JPH10269200A

JPH10269200A - 未知システム解析装置及びそれを用いた情報処理システム

Info

Publication number: JPH10269200A
Application number: JP7187797A
Authority: JP
Inventors: Kenji Suzuki; 木賢治鈴; Isao Horiba; 場勇夫堀
Original assignee: Hitachi Medical Corp
Current assignee: Hitachi Healthcare Manufacturing Ltd
Priority date: 1997-03-25
Filing date: 1997-03-25
Publication date: 1998-10-09

Abstract

(57)【要約】【課題】未知システム解析装置において、未知システ
ムが二つ以上の多入力を有する非線形システムである場
合においてもその機能を解析することができると共に、
高速に機能を解析する。【解決手段】システムの中身が明らかでない未知シス
テム１を解析するための解析信号を発生し上記未知シス
テム１へ送る解析信号発生部４と、この解析信号発生部
４からの解析信号Ｉ₁〜Ｉnを入力し該解析信号に対する
出力応答信号Ｏ ₁〜Ｏmを出力する未知システム１からの
上記出力応答信号Ｏ₁〜Ｏmを入力すると共に、上記解析
信号発生部４からの解析信号Ｉ₁〜Ｉnを入力し、上記未
知システム１の入出力応答を解析して該未知システム１
を記述するシステムパラメータＣjiを出力する出力応答
解析部５とを備えて成り、上記解析信号発生部４は、未
知システム１へ送るある一つの注目入力に対してはパラ
メータに応じて変化する解析信号を発生し、他の入力に
対しては一定条件として固定された解析信号を発生する
ように構成したものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、各種の線形システ
ムを含む様々な非線形システムから成りそれらのシステ
ムの中身が明らかでない未知システムを解析する未知シ
ステム解析装置に関し、特に、未知システムが二つ以上
の多入力を有する非線形システムである場合においても
その機能を解析することができると共に、高速に機能を
解析することができる未知システム解析装置及びそれを
用いた情報処理システムに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のこの種の未知システム解析装置
は、図１０に示すように、システムの中身が明らかでな
い未知システム１を解析するためのサンプル信号Ｓ₁，
Ｓ₂，…，Ｓi，…，Ｓnを発生し上記未知システム１へ
送るサンプル信号発生部２と、このサンプル信号発生部
２からのサンプル信号Ｓ₁〜Ｓnを入力し該サンプル信号
Ｓ₁〜Ｓnに対する出力応答信号Ｒ₁，Ｒ₂，…，Ｒj，
…，Ｒmを出力する未知システム１の上記出力応答信号
Ｒ₁〜Ｒmを入力すると共に、上記サンプル信号発生部２
からのサンプル信号Ｓ₁〜Ｓnを入力し、上記未知システ
ム１の入出力応答を解析して該未知システム１を記述す
るシステムパラメータＣjiを出力する連立方程式求解部
３とを備えて成っていた。

【０００３】上記連立方程式求解部３は、未知システム
１のシステムモデルを例えば次の式（１）のように定義
して、そのシステムパラメータＣjiを連立方程式により
算出するものであった。Ｒ₁＝Ｃ₁₀＋Ｃ₁₁Ｓ₁＋…＋Ｃ₁iＳi＋…＋Ｃ₁nＳn : Ｒj＝Ｃj₀＋Ｃj₁Ｓ₁＋…＋ＣjiＳi＋…＋ＣjnＳn : Ｒm＝Ｃm₀＋Ｃm₁Ｓ₁＋…＋ＣmiＳi＋…＋ＣmnＳn …（１）ただし、上記の式（１）において、Ｓiはｉ番目の入力
のサンプル信号を示し、Ｒjはｊ番目の出力の出力応答
信号を示し、Ｃjiはｊ番目の出力の出力応答信号Ｒj及
びｉ番目の入力のサンプル信号Ｓiに関連するシステム
パラメータを示している。

