufschlagt, und der Ausgang Q des Einheitsoszillators ist mit dem entsprechenden Impulsgenerator 101 verbunden.
Nach Fig. 14 enthält die Gatterbreitensteuerung 103 zwei Integratoren 120 und 127, sechs Addierer 121 bis 123, 126, 129 und 130, und fünf Multiplizierer 124, 125, 128, 131 und 132, die gemäß Zeichnung verschaltet sind.
Der oben erläuterte Speicherblock 13 arbeitet wie folgt: Der Speicherblock 13 empfängt als ein Bezugs-Anregungssignal die Ausgangssignale 85 und 86 des Taktoszillators 12. Diese Signale 85 und 86 werden in dem Taktgatter 99 umgesetzt in ein Zwei-Phasen-Signal, proportional zu dem Gatterbreiten-Steuersignal 105, um dann über die Addierer 112 und 113 an die Einheitsoszillatorgruppe 100 ausgegeben zu werden. Der oben erläuterte Proportional-Betrieb wird durch die Gruppe von Multiplizierern 108 und 111 durchgeführt. Jedes Paar von Ausgangssignalen, die einen Zwei-Phasen-Takt bilden, ist an die Eingänge A und B eines Einheitsoszillators angeschlossen. Deshalb ist die Anzahl von Schaltungen, die jeweils die Multiplizierer 108 bis 111 und die Addierer 112 und 113 enthalten, die gleiche wie in den Einheitsoszillatoren, welche die Einheitsoszillator-Gruppe 100 bilden.
Das Taktgatter 99 dient auch dazu, das Ausmaß der Erregung für die Einheitsoszillator-Gruppe 100 einzustellen. Wenn also das Taktgatter 99 einen Einheitsoszillator schwach erregt, so gibt er ein Signal mit geringer Amplitude ab.
Die Einheitsoszillator-Gruppe 100 entspricht in ihrer Gesamtheit einem graphischen Muster. Zu diesem Zweck erzeugt nach Maßgabe eines spezifischen Musters die Einheitsoszillator-Gruppe 100 ein Signal, welches analog ist zu der Signalwellenform, die von dem Taktoszillator 12 ausgegeben wird. Um das Signal für jede Teil-Wellenformeinheit zusammenzusetzen, enthält der Einheitsspeicher 93 die Gruppe 100 aus Einheitsoszillatoren, die Impulsgeneratorschaltung 101, den Addierer 102 und die Einheiten-Anhebeschaltung 134. Die resultierenden Additionssignale 104 von sämtlichen Einheitsspeichern 93 werden über den Bus 94 dem Addierer 97 zugeführt, dessen Ausgangssignal 52 sämtlichen Einfachzellen des Einfachzellenblocks 11 zugeführt wird, d. h. dem Eingang 52 der Einfachzelle 47 gemäß Fig. 8.
Die Gatterbreitensteuerung 103 arbeitet in Abhängigkeit des Normierungssignals 118, des Mittelwert-Signals 119 und des Ausgangssignals des Addierers 102. Der Normierer 115 teilt die Gesamtsumme der Ausgänge sämtlicher Einfachzellen in dem Block 11, die durch den Addierer 114 gegeben sind, durch die Anzahl der Maschen, durch welche die Kontur hindurchläuft, und die von dem Normierungssignal 118, dem Mittelwert-Signal 119 und dem Ausgangssignal des Addierers 102 abgeleitet wird. Der Normierer 115 teilt die Gesamtsumme der Ausgangssignale sämtlicher Einfachzellen im Block 11, die durch den Addierer 114 gegeben ist, durch die Anzahl von Maschen, durch welche die Kontur hindurchläuft, und die von dem Konturvereinfacher 10 abgeleitet ist. Das Ausgangssignal dieses Normierers 115 ist das Normierungssignal 118, und da der Aufbau des Normierers bekannt ist, wird auf eine weitere Erläuterung verzichtet. Tatsächlich empfängt, wie oben ausgeführt ist, der Addierer 114 die Ausgangssignale von lediglich den Einfachzellen, die dem Eingangsmuster entsprechen, wie durch eine Markierung "*" in Fig. 1 gezeigt ist. Deshalb ist das Normierungssignal 118 kennzeichnend für die Ausgangswellenform der übrigen oder überlebenden Einfachzellen des Blocks 11 bei einer möglichen maximalen Amplitude, unabhängig von der Anzahl der überlebenden Zellen. Dieses Signal 118 wird der Einheiten-Anhebeschaltung 134 und der Gatterbreitensteuerung 103 zugeführt.
