SU488230A1 - Персептрон - Google Patents

Description

ватель входной информации выполнен в виде многоканального голографического коррел тора , св занного с источником когерентного света и системой, иреобразующей входные сигналы в вид, необходимый дл  ввода в этот коррел тор, а ассоциативна  матрица вынолнена в виде мультипликатора (нанример, многолинзового растра), установленного между входной плоскостью коррел тора и матрицей фотоприемников, св занных с блоком анализа.

На фиг. 1 нриведена функциональна  блоксхема предлагаемого иерсептрона; на фиг. 2 - блок-схема одиого из фотоириемников, вход щих в ассоциативную матрицу.

Персептрон предназначен дл  распознавани  трех образов А, В и С. При большом количестве образов, количество усилителей и сумматоров в блоке анализа, полностью заимствованном из известных персептронов, быть соответственно увеличено.

На фиг. 1 и 2 обозначено: 1 - преобразователь входной информации, 2 - система преобразовани  входных сигналов в вид, необходимый дл  ввода в голографический коррел тор , 3 - многоканальный голографический коррел тор, 4 - источник когерентного света, 5 - ассоциативна  матрица, 6 - мультипликатор изображений, 7 - матрица фотоприемников с пороговыми элементами, 8- блок анализа, 9 - матрица усилителей, 10 - матрица сумматоров, 11-система сравнени , 12 - первый канал двухканального фотоприемника , 13 - второй канал двухканального фотоприемника, 14 - система вычитани , 15 - пороговое устройство.

Преобразователь входной информации 1 состоит из трех блоков: системы 2 преобразовани  входных сигналов в вид, необходимый дл  ввода в голографический коррел тор , многоканального голографического коррел тора 3, св занного с этой системой, и источника когерентного света 4, оптически св занного с указанным коррел тором.

Выход преобразовател  информации оптически св зан с ассоциативной матрицей 5, котора , в свою очередь, состоит из мультииликатора 6 и матрицы фотонриемников 7 с пороговыми элементами. При этом вход мультипликатора оптически св зан с выходом коррел тора, а выход мультипликатора оптически св зан с матрицей упом нутых фотоприемников .

Выход ассоциативной матрицы св зан с входом блока анализа 8, состо щим из матрицы усилителей 9, матрицы сумматоров 10 и системы сравнени  11. При этом выход каждого из фотоириемников ассоциативной матрицы св зан электрически с входами нескольких усилителей, их количество равно числу распознаваемых образов (на фиг. 1 это количество равно трем). Выходы усилителей св заны с входами сумматоров, количество которых также равно числу распознаваемых образов, причем с каждым из сумматоров св зан только один из усилителей, вход щих в указанные выше грунны усилителей. Выходы сумматоров электрически св заны со входами системы сравнени , причем число этих входов равно числу распознаваемых образов . Выход системы сравнени   вл етс  выходом всего устройства.

Двухканальный фотоприемник содержит два канала 12 и 13, каждый со своей входной анертурой (например, два фотоэлектронных умножител ), выходы которых подключены ко входу системы вычитани  14. Выход системы вычитани  соединен со входом порогового устройства 15 (например, диодного ), выход которого  вл етс  выходом двухканального фотоприемника.

Персептрон работает следующим образом. На вход преобразовател  входной информации 1 поступает подлежащий распознаванию сигнал X. Он преобразуетс  в системе 2 и вид X, необходимый дл  ввода в голографический коррел тор 3, оптически св занный с источником когерентного света 4. Конкретный снособ преобразовани  л: в X, а значит и выражение преобразующей системы, зависит от способностей, подвергаемых распознаванию образов и может быть самым разнообразным . В частности, это может быть процесс фотографировани , в результате которого получаетс  диапозитив с записью входных сигналов (например, текста, рисунков, кривых и т. п.) или процесс преобразовани  электрического сигнала в пространственную модул цию света при помощи, например, акустического или электроннолучевого модул тора света.

В многоканальном оптическом коррел торе с иараллельной обработкой сигналов осуществл етс  сравнение в общем случае двумерного сигнала Х(х, у) с некоторой выбранной системой функции сравнени  фг(л:, у), где , 2,..., Л/, N - число каналов коррел тора . Дл  получени  как можно большего числа параллельно работающих каналов Л в персептроне используетс  голографический коррел тор. Конкретное выполнение этого коррел тора может быть различным . Возможно, например, использование системы с Л независимо работающими коррел торами , в каждом из которых установлен голографический фильтр на одну из функций ф,. Более экономичен коррел тор с записью нескольких функций сравнени  на один голографический фильтр с использованием нескольких различных углов падени  опорной волны или сложного сигнала, составленного из нескольких функций сравнени . Возможны различные комбинированные схемы коррел торов , использующие указанные выше методы получени  многоканальности.