【０００４】そして、サンプル信号発生部２では、連立
方程式求解部３において式（１）に示す連立方程式を解
くためのサンプル信号ＳiがシステムパラメータＣjiの
未知数分だけ発生され、未知システム１では、上記サン
プル信号発生部２で発生されたサンプル信号Ｓiを入力
しそれに応じた出力応答信号Ｒjを出力し、連立方程式
求解部３では、上記サンプル信号発生部２で発生された
サンプル信号Ｓiと未知システム１から出力された出力
応答信号Ｒjとを基に連立方程式を解き、上記未知シス
テム１を記述するシステムパラメータＣjiを提示してい
た。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、このような従
来の未知システム解析装置においては、上述のように未
知システム１に入力したサンプル信号Ｓiの入力数分の
連立方程式を解かねばならず、非常に多くの処理時間を
要していた。また、従来の未知システム解析装置は、連
立方程式を解くことによりシステムパラメータを算出す
るようになっているため、装置が扱えるシステムは線形
システムに限られるものであった。ところが、現実には
ほとんどのシステムは非線形システムであるため、従来
装置においては、ほとんどのシステムについてそのシス
テムの中身を正確に解析することはできなかった。

【０００６】そこで、本発明は、このような問題点に対
処し、未知システムが二つ以上の多入力を有する非線形
システムである場合においてもその機能を解析すること
ができると共に、高速に機能を解析することができる未
知システム解析装置及びそれを用いた情報処理システム
を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、第一の発明による未知システム解析装置は、システ
ムの中身が明らかでない未知システムを解析するための
解析信号を発生し上記未知システムへ送る解析信号発生
手段と、この解析信号発生手段からの解析信号を入力し
該解析信号に対する出力応答信号を出力する未知システ
ムからの上記出力応答信号を入力すると共に、上記解析
信号発生手段からの解析信号を入力し、上記未知システ
ムの入出力応答を解析して該未知システムを記述するシ
ステムパラメータを出力する出力応答解析手段とを備え
て成り、上記解析信号発生手段は、未知システムへ送る
ある一つの注目入力に対してはパラメータに応じて変化
する解析信号を発生し、他の入力に対しては一定条件と
して固定された解析信号を発生するように構成したもの
である。

【０００８】また、上記解析信号発生手段は、未知シス
テムの注目入力に対してはパラメータに応じて変化する
解析信号を発生し、他の入力に対してはある一定条件と
して固定された解析信号を発生する手順と、この手順を
上記パラメータの概ね最小値から概ね最大値まで行って
解析信号を発生する手順と、上記の一定条件が概ね最小
値から概ね最大値まで変化して解析信号を発生する手順
と、上記注目入力が未知システムの入力まで変化されて
解析信号を発生する手順とを実行するものとしたもので
ある。

【０００９】さらに、上記出力応答解析手段は、未知シ
ステムからの出力応答信号を入力し該出力応答信号の関
数近似を行う関数近似手段を備えて成るものである。

【００１０】また、上記未知システム解析装置を用いた
第二の発明による情報処理システムは、システムの中身
が明らかでない未知システムを解析するための解析信号
を発生し上記未知システムへ送る解析信号発生手段と、
この解析信号発生手段からの解析信号を入力し該解析信
号に対する出力応答信号を出力する未知システムからの
上記出力応答信号を入力すると共に、上記解析信号発生
手段からの解析信号を入力し、上記未知システムの入出
力応答を解析して該未知システムを記述するシステムパ
ラメータを出力する出力応答解析手段とを備えて成り、
上記解析信号発生手段は、未知システムへ送るある一つ
の注目入力に対してはパラメータに応じて変化する解析
信号を発生し、他の入力に対しては一定条件として固定
された解析信号を発生するように構成した未知システム
解析装置の上記出力応答解析手段に対し、該出力応答解
析手段からのシステムパラメータを入力してこれを情報
処理パラメータとしこの情報処理パラメータを利用して
入力信号に対して情報処理を行う情報処理手段を接続
し、この情報処理手段により外部から入力した入力信号
について情報処理を行いその処理結果の出力信号を出力
するようにしたものである。

【００１１】そして、上記情報処理手段は、外部から入
力した入力信号についてその平均値を算出する平均値算
出部と、この平均値算出部から出力される平均値に基づ
き上記外部から入力した入力信号を処理するための係数
を求める係数算出部と、この係数算出部から出力される
係数を上記外部から入力した入力信号に対して乗算する
乗算器と、この乗算器で乗算した結果の総和を算出する
加算器とを有して成るものである。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を添付
図面に基づいて詳細に説明する。図１は第一の発明によ
る未知システム解析装置の実施の形態を示すブロック図
である。この未知システム解析装置は、各種の線形シス
テムを含む様々な非線形システムから成りそれらのシス
テムの中身が明らかでない未知システムを解析するもの
で、図１に示すように、解析信号発生部４と、出力応答
解析部５とを有して成る。