Das Mittelwert-Signal 119 ist kennzeichnend für den Mittelwert der Gatterbreiten-Steuersignale 105 und 116 sämtlicher Einheitsspeicher 93 und wird von dem Multiplizierer 98 geliefert.
Der Einheiten-Anheber 134 untersucht die Anpassung der Ausgangswellenform jedes Einheitsoszillators innerhalb der Oszillatorgruppe 100 und regt diese Einheitsoszillatoren individuell an.
Wie in Fig. 14 gezeigt ist, erzeugt eine erste Hälfte der Gatterbreitensteuerung 103, welche die Schaltungselemente 120 bis 126 enthält, aus den Eingangssignalen 104 und 108 ein Ausgangssignal, welches ansteigt, wenn die Spitzen der synthetischen Wellenform 118 der Einfachzellenblock-Ausgangssignale zeitlich übereinstimmen mit den Spitzen des Ausgangssignals 104 der Einheitsoszillator-Gruppe 100, und unter der Bedingung, daß die Spitze des Ausgangssignals des ersten halben Schaltungsabschnitts selbst mit der Spitze der zwei Signale 104 und 118 übereinstimmt.
Die zweite Hälfte der Gatterbreitensteuerung 103 einschließlich der Schaltungselemente 127 bis 132 arbeitet so, daß sie den Gatterbreiten- Steuerwert beschleunigt erhöht, wenn das Ausgangssignal des ersten Halbabschnitts größer als der Mittelwert 119 sämtlicher Gatterbreitensteuerungs-Ausgangssignale wird.
Aufgrund des oben erläuterten Betriebs der Gatterbreitensteuerung 103 erfolgt der Wettbewerb zwischen den Einheitsspeichern. Selbstverständlich erscheint, wie oben erwähnt, eine gewisse Änderung in den Schwingungen der Einfachzellen des Blocks 11 deshalb, weil dieser Wettbewerb innerhalb des Speicherblocks 13 stattfindet.
Als nächstes wird eine Erläuterung der Zustände verschiedener Teile gegeben, welche von dem Monitor 133 überwacht werden, wenn die Mustererkennungsvorrichtung in Betrieb ist. Fig. 15(a) zeigt ein Beispiel der in der Ebene der Maschen 29 erscheinenden Konturlinien, wobei es sich in diesem Fall um die Form eines Dreiecks handelt. Fig. 15(b) zeigt die Verteilung der schließlich überlebenden Einfachzellen in dem Block 11 mit der zugeordneten Richtwirkung dieser überlebenden Zellen. In der Figur entsprechen verschiedene Richtungszellen unterschiedlichen Hyperebenen. Man sieht, daß die Neigung der Kontur fast richtig erkannt und die erkannten Neigungen schließlich verbunden werden.
Fig. 16 zeigt verschiedene Wellenformen an verschiedenen Punkten im Zuge der oben erläuterten Mustererkennung, wobei die Abszisse die Zeitachse ist, die beim Erfassen des graphischen Musters beginnt, während die Ordinate die Amplitude der verschiedenen Signale angibt. "FELD" zeigt das Signal 85; "Z-C" zeigt das Ausgangssignal des Addierers 114; "M-3", "M-2" und "M-1" zeigen die Ausgangssignale 104 der drei Einheitsspeicher, die die Form von Impulszügen haben; und "W1", "W2" und "W3" zeigen die Gatterbreiten-Steuersignale 105, die sich glatt ändern.
Mit der Eingabe eines graphischen Musters gibt der Konturvereinfacher die in Fig. 15(a) dargestellten Maschenmuster aus, und anschließend wird eine Gruppe von Signalen D entsprechend dem Maschenmuster an den Einfachzellenblock gelegt, wo die jeweiligen Einfachzellen allmählich in ihrer Schwingung zunehmen. Als Ergebnis wird das Ausgangssignal des Blockoszillators 12 groß. Durch Einflüsse seitens dieser Schaltungen 11 und 12 beginnen die Einheitsspeicher mit ihrem Betrieb. Wie allerdings aus den in Fig. 16 gezeigten Gatterbreiten- Steuersignalen ersichtlich ist, werden, weil die Wellenformmuster der Ausgangssignale "M-2" und "M-3" nicht mit dem des Ausgangssignals "Z-C" übereinstimmen, die Ausgangssignale "W2" und "W3" klein. Andererseits kann das überlebende Signal "M-1" so betrachtet werden, als ob es der Neigungsverteilung der Kontur gemäß Fig. 15(b) entspreche.
