Устройство для обучения операторов распознаванию структур
Изобретение относится к области эргономики, в частности, к устройствам обучения и тренажа операторов человеко-машинных систем, и может быть использовано как часть тренажерной техники. Сущность: устройство содержит блок 1 задания программы обучения, блок 2 задания параметров структуры, блок 3 формирования изображения структуры, блок 4 предъявления изображения структуры, блок 5 фиксации времени реакции, блок 6 ввода параметров структуры, блок 7 идентификации структур и выявления ошибок, блок 8 оценки обучаемого, блок 9 вычисления пространственного спектра изображения, блок 10 формирования характеристик пространственного спектра, блоки предъявления характеристик углового 11 и радиального 12 пространственных спектров, блок 13 ввода параметров пространственного спектра, блок 14 предъявления отфильтрованного изображения, блок 15 цветовой фильтрации, блок 16 ввода параметров цветовой фильтрации и переключатель 17. Технический результат: повышение точности измерений. 5 ил. 
Предлагаемое изобретение относится к области эргономики, в частности, к устройствам обучения и тренажа операторов человеко-машинных систем, может быть использовано как часть тренажерной техники для обучения операторов работе в составе имитаторов тактической и визуальной обстановки, распознаванию объектов на фоне подстилающей поверхности и является усовершенствованием устройства обучения операторов распознаванию структур по авт.св. №1840632.
По основному авт.св. известно устройство для обучения операторов распознаванию структур (авт.св. №1840632), содержащее последовательно соединенные блок задания программы обучения, блок задания параметров структуры, блок формирования изображения структуры, блок предъявления изображения структуры, выход которого подключен к одному из входов блока фиксации времени реакции и входу блока ввода параметров структуры, подключенного выходами к другому входу блока фиксации времени реакции и к одному из входов блока идентификации структур и выявления ошибок, другой вход которого подключен к выходу блока задания параметров структуры, а выходы подключены к входу блока задания программы обучения и к одному из входов блока оценки обучаемого, другой вход которого подключен к выходу блока фиксации времени реакции, блок вычисления пространственного спектра изображения, подключенный входом к выходу блока формирования изображения структуры, а выходом - к одному из входов блока формирования характеристик пространственного спектра, соответствующие выходы которого подключены к входам блоков предъявления характеристик углового и радиального пространственных спектров, к другому входу которого подключен выход блока ввода параметров пространственного спектра, вход которого подключен к выходу блока предъявления изображения структуры.
Данное устройство позволяет обучать операторов распознаванию цветных изображений точечных структур с дальними корреляционными связями. Однако ввиду того, что характеристики пространственного спектра цветного изображения анализируются как для случая монохромного изображения, задача распознавания цветных точечных структур реальных изображений (анализ природных ландшафтов, распознавание объектов на фоне подстилающей поверхности, работа оператора в составе имитаторов тактической и визуальной обстановки) решается с низкой достоверностью.
Целью изобретения является повышение достоверности распознавания точечных структур цветных изображений с дальними корреляционными связями путем обеспечения возможности сопоставления спектров и изображений полных и отфильтрованных по цвету изображений структур.
Поставленная цель достигается тем, что в устройство для обучения операторов распознаванию структур, содержащее последовательно соединенные блок задания программы обучения, блок задания параметров структуры, блок формирования изображения структуры, блок предъявления изображения структуры, выход которого подключен к одному из входов блока фиксации времени реакции и входу блока ввода параметров структуры, подключенного выходами к другому входу блока фиксации времени реакции и к одному из входов блока идентификации структур и выявления ошибок, другой вход которого подключен к выходу блока задания параметров структуры, а выходы подключены к входу блока задания программы обучения и к одному из входов блока оценки обучаемого, другой вход которого подключен к выходу блока фиксации времени реакции, блок вычисления пространственного спектра изображения, подключенный входом к выходу блока формирования изображения структуры, а выходом - к одному из входов блока формирования характеристик пространственного спектра, соответствующие выходы которого подключены к входам блоков предъявления характеристик углового и радиального пространственных спектров, к другому входу блока формирования характеристик пространственного спектра подключен выход блока ввода параметров пространственного спектра, вход которого подключен к выходу блока предъявления изображения структуры, дополнительно введены блок предъявления отфильтрованного изображения, блок цветовой фильтрации, блок ввода параметров цветовой фильтрации и переключатель с замыкающим и размыкающим контактами, при этом блок цветовой фильтрации выходом подключен к блоку предъявления отфильтрованного изображения, одним из входов подключен к выходу блока формирования изображения структуры, а другим - к выходу блока ввода параметров цветовой фильтрации, вход которого соединен с выходом блока предъявления изображения структуры, вход блока вычисления пространственного спектра через замыкающий контакт переключателя подключен к выходу блока формирования изображения структуры, а через размыкающий контакт - к выходу блока цветовой фильтрации.
Сущность данного технического решения заключается в том, что для повышения достоверности распознавания цветных точечных изображений с дальними корреляционными связями оператору, кроме самого изображения этой цветной точечной структуры, дополнительно предъявляется отфильтрованное изображение, выделенное из полного изображения структуры с помощью блока цветовой фильтрации, а также угловой и радиальный пространственные спектры полного или отфильтрованного изображения структуры, вычисленные в блоке вычисления пространственного спектра изображения и сформированные блоком формирования характеристик углового и радиального пространственных спектров.
С помощью блока ввода параметров пространственного спектра, блока ввода параметров цветовой фильтрации и переключателя вида изображения, по которому будет производиться расчет пространственного спектра, оператор задает диапазон формирования углового и радиального пространственных спектров, выбирает какой цвет (цвета) будет отфильтровываться в блоке цветовой фильтрации, а также по какому изображению структура (полному или отфильтрованному) будет производиться расчет пространственного спектра.
Заявителю не известны технические решения, содержащие совокупность признаков, отличающих предлагаемое устройство от основного, что указывает на соответствие предлагаемого технического решения критерию "существенные отличия".
На фиг.1 приведена структурная схема устройства для обучения операторов распознаванию структур; на фиг.2 приведено изображение трехцветной точечной структуры; на фиг.3 приведено ахроматическое изображение точечной структуры, приведенной на фиг.2.
На фиг