【００１３】まず、解析対象としての未知システム１
は、例えば画像フィルタなどの信号処理システム、テレ
ビカメラなどの画像システム、マイクロフォンやスピー
カなどの音響システム、マニピュレータなどの制御シス
テム、コンピュータや人工ニューラルネットワークなど
の情報システム、医用画像診断装置などの医用システ
ム、等の各種線形システムを含む様々な非線形システム
であって、特に二つ以上の多入力を有しその中身が明ら
かでないシステムである。

【００１４】そして、上記解析信号発生部４は、上記未
知システム１を解析するための解析信号Ｉ₁，Ｉ₂，…，
Ｉi，…，Ｉnを発生し該未知システム１へ送る解析信号
発生手段となるもので、例えばマイクロプロセッサを含
む情報処理装置又は解析信号データを記憶しておき必要
に応じて読み出す記憶装置などから成る。

【００１５】さらに、出力応答解析部５は、上記解析信
号発生部４からの解析信号Ｉ₁〜Ｉnを入力し該解析信号
Ｉ₁〜Ｉnに対する出力応答信号Ｏ₁，Ｏ₂，…，Ｏj，
…，Ｏmを出力する未知システム１からの上記出力応答
信号Ｏ₁〜Ｏmを入力すると共に、上記解析信号発生部４
からの解析信号Ｉ₁〜Ｉnを入力し、上記未知システム１
の入出力応答を解析して該未知システム１を記述するシ
ステムパラメータＣjiを出力する出力応答解析手段とな
るもので、例えば未知システム１からの出力応答信号Ｏ
₁〜Ｏmの関数近似を行いこの関数近似の結果の関数の係
数を出力する関数近似部から成る。

【００１６】なお、図１に示した未知システム１は、Ｉ
₁からＩnまでのｎ個の入力信号を持ち、Ｏ₁からＯmまで
のｍ個の出力信号を持つｎ入力ｍ出力のシステムであ
り、ｉ番目の入力信号をＩiと表し、ｊ番目の出力信号
をＯjと表している。ここでは、多入力多出力のシステ
ムを例として示したが、上記未知システム１は、多入力
１出力のシステムであってもよい。

【００１７】そして、本発明においては、上記解析信号
発生部４は、未知システム１へ送るある一つの注目入力
に対してはパラメータに応じて変化する解析信号Ｉ₁〜
Ｉnを発生し、他の入力に対しては一定条件として固定
された解析信号Ｉ₁〜Ｉnを発生するように構成されてい
る。

【００１８】次に、このように構成された未知システム
解析装置の動作について説明する。まず、図１におい
て、解析信号発生部４は、未知システム１を解析するた
めの解析信号Ｉ₁〜Ｉnを発生し、上記未知システム１へ
送出する。ここで、上記解析信号発生部４は、未知シス
テム１の注目入力に対してはパラメータに応じて変化す
る解析信号を発生し、他の入力に対してはある一定条件
として固定された解析信号を発生する。そして、上記解
析信号発生部４から発生される解析信号は、次の式
（２）に基づく信号である。ただし、１≦ｑ≦ｎ，１≦ｉ≦ｎ min≦ｐ≦max，min≦ｒ≦max

【００１９】上記の式（２）において、Ｉi(ｐ)は未知
システム１のｉ番目の入力に供給される解析信号を示
し、ｐはパラメータ、ｒはある一定条件、ｉは注目入
力、ｑは注目入力番号、minは未知システム１への入力
の最小値、maxは未知システム１への入力の最大値、ｆt
r(ｘ)は変数ｘを基に特徴量を求める演算を示す。つま
り、多入力ある未知システム１への入力のうち、ある一
つの注目入力ｉに対する解析信号Ｉi(ｐ)はパラメータ
ｐに対して変化し、他の入力に対する解析信号Ｉi(ｐ)
はある一定条件ｒとして固定された入力信号が発生され
る。

【００２０】ここで、特徴量を求める演算ｆtr(ｘ)に関
して、最も簡単な例として、次の式（３）のように変数
ｘをそのまま出力する恒等関数である場合について説明
する。ｆtr(ｘ)＝ｘ …（３）そして、上記特徴量を求める演算ｆtr(ｘ)として式
（３）を用いた場合の式（２）に対応する解析信号は、
次の式（４）のようになる。