Fig. 17 zeigt ein weiteres Beispiel für die Mustererkennung. Fig. 17 (a) zeigt eine Maschenverteilung der Ebene 29 und Fig. 17(b) und (c) zeigen das Ergebnis der Erkennung. Wie in Fig. 17(a) gezeigt ist, geht, wenn das Muster als entweder ein horizontales Streifenmuster oder ein vertikales Streifenmuster angesehen wird, die Mustererkennungsvorrichtung zwischen den zwei in den Fig. 17(b) und (c) dargestellten Zuständen hin und her, und zwar aufgrund einer geringen Spannungsschwankung, wie Rauschen, welches in den Schaltungen der Vorrichtung auftritt.
Fig. 18 zeigt ein weiteres Beispiel des Einheitsoszillators. Um die Grundschwingungsfrequenz des Einheitsoszillators selbst einzustellen, enthält dieser eine Verstärkungssteuerung 135, die in der Grundschwingungs-Erzeugungsschleife enthalten ist, welche aus den Intgegratoren 30 und 31 und dem Addierer 32 besteht. Die Verstärkungssteuerung 135 wird über einen zusätzlichen Eingangsanschluß C eingestellt. Dieser Einheitsoszillator ist in Fig. 19 als ein Block dargestellt.
Wenn der Einheitsoszillator nach Fig. 18 in dem Einheitsspeicher verwendet wird und der Eingang C durch den Monitor 133 angesteuert wird, so ist es, wenn der in dem Speicherblock gespeicherte Anfangsinhalt vollständig inkonsistent bezüglich des gegebenen Musters ist, möglich, ein neues konsistentes Muster dadurch aufzufinden, daß man das Ausgangssignal des Speichers ändert.
Dieser Einheitsoszillator ist insofern vorteilhaft, als es möglich ist, das Speichermuster kontinuierlich auf verschiedene Muster zu ändern, wobei lediglich eine begrenzte Anzahl von Einheitsoszillatoren vorhanden ist, und weil die kontinuierliche Änderung in vollständig paralleler Weise für sämtliche Speicher durchgeführt werden kann, so daß sich eine Verarbeitungsgeschwindigkeit ergibt, die höher liegt als bei der herkömmlichen Mustererkennungsvorrichtung.
Die oben erläuterte Mustererkennungsvorrichtung besitzt die Einfachzellen, die in Entsprechung mit unterschiedlichen Neigungen von Segmenten vorhanden sind. Eine derartige Vorrichtung kann jedoch nicht Muster unterscheiden, die einen rücklaufenden Abschnitt aufweisen, wie in Fig. 20(a) gezeigt ist, und auch nicht das Muster, welches keinen zurückgehenden Abschnitt besitzt, wie es in Fig. 20(b) dargestellt ist.
Um eine derartige Unterscheidung machen zu können, enthält der Informationsverdichter 2 eine erforderliche Anzahl von Hyperebenen, welche nicht nur den Neigungen der Segmente entsprechen, sondern auch möglichen Richtungen der Segmente. Eine solche Modifizierung geht dahin, daß der Informationsverdichter nicht ein Schwingungsmuster ausgibt, welches der Umkehr an einer Biegung oder an Eckpunkten des gegebenen Musters entspricht.
Zu diesem Zweck hat der Einfachzellenblock 11 die in Fig. 21 dargestellte Hyperebenen-Struktur, bei der verschiedene Pfeile die Richtwirkung der jeweiligen Einfachzellen angeben. In derselben Hyperebene ist jede Einfachzelle mit benachbarten Einfachzellen in einer eine Erregung betonenden Polarität gekoppelt, was die Zellen in solchen Richtungen ausschließt, die senkrecht zu der angegebenen Richtung, welche der genannten Einfachzelle zugewiesen ist, verlaufen, wie aus Fig. 22 hervorgeht.