На выходе многоканального голографического коррел тора, как известно, образуетс  система пространственно разнесенных оптических сигналов - коррел ционных сигналов, распределение интенсивности которых онисываетс  выражением: 1 (. () иI X (-. у) г ( У -ОС.1 ,,(1) где означает операцию коррел ции. Выходными сигналами преобразовател  входной информации  вл етс  или максимумы коррел ционных сигналов р, кс суммарна  интенсивность со PI JJ oi(i,-f didr, Очевидно, что требуемое дл  надежного раснознавани  число N каналов коррел тора , определ ющее в предлагаемом устройстве мерность пространства параметров значительно меньше, чем число рецепторов, определ ющих мерность пространства параметров в известном персептроне. Действительно, как известно, коррел ционные характеристики рг„аксИли Р,- дают наиболее полное описание степени сходства сравниваемых сигналов X и ф,-. Эти характеристики оказываютс  настолько исчерпывающими , что в р де случаев, как известно, достаточно измерени  величины р „ак-с - сравнени  этой величины с некоторым порогом 8 дл  того, чтобы решить относитс  неизвестный сигнал к образу ф,- или нет. В других случа х однако (при «размытых в пространстве параметров границах образов) этого оказываетс  недостаточно и дл  определени  принадлежности X к тому или иному образу требуетс  сравнительный анализ не одного, а нескольких измеренных величии «макс - Однако и в этих случа х их число оказываетс  всегда значительно меньшим , чем требуемое число параметров в известном персептроне. Это обусловлено тем. что каждый из коррел ционных сигналов описывает «степень схожести всего исходного сигнала X с одной из функций сравнени , тогда как сигнал на выходе каждого нз рецепторов в известном персептроне, описывает «степень схожести только одного из элелтентов входного сигнала с элементарной «функцией сравнени , задаваемой характеристикой фотосопротивлени . Общее сокранхение мерности пространства параметров в предлагаемом персептроне по сравнению с известным растет по мере усложнени  подвергаемых анализу образов и может достигнуть нескольких пор дков. Число же каналов коррел тора может быть принциииально просто получено пор дка нескольких дес тков, следовательно , по качеству распознавани  нредлагаемый персептрон соответствует известным персептронам с числом параметров пор дка 1000 и более, что делает такие известные персептроны в насто щее врем  практически не реализуемыми (например персептрои АРК-1 имеет 400 рецепторов). С выхода коррел тора коррел ционные сигналы поступают на вход щий в ассоциативную матрицу 5 мультипликатор 6 изображений , который создает из каждого поступающего на его вход сигнала pf(5,iT) систему одинаковых, но пространственно разнесенных сигналов P/fe Р; (; + ik, fi + Pift)i где; 1, 2М, М - степень мультиплицировани . , a-ij,, P;I; - пространственные сдвиги k-ro мультиплицированного изображени  р; по ос м I и Т, в качестве мультипликатора могут быть использованы различпые устройства, например зеркальный оптический туннель, мтюголгн-тзовый растр и т. п. В плоскости образовлии  мультиилиннровпниых изображений установлена система фотоприемников 7 с оптической апертурой такой величины , что в нее поступают снгнальт от нескольких (регз тируетс  при настройке) мультиплицированных изображений, соответствующих разным номерам i. Следовательно, сигнал на входе каждого из фотоприемннков представл ет собою сумму коррел нлюнцых сигналов, попадающих в приемную апертуру . Каждый из фотоприемников 7 снабжен пороговым устройством с уровнем в, при достнженни которого на втлходе формируетс  сигнал «единица. Следовательно, на выходе ассоциативной матрицы, как и требуетс  в сигнал описываетс  выпажеперсептроне , нием , „ - - .-е 1, если / 1 -0 Uro, О, если где m - число изображений, попадающих в приемную апертуру т Ж, Поскольку (3) описывает алгоритм работы ассоциативной матрицы персептрона, рассматриваемое устройство действительно  вл етс  иерсептроном. Далее сигна.лы U,. попадают в блок анализа 8, где они усиливаютс  усиливател ми 9, суммируютс  в сумматорах 10 и подвергаютс  сравнению в снстелте сравнени  11 точно так же. как и в известном персептроне. Хорошо известно, что в персептроне должно быть обеспечено такое соединение, чтобы некоторые нз сигналов p,7i входили в выражеине (3) со знаком «плюс, а некоторые со знаком «минус, причем число тех 1ли иных сигналов случайно (выбираетс  по жребшо). Дл  того, чтобы получить такой же результат и в предложенном персептроие, каждый из фотоприемников , вход щих в ассоциативную матрицу, выполн ют двухканальным в соответствии с блок-схемой, приведенной на фиг. 2. Рассмотрим работу этого двухканального фотоприемника .

Часть из оптических сигналов pi(i,Ti), попадающих в ВХОДНУЮ апертуру фотоприемника , проходит через входную апертуру одного из его каналов 12 и друга  часть через входную апертуру другого канала 13. Выходные сигналы этих каналов складываютс  с противоположными знаками в системе вычитани  14, котора  может быть выиолнена различными способами, в частности, например , так, как показано на фиг. 2 (встречное включение выходных напр жений). Следовательно , на выходе системы вычитани  образуетс  сигнал равный сумме p,7, в которой часть слагаемых входит с одним, а часть с противоположным знаком. После прохождеии  этого сигнала через пороговое устройство 15 получим сигнал описываемый (3), в котором часть из р,-/; входит со знаком «плюс, а часть со знаком «минус, что и требуетс  дл  нормальной работы персептрона .

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Персептрон, содержащий преобразователь входной информации, св занный с ассоциативной матрицей, имеющей системы вычитани  и пороговые устройства, и блоком анализа , отличающийс  тем, что, с целью повыщени  качества дискриминации образов и расширени  их класса, преобразователь входной информации выполнен в виде трех блоков, представл ющих собой многоканальный голографический коррел тор и св занные с ним источник когерентного света и систему преобразовани  входных сигналов в вид, необходимый дл  ввода в этот коррел тор, а ассоциативна  матрица выполнена в виде матрицы двухканальных фотоприемников и мультипликатора, установленного между выходной плоскостью коррел тора и указанной матрицей фотоприемников , св занных с блоком анализа, причем в каждом из фотоприемников выходы обоих каналов соединены со входом системы вычитани , а выходы системы вычитани  соединены с пороговым устройством, вход которого  вл етс  выходом указанного фотоприемника .

   Us

   -

   13

   15