【００２１】このように、解析信号が式（４）で表され
る場合の未知システム１に入力される解析信号Ｉ₁〜Ｉn
と出力応答信号Ｏ₁〜Ｏmの例を、図２に示す。図示した
ように、未知システム１に入力する解析信号Ｉiは、注
目入力ｉが注目入力番号ｑの場合のみ、パラメータｐに
対して線形的に変化し、それ以外の場合は、一定条件ｒ
のまま一定である。そして、一定条件ｒがminからmaxま
で変化して、図２に示すような解析信号が発生される。
さらに、この解析信号は、注目入力番号ｑが１からｎま
で変化して発生される。

【００２２】図３は、上記解析信号の発生の手順を示す
フローチャートである。まず、前述の式（２）に基づい
て解析信号を発生するに際し、注目入力番号ｑを「１」
とする（ステップＡ）。次に、ある一定条件ｒをminと
する（ステップＢ）。次に、パラメータｐをminとする
（ステップＣ）。そして、この状態で式（２）に基づい
て演算し、解析信号を発生する（ステップＤ）。すなわ
ち、未知システム１の注目入力番号ｑの入力に対しては
パラメータｐに応じて変化する解析信号が発生され、他
の入力に対してはある一定条件ｒとして固定された解析
信号が発生される。

【００２３】次に、ステップＥでパラメータｐはmaxま
で変化したか否か判定する。まだmaxまで至っていない
場合は、“ＮＯ”側に進みステップＨでパラメータｐを
ある段階だけ大きくし、ステップＤに戻る。そして、こ
のパラメータｐの状態で式（２）に基づいて解析信号を
発生する（ステップＤ）。その後、ステップＤ→Ｅ→Ｈ
を繰り返し、パラメータｐがminからmaxまで変化しなが
ら解析信号を発生する。パラメータｐがmaxまで到達し
たら、ステップＥは“ＹＥＳ”側に進む。

【００２４】次に、ステップＦでは、ある一定条件ｒが
maxまで変化したか否か判定する。まだmaxまで至ってい
ない場合は、“ＮＯ”側に進みステップＩで一定条件ｒ
をある段階だけ大きくし、ステップＣに戻る。ステップ
Ｃでは、再びパラメータｐをminとし、この状態で式
（２）に基づいて演算し、解析信号を発生する（ステッ
プＤ）。その後、再びステップＤ→Ｅ→Ｈを繰り返し、
パラメータｐがmaxまで到達したら、再びステップＦで
ある一定条件ｒがmaxまで変化したか否か判定する。以
後、ステップＣ→Ｄ→Ｅ→Ｈ→Ｄ→Ｅ→Ｆを繰り返し、
一定条件ｒがminからmaxまで変化しながら解析信号を発
生する。そして、一定条件ｒがmaxまで到達したら、ス
テップＦは“ＹＥＳ”側に進む。

【００２５】次に、ステップＧでは、注目入力番号ｑが
ｎまで変化したか否か判定する。まだｎまで至っていな
い場合は、“ＮＯ”側に進みステップＪで注目入力番号
ｑを「１」だけ大きくし、ステップＢに戻る。ステップ
Ｂでは再びある一定条件ｒをminとし、ステップＣで再
びパラメータｐをminとして、この状態で式（２）に基
づいて演算し、解析信号を発生する（ステップＤ）。そ
の後、再びステップＤ→Ｅ→Ｈを繰り返し、パラメータ
ｐがmaxまで到達したら、再びステップＦである一定条
件ｒがmaxまで変化したか否か判定する。以後、ステッ
プＣ→Ｄ→Ｅ→Ｈ→Ｄ→Ｅ→Ｆを繰り返し、一定条件ｒ
がmaxまで到達したら、再びステップＧで注目入力番号
ｑがｎまで変化したか否か判定する。以後、ステップＢ
→Ｃ→Ｄ→Ｅ→Ｈ→Ｄ→Ｅ→Ｆ→Ｇを繰り返し、注目入
力番号ｑが１からｎまで変化しながら解析信号を発生す
る。そして、注目入力番号ｑがｎまで到達したら、ステ
ップＧは“ＹＥＳ”側に進み、手順が終了する。このよ
うにして、図１に示す解析信号発生部４では、前述の式
（２）に従った幾通りもの解析信号が発生され、未知シ
ステム１に供給される。