Als nächstes wird das Verfahren beschrieben, nach dem man die Schwingungsart des Einheitsoszillators 76 zur Kennzeichnung der Richtungsabhängigkeit erhält. Wenn das gegebene Muster Eck- oder Biegepunkte 401 und 492 gemäß Fig. 20(a) enthält, wird ein menschliches Wesen dies so erkennen, die erste Ausführungsform der Mustererkennungsvorrichtung kann es jedoch fehlerhaft so, wie in Fig. 20(b) erkennen, weil jede Einfachzelle in dem Zellenblock einem Paar entgegengesetzter Richtungen entspricht. Wenn die Muster durch die Biegepunkte 401 und 402 gemäß den Pfeilen in Fig. 20(c) verfolgt werden, so lassen sich obere und untere horizontale Segmente unterscheiden. Diese zweite Ausführungsform basiert auf diesem bekannten Punkt. In der jeweiligen Hyperebene wird nämlich eine Einfachzelle mit der gleichen Richtung wie der der entsprechenden Masche in der Schwingung betont, und das zusammengesetzte Ausgangssignal des Addierers 114, der all die Ausgangssignale des Einfachzellenblocks empfängt, wird an den Speicherblock 13 gegeben, ähnlich wie bei der ersten Ausführungsform.
Im folgenden wird die Art und Weise des Anhebens der Schwingung von lediglich derjenigen Einfachzelle beschrieben, die sich an der Ecke der Kontur befindet. Man betrachte einen Hyperebenenabschnitt, der sich aus drei Teilen und drei Reihen gemäß Fig. 23 zusammensetzt, und man gehe davon aus, daß der Eckpunkt sich an der Mitte der 3·3- Einfachzellen befinde. Außerdem nehme man an, daß eine Einfachzelle 200 mit einer Richtungsempfindlichkeit 201 existiere, die auf die Mitte des Hyperebenenabschnitts nach Fig. 23(a) gerichtet ist. Ein Abschnitt der gegebenen Kontur verläuft nämlich durch die Hyperspalte, welche die Einfachzelle 200 enthält, und von dieser Hyperspalte wird diejenige Einfachzelle 200, welche die gleiche Richtung wie der Konturabschnitt enthält, zum Schwingen angeregt. Unter dieser Bedingung ist ein durch den Mittelpunkt verlaufender Pfeil, d. h. durch die mittlere Einfachzelle 202 verlaufender Pfeil, einer von den in Fig. 23(b) dargestellten Pfeilen. Außerdem zeigt die Fig. 23(c) Pfeile, die die Möglichkeit der Gegenrichtung bezüglich der Einfachzelle 202 haben. Folglich ist der Aufbau so, daß die Einfachzelle 200 ein Erregungs-Anhebungssignal an die jeweiligen Einfachzellen liefert, die in Fig. 23(b) durch den Pfeil dargestellt sind, und außerdem an die jeweiligen durch Pfeil in Fig. 23(c) dargestellten Einfachzellen Signale liefert. Als Ergebnis verbleibt lediglich ein Satz von Pfeilen, der durch den Mittelpunkt der Kontur läuft.
In der oben beschriebenen Art und Weise wird die gegenseitige Erregung nach Maßgabe der Kontinuität der Richtung zwischen jeder Gruppe benachbarter Einfachzellen gemäß Fig. 23 eingerichtet, so daß eine Unterscheidung erfolgt, welche die Richtungsabhängigkeit der Teilkonturen auch dann enthält, wenn irgendein Muster vorgegeben ist.
Fig. 24 zeigt ein Beispiel für die Einfachzelle, die bei dieser verbesserten Mustererkennungsvorrichtung verwendet wird. In Fig. 24 haben solche Elemente, die denen in Fig. 8 ähneln, gleiche Bezugszahlen. Diese Einfachzelle besitzt Eingangsports 353, welche die Signale über den Bus 48 von den benachbarten Einfachzellen in der Relation gemäß Fig. 23(b) empfangen, und sie besitzen Eingangsports 354, welche die Signale über den Bus 48 von den benachbarten Einfachzellen in der Relation gemäß Fig. 23(c) empfangen. Außerdem enthält die Einfachzelle ein Eingangsport 355, welches die Ausgangssignale 62 und 68 der Zelle selbst über den Bus 48 empfängt, und ein Eingangsport 356, welches die Ausgangssignale der Zelle innerhalb derselben Hyperspalte empfängt, deren Richtung zu der der Zelle selbst entgegengesetzt ist. Diese Eingänge 353, 354, 355 und 356 werden über eine Gruppe von Addierern 357 und 358, 557 und 558 an Eingänge A' und B' eines Einheitsoszillators 61 geliefert.
Dieser Einheitsoszillator 61, der in der Einfachzelle nach Fig. 24 verwendet wird, enthält ein Paar Addierer 359 und 360 gemäß Fig. 25, in der die Elemente, die jenen nach Fig. 4 ähnlich sind, mit gleichen Bezugszahlen versehen sind. Diese Addierer 359 und 360 sind mit ihren Eingängen an die Eingänge A' und B' angeschlossen, während ihre weiteren Eingänge gemeinsam an den Eingang des Verstärkers angeschlossen sind. Die Ausgänge der Addierer 359 und 360 sind an den Addierer 32 angeschlossen.
Was die übrigen Dinge angeht, einschließlich das Anschließen innerhalb derselben Hyperebene und die Verbindung zwischen den Einfachzellen verschiedener Hyperebenen, so ist die zweite Ausführungsform baulich mit der ersten Ausführungsform gleich.
Damit werden überlebende Einfachzellen durch die jeweiligen Richtungsabhängigkeiten derart bestimmt, daß das resultierende Muster durch die Richtungsabhängigkeit festgelegt wird.
Der Ausgang 117 des Einfachzellenblocks 11 ist dem Speicherblock zugeführt, der sich von der Schaltung 11 in dem einen Punkt unterscheidet, daß der Addierer 114 Eingänge in einer Zahl aufweist, welche den Ausgängen des Einfachzellenblocks mit den erhöhten Hyperebenen gemäß Fig. 21 entspricht.
Wie aus dem oben Gesagten ersichtlich ist, enthält die Mustererkennungsvorrichtung eine Anzahl von Analogschaltungen, die perfekt parallel getrieben werden, so daß es keine Verzögerung bei der Verarbeitung geben kann, anders als bei den sequentiell arbeitenden Digitalprozessoren.
Selbst wenn ein gegebenes Muster ein nicht-eindeutiges Muster ist oder eine Figur, deren Daten nicht in dem Speicher abgespeichert sind, so läßt sich irgendein Erkennungsergebnis dadurch erhalten, daß man die dem Einfachzellenblock und dem Speicherblock zugeführten Takte so einstellt, daß diese Schaltungen ihre Zustände gegenseitig ändern.
Da die Hauptbestandteile der Vorrichtung unter Verwendung der Einheitsoszillatoren gleichen Aufbaus gebildet werden, läßt sich eine hohe Zuverlässigkeit erreichen.
Wenn außerdem ein Muster gegeben ist, für das zwei oder mehr Interpretationen möglich sind, so kann die Vorrichtung zwischen diesen Interpretationen wandern. Dies heißt, daß die Möglichkeit besteht, ein Erkennungssystem zu schaffen, welches imstande ist, frei einer externen Bedingung zu entsprechen, und die einen Interpretationsspielraum wie ein menschliches Wesen simulieren kann.
Bei den obigen Ausführungsformen ist der Einheitsoszillator in der Form einer nicht-linearen Van-der-Pole-Oszillatorschaltung ausgebildet, die eine Grundschwingungs-Kennlinie aufweist, so daß die Wellenformstabilität äußerst hoch ist. Allerdings kann der Einheitsoszillator in Form anderer nicht-linearer Schaltungstypen ausgebildet sein. Darüber hinaus ist die obige Erkennungsvorrichtung eine Analogschaltung, sie kann jedoch auch durch digitale Schaltungen gebildet werden, die in der Lage sind, eine nicht-lineare Schwingung zu berechnen.