【００２６】一方、図１において出力応答解析部５で
は、上記解析信号発生部４からの解析信号Ｉ₁〜Ｉnと未
知システム１からの出力応答信号Ｏ₁〜Ｏmとを入力し、
この出力応答信号Ｏ₁〜Ｏmが解析され、上記未知システ
ム１の特性や機能が提示される。このとき、例えば関数
近似部から成る出力応答解析部５では、未知システム１
からの出力応答信号Ｏ₁〜Ｏmを入力し、この出力応答信
号Ｏ₁〜Ｏmの関数近似を行い、その関数近似の結果の関
数の係数を出力するように動作する。なお、上記関数近
似は、例えば最小二乗法などにより行われる。

【００２７】次に、解析対象の未知システム１として画
像処理システムである画像フィルタを例にして、本発明
の未知システム解析装置の解析動作を更に具体的に説明
する。図４は、直流保存型ラプラシアンフィルタ６のカ
ーネルを示す説明図である。この未知システム１として
の直流保存型ラプラシアンフィルタ６は、エッジ強調フ
ィルタの一種であり、例えば５入力１出力の画像フィル
タである。そして、この直流保存型ラプラシアンフィル
タ６は、入力信号Ｉ₁〜Ｉ₅に対し次の式（５）に示す演
算を行い出力信号Ｏを出力することにより、エッジ強調
の機能を実現している。Ｏ＝−Ｉ₁−Ｉ₂＋５Ｉ₃−Ｉ₄−Ｉ₅ …（５）

【００２８】図５は、上記の直流保存型ラプラシアンフ
ィルタ６を未知システム１とした場合の出力応答解析部
５から出力される出力信号Ｏ(ｐ)を示す説明図である。
ここでは、前述のある一定条件として、ｒ₁，ｒ₂，ｒの
場合が代表として示してある。図示したように、ある一
定条件ｒにおいて出力信号Ｏ(ｐ)は、２種類の傾きを持
つ直線として観測される。そのうちの１種類は、図４に
示す直流保存型ラプラシアンフィルタ６のカーネルの中
心で注目入力番号ｑ＝３の場合であり、傾き５を持ち、
次式で示される。Ｏ(ｐ)＝５ｐ−４ｒ（ｑ＝３）他の１種類は、上記カーネルの中心以外で注目入力番号
ｑ＝１，２，４，５の場合であり、傾き−１を持ち、次
式で示される。Ｏ(ｐ)＝−ｐ＋２ｒ（ｑ＝１，２，４，５）

【００２９】上記各式の傾きは出力応答解析部５（関数
近似部）で算出され、１次関数を関数近似し、その結果
である傾き５と傾き−１が出力される。これはシステム
パラメータであり、総ての一定条件ｒについて傾きが算
出された結果、これらの傾きの関係は、総ての一定条件
ｒについて保たれていることから、この未知システム１
は、次の式（６）の入出力特性を持つことを結果として
出力する。Ｏ＝−Ｉ₁−Ｉ₂＋５Ｉ₃−Ｉ₄−Ｉ₅ …（６）上記式（６）は前述の式（５）と等しく、正確に未知シ
ステム１を解析・同定でき、そのシステムパラメータを
提示することができる。この出力結果であるシステムパ
ラメータは、図示省略したが、テレビモニタなどの表示
部に表示されたり、記憶部などに記憶されて利用され
る。

【００３０】図６は第二の発明による情報処理システム
の実施の形態を示すブロック図である。この情報処理シ
ステムは、図１に示し以上において説明した未知システ
ム解析装置から出力されるシステムパラメータＣjiを利
用して各種の情報を処理するもので、図６に示すよう
に、前述の解析信号発生部４と出力応答解析部５とを有
して成る未知システム解析装置の上記出力応答解析部５
に対し、情報処理部７を接続して成る。この情報処理部
７は、上記出力応答解析部５から出力されるシステムパ
ラメータＣjiを入力してこれを情報処理パラメータとし
この情報処理パラメータを利用して外部からの入力信号
Ｄiに対して情報処理を行う情報処理手段となるもの
で、例えば画像フィルタ、画像認識装置、画像処理装
置、信号処理装置などである。そして、図示省略した
が、外部の例えば画像供給部から入力信号Ｄiとして入
力した画像データについて情報処理部７で情報処理を行
い、その処理結果の処理画像データを出力信号Ｄoとし
て外部の例えば画像表示部（図示省略）に送出するよう
になっている。