Claims

1. Mustererkennungsanlage, umfassend:

- einen Mustervorverarbeitungsteil (1, 8, 9, 10), umfassend ein Feld aus Einheiten (1a) zum Empfangen eines Eingangssignals (4) eines zu erkennenden Objekts, und, ansprechend darauf, zum Extrahieren eines Informationssignals (5), welches repräsentativ ist für vorbestimmte Eigenschaften des Objekts;

- einen Informationsverdichter (2, 11), umfassend ein Netzwerk aus nicht-linearen Oszillatorschaltungen (61), die zur gegenseitigen Störung angelegt sind, wobei Eingänge der Oszillatorschaltungen mit dem Feld von Einheiten derart gekoppelt sind, daß sie ansprechend auf das Informationssignal (5) sich gegenseitig störende Wellenformen (62, 63, 117) entwickeln;

- einen Taktoszillator (12) mit einer Einrichtung (70-75) zum Summieren eines wesentlichen Anteils der Wellenformen (62, 63), die durch den Informationsverdichter (2, 11) erzeugt werden, und zum Erzeugen eines Taktsignals (85, 86) als eine Funktion der Summe des wesentlichen Wellenformanteils;

- einen Speicher (3, 13), umfassend mehrere nicht-lineare Oszillatorschaltungen (100), die von dem Taktsignal (85, 86) angeregt werden, wobei die Oszillatorschaltungen in dem Speicher in eine vorbestimmte Anzahl von Gruppen (93) unterteilt sind, die mit dem Netzwerk in Wechselwirkung stehen, wobei der Speicher außerdem eine Summiereinrichtung (102) zum Summieren der Ausgänge der nicht-linearen Oszillatorschaltungen in jeder Gruppe aufweist, um eine Wellenform (104) für jede Gruppe entsprechend einem speziellen Bezugsmuster zu erzeugen; und

- eine Einrichtung (103) zum Vergleichen der Wellenform jeder Gruppe in dem Speicher (3, 13) mit der Summe (114) der Wellenformen (117) aus entsprechenden nicht-linearen Oszillatorschaltungen des Verdichters, und, ansprechend darauf, zum Erzeugen eines Rückkopplungssignals (105), welches zu entsprechenden nicht-linearen Oszillatorschaltungen des Speichers (3, 13) gesendet wird, um die Schwingungen in gewissen Gruppen des Speichers als eine Funktion des Vergleichs zu verstärken,

wodurch eine Erkennung stattfindet, wenn die Wellenform einer Gruppe von Oszillatorschaltungen in dem Speicher (13) mit der Summe (114) der Wellenformen (117) der nicht-linearen Oszillatorschaltungen in dem Verdichter übereinstimmt.

2. Anlage nach Anspruch 1, bei der die Oszillatorschaltungen (61) in dem Informationsverdichter (2, 11) unterteilt sind in mehrere Gruppen, von denen jede mehrere Oszillatorschaltungen enthält, jeweilige Gruppen von Oszillatorschaltungen zugehörigen Teilebenen einer Ebene zugeordnet sind, die in der Lage ist, das Ausgangsmuster des Vorverarbeitungsteils zu repräsentieren, und die Oszillatorschaltungen in dem Informationsverdichter mit ihren Eingängen an den Vorverarbeitungsteil (1, 8, 9, 10) derart angeschlossen sind, daß alle Oszillatorschaltungen in den jeweiligen Oszillatorschaltungsgruppen innerhalb des Verdichters von zugehörigen Segmenten des Ausgangsmusters aus dem Vorverarbeitungsteil angeregt werden.