【００３１】次に、上記情報処理部７の動作について説
明する。この情報処理部７では、前記出力応答解析部５
からのシステムパラメータＣjiと外部からの入力信号Ｄ
iとを入力し、上記システムパラメータＣjiを基にして
新たな情報処理パラメータとし、この情報処理パラメー
タを利用して上記入力信号Ｄiに対して情報処理が行わ
れ、出力信号Ｄoが外部へ出力される。ここで、具体的
な例として、未知システム１として図７に示すようなニ
ューラルネットワークによる画像フィルタ８が用いられ
たときの、前記未知システム解析装置及び情報処理部７
の動作について説明する。

【００３２】まず、ニューラルネットワークによる画像
フィルタ８とは、ニューラルネットワークの入力信号Ｉ
₁〜Ｉnとして画像が用いられ、出力信号Ｏとして画像が
出力される非線形画像処理フィルタであり、図７に示す
ように、人工的神経素子９を多数用い入力層及び中間層
並びに出力層の層構造をなすように結合してネットワー
クを構成している。図７の例では、ｎ入力１出力の３層
の階層型ニューラルネットワークが用いられており、符
号１０は入力層と中間層とを結ぶ枝を示し、符号１１は
中間層と出力層とを結ぶ枝を示している。

【００３３】図８は、例えば５入力１出力のニューラル
ネットワークによる画像フィルタ８を未知システム１と
した場合の出力応答解析部５から出力される出力信号Ｏ
(ｐ)の一例を示す説明図である。ニューラルネットワー
クは非線形システムであるため、図８のようにその出力
信号Ｏ(ｐ)も横軸の一定条件ｒによって変化する。図に
おいて、一定条件ｒでクロスした５本の線に注目する
と、その一定条件ｒでクロスしたポイントは、５個全部
の入力に一定条件ｒが入力されているポイントである。
そして、５個全部の入力がｒのときに、５本の線の各傾
きで表される係数が入力信号に対するゲインとなってい
る。出力応答解析部５（関数近似部）では、これらの線
を１次関数で関数近似し、その傾きが求められる。この
解析結果は、次の式（７）に示す信号処理フィルタを近
似的に実現している。ただし、Ｏは出力信号を示し、Ｉiはｉ番目の入力、Ａi
(ｒ)はｉ番目の入力に対する一定条件ｒをパラメータと
するフィルタ係数、Ｂ(ｒ)は一定条件ｒをパラメータと
するフィルタ係数である。

【００３４】上記式（７）の一定条件ｒを全入力の平均
値で近似することにより、式（７）に基づく演算を実現
する情報処理部７は、図９に示す内部構成の画像フィル
タとなる。情報処理部７としての画像フィルタは、図９
に示すように、平均値算出部１２と、係数算出部１
３₁，１３₂，…，１３i，…，１３n及び他の係数算出部
１４と、乗算器１５₁，１５₂，…，１５i，…，１５n
と、加算器１６とを有して成る。上記平均値算出部１２
は、外部の例えば画像供給部から入力した入力信号Ｉ ₁
〜Ｉnについてその平均値ａを算出するもので、例えば
加算器と除算器とから成る。

【００３５】係数算出部１３₁〜１３n及び他の係数算出
部１４は、上記平均値算出部１２から出力される平均値
ａを入力し、該平均値ａに基づき上記外部から入力した
入力信号Ｉ₁〜Ｉnを処理するための係数Ａ₁(ａ)，Ａ
₂(ａ)，…，Ａi(ａ)，…，Ａn(ａ)又はＢ(ａ)をそれぞ
れ求めるもので、例えば上記平均値ａを入力して係数Ａ
₁(ａ)〜Ａn(ａ)又はＢ(ａ)にそれぞれ変換するための変
換テーブルの内容を記憶するテーブルメモリから成る。
このように係数算出部１３₁〜１３n及び１４をテーブル
メモリで構成した場合は、上記平均値ａを係数Ａ₁(ａ)
〜Ａn(ａ)又はＢ(ａ)にそれぞれ変換する動作を高速に
行うことができる。なお、上記係数算出部１３₁〜１３n
からの各出力（係数Ａ₁(ａ)〜Ａn(ａ)）は後述の各乗算
器１５₁〜１５nにそれぞれ入力され、他の係数算出部１
４からの出力（係数Ｂ(ａ)）は後述の加算器１６に入力
されるようになっている。

【００３６】また、乗算器１５₁〜１５nは、上記係数算
出部１３₁〜１３nから出力される係数Ａ₁(ａ)〜Ａn(ａ)
を上記外部から入力した入力信号Ｉ₁〜Ｉnに対して乗算
するものである。さらに、加算器１６は、上記各乗算器
１５₁〜１５nで乗算した結果の出力と他の係数算出部１
４からの出力（係数Ｂ(ａ)）とを入力し、それらのデー
タを加算して総和を算出するもので、その総和が出力信
号Ｏとして外部の例えば画像表示部（図示省略）へ送ら
れるようになっている。