3. Anlage nach Anspruch 2, bei der jede Gruppe von Oszillatorschaltungen eine besondere Richtwirkung aufweist, wodurch den besonderen Richtwirkungen der Kontur des Ausgangsmusters aus dem Vorverarbeitungsteil entsprechende Segmente die Oszillatorschaltungen in besonderen Gruppen des Verdichters anregen, jede Oszillatorschaltung in dem Verdichter mit ihrem Ausgang an benachbarte Oszillatorschaltungen angeschlossen ist, welche die gleiche oder die entgegengesetzte Richtwirkung aufweisen wie die Oszillatorschaltung, um diese benachbarten Oszillatorschaltungen stark anzuregen, und jede Oszillatorschaltung außerdem mit ihrem Ausgang an solche benachbarten Oszillatorschaltungen angeschlossen ist, deren Richtungswirkung senkrecht zu derjenigen der Oszillatorschaltung ist, um die Schwingung dieser benachbarten Oszillatorschaltungen abzuschwächen.

4. Anlage nach Anspruch 3, bei der jede der Oszillatorschaltungen mindestens einen Eingang (D, P, Q) zum Vergrößern ihres Ausgangssignals und mindestens einen Eingang (D, P, Q) zum Abschwächen ihres Ausgangs aufweist.

5. Anlage nach Anspruch 4, bei der jede nicht-lineare Oszillatorschaltung von Van-der-Pole-Typ ist.

6. Anlage nach Anspruch 2, bei der jede Gruppe von Oszillatorschaltungen eine besondere Richtungswirkung aufweist, wodurch Segmente, welche den besonderen Richtungen der Kontur des Ausgangsmusters aus dem Vorverarbeitungsteil entsprechen, die Oszillatorschaltungen in besonderen Gruppen innerhalb des Verdichters anregen, jede Oszillatorschaltung innerhalb des Verdichters an benachbarte Oszillatorschaltungen derart angeschlossen ist, daß diejenigen Oszillatorschaltungen stark erregt werden, deren Richtungswirkungen mit der Richtungswirkung der genannten jeden Oszillatorschaltung konvergieren, hingegen die Schwingung solcher Oszillatorschaltungen abgeschwächt wird, deren Richtungswirkungen gegenüber der genannten jeden Oszillatorschaltung divergieren.

7. Mustererkennungsverfahren, umfassend die Schritte:

- Empfangen eines Eingangssignals (4) eines zu erkennenden Objekts und Vorverarbeiten des Eingangssignals, um ansprechend darauf ein Informationssignal (5) zu extrahieren, welches repräsentativ ist für vorbestimmte Eigenschaften des Objekts;

- Verdichten des Informationssignals mit Hilfe eines Netzwerks aus ersten nicht-linearen Oszillatorschaltungen (61), die so beschaffen sind, daß sie einander stören, wobei Eingänge der ersten nicht-linearen Oszillatorschaltungen von dem Informationssignal angesteuert werden, um ansprechend darauf sich gegenseitig störende Wellenformen (62, 63, 117) zu entwickeln;

- Summieren eines wesentlichen Anteils der störenden Wellenformen (62, 63), um als Funktion der Summe des wesentlichen Anteils der störenden Wellenformen ein Taktsignal (85, 86) abzuleiten;

-Speichern eines besonderen Bezugsmusters mittels mehrerer zweiter nicht-linearer Oszillatorschaltungen (100), welche von dem Taktsignal (85, 86) erregt werden, wobei die zweiten nichtlinearen Oszillatorschaltungen in eine vorbestimmte Anzahl von Gruppen (93) unterteilt sind, die mit dem Netzwerk in Wechselwirkung stehen, wobei die Ausgänge der zweiten nicht-linearen Oszillatorschaltungen in jeder Gruppe aufsummiert werden, um eine Wellenform (104) für jede Gruppe entsprechend dem besonderen Bezugsmuster zu erzeugen; und

- Vergleichen der Wellenform (104) jeder Gruppe mit der Summe (114) der Wellenformen (117) aus den entsprechenden ersten nicht-linearen Oszillatorschaltungen, und, ansprechend darauf, Erzeugen eines Rückkopplungssignals (105), wobei das Rückkopplungssignal zu entsprechenden zweiten nicht-linearen Oszillatorschaltungen gesendet wird, um die Schwingungen in gewissen Gruppen von ihnen (93) als Funktion des Vergleichs zu verstärken,

wodurch eine Erkennung erfolgt, wenn die Wellenform einer Gruppe von zweiten nicht-linearen Oszillatorschaltungen übereinstimmt mit der Summe (114) der Wellenformen (117) der ersten nichtlinearen Oszillatorschaltungen.