【００３７】ここで、図６及び図９の実施形態において
は、上記係数算出部１３₁〜１３n及び他の係数算出部１
４に、未知システム解析装置の出力応答解析部５からの
システムパラメータＣjiが入力されるようになってお
り、このシステムパラメータＣjiに基づいて係数算出部
１３₁〜１３n及び他の係数算出部１４は、係数Ａ₁(ａ)
〜Ａn(ａ)又はＢ(ａ)をそれぞれ求めるようになってい
る。これにより、前記情報処理部７は、上記未知システ
ム解析装置の出力応答解析部５からのシステムパラメー
タＣjiを入力してこれを情報処理パラメータとし、この
情報処理パラメータを利用して外部からの入力信号Ｄi
に対して情報処理を行うことができる。

【００３８】次に、このように構成された情報処理部７
の動作について説明する。まず、図９に示す平均値算出
部１２では、外部からの各入力信号Ｉ₁〜Ｉnの平均値ａ
が算出され出力される。次に、係数算出部１３₁〜１３n
及び他の係数算出部１４は、上記出力された平均値ａ及
び未知システム解析装置の出力応答解析部５からのシス
テムパラメータＣjiを入力して、例えばフィルタ係数と
なる係数Ａ₁(ａ)〜Ａn(ａ)又はＢ(ａ)を出力する。そし
て、乗算器１５₁〜１５nでは、外部からの各入力信号Ｉ
₁〜Ｉnと係数算出部１３₁〜１３nからの係数Ａ₁(ａ)〜
Ａn(ａ)とを入力し、それらを乗算してその結果を出力
する。さらに、加算器１６では、上記各乗算器１５₁〜
１５nからの出力信号と他の係数算出部１４からの係数
Ｂ(ａ)とを入力し、それらの加算を行い総和を出力す
る。このようにして、各入力信号Ｉ₁〜Ｉnの平均値に応
じて、その処理特性が変化する性質を有する各種情報の
情報処理が行える。

【００３９】なお、以上の説明では、平均値算出部１２
により入力信号Ｉ₁〜Ｉnの平均値を算出したが、これを
加算器に置き換えて上記入力信号Ｉ₁〜Ｉnの総和を算出
してもよく、その際は係数算出部１３₁〜１３nのアドレ
ス値を予めｎ倍した値として、係数Ａ₁(ａ)〜Ａn(ａ)を
上記係数算出部１３₁〜１３nに記憶しておけばよい。ま
た、関数近似を行う際に簡単な例として１次関数を用い
た場合を示したが、どのような高次関数を用いてもよ
く、その場合は前述の信号処理フィルタを示す式（７）
は次の式（８）のようになり、これを用いれば高次関数
による場合も対応できる。ただし、ｍは高次関数の次数を示し、Ｍは次数の最大値
を示す。

【００４０】なお、図６に示す例では、未知システム解
析装置の出力応答解析部５に情報処理部７を接続した状
態で情報処理を行うものとしたが、上記出力応答解析部
５からのシステムパラメータＣjiを情報処理部７に入力
した後に、その情報処理部７を切り離して使用してもよ
い。

【００４１】

【発明の効果】本発明は以上のように構成されたので、
第一の発明の未知システム解析装置によれば、システム
の中身が明らかでない未知システムを解析するための解
析信号を発生し上記未知システムへ送る解析信号発生手
段を、その未知システムへ送るある一つの注目入力に対
してはパラメータに応じて変化する解析信号を発生し、
他の入力に対しては一定条件として固定された解析信号
を発生するように構成したことにより、未知システムが
二つ以上の多入力を有する非線形システムである場合に
おいてもその機能を解析することができると共に、高速
に機能を解析することができる。

【００４２】また、第二の発明の情報処理システムによ
れば、上記の未知システム解析装置の出力応答解析手段
に対し、該出力応答解析手段からのシステムパラメータ
を入力してこれを情報処理パラメータとしこの情報処理
パラメータを利用して入力信号に対して情報処理を行う
情報処理手段を接続したことにより、この情報処理手段
により外部から入力した入力信号について情報処理を行
いその処理結果の出力信号を出力することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第一の発明による未知システム解析装置の実施
の形態を示すブロック図である。

【図２】未知システムに入力される解析信号とそれから
出力される出力応答信号の例を示す説明図である。

【図３】解析信号発生部における解析信号の発生の手順
を示すフローチャートである。

【図４】直流保存型ラプラシアンフィルタのカーネルを
示す説明図である。

【図５】上記直流保存型ラプラシアンフィルタを未知シ
ステムとした場合の出力応答解析部から出力される出力
信号を示す説明図である。

【図６】第二の発明による情報処理システムの実施の形
態を示すブロック図である。

【図７】未知システムとしてのニューラルネットワーク
による画像フィルタを示す説明図である。

【図８】例えば５入力１出力のニューラルネットワーク
による画像フィルタを未知システムとした場合の出力応
答解析部から出力される出力信号の一例を示す説明図で
ある。

【図９】第二の発明に係る情報処理部の内部構成を示す
ブロック図である。

【図１０】従来の未知システム解析装置を示すブロック
図である。

【符号の説明】

１…未知システム４…解析信号発生部５…出力応答解析部６…直流保存型ラプラシアンフィルタ７…情報処理部８…ニューラルネットワークによる画像フィルタ１２…平均値算出部１３₁〜１３n…係数算出部１４…他の係数算出部１５₁〜１５n…乗算器１６…加算器

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】システムの中身が明らかでない未知シス
テムを解析するための解析信号を発生し上記未知システ
ムへ送る解析信号発生手段と、この解析信号発生手段か
らの解析信号を入力し該解析信号に対する出力応答信号
を出力する未知システムからの上記出力応答信号を入力
すると共に、上記解析信号発生手段からの解析信号を入
力し、上記未知システムの入出力応答を解析して該未知
システムを記述するシステムパラメータを出力する出力
応答解析手段とを備えて成り、上記解析信号発生手段
は、未知システムへ送るある一つの注目入力に対しては
パラメータに応じて変化する解析信号を発生し、他の入
力に対しては一定条件として固定された解析信号を発生
するように構成したことを特徴とする未知システム解析
装置。
【請求項２】上記解析信号発生手段は、未知システム
の注目入力に対してはパラメータに応じて変化する解析
信号を発生し、他の入力に対してはある一定条件として
固定された解析信号を発生する手順と、この手順を上記
パラメータの概ね最小値から概ね最大値まで行って解析
信号を発生する手順と、上記の一定条件が概ね最小値か
ら概ね最大値まで変化して解析信号を発生する手順と、
上記注目入力が未知システムの入力まで変化されて解析
信号を発生する手順とを実行するものとしたことを特徴
とする請求項１記載の未知システム解析装置。
【請求項３】上記出力応答解析手段は、未知システム
からの出力応答信号を入力し該出力応答信号の関数近似
を行う関数近似手段を備えて成るものであることを特徴
とする請求項１又は２記載の未知システム解析装置。
【請求項４】システムの中身が明らかでない未知シス
テムを解析するための解析信号を発生し上記未知システ
ムへ送る解析信号発生手段と、この解析信号発生手段か
らの解析信号を入力し該解析信号に対する出力応答信号
を出力する未知システムからの上記出力応答信号を入力
すると共に、上記解析信号発生手段からの解析信号を入
力し、上記未知システムの入出力応答を解析して該未知
システムを記述するシステムパラメータを出力する出力
応答解析手段とを備えて成り、上記解析信号発生手段
は、未知システムへ送るある一つの注目入力に対しては
パラメータに応じて変化する解析信号を発生し、他の入
力に対しては一定条件として固定された解析信号を発生
するように構成した未知システム解析装置の上記出力応
答解析手段に対し、該出力応答解析手段からのシステム
パラメータを入力してこれを情報処理パラメータとしこ
の情報処理パラメータを利用して入力信号に対して情報
処理を行う情報処理手段を接続し、この情報処理手段に
より外部から入力した入力信号について情報処理を行い
その処理結果の出力信号を出力するようにしたことを特
徴とする情報処理システム。
【請求項５】上記情報処理手段は、外部から入力した
入力信号についてその平均値を算出する平均値算出部
と、この平均値算出部から出力される平均値に基づき上
記外部から入力した入力信号を処理するための係数を求
める係数算出部と、この係数算出部から出力される係数
を上記外部から入力した入力信号に対して乗算する乗算
器と、この乗算器で乗算した結果の総和を算出する加算
器とを有して成ることを特徴とする請求項４記載の情報
処理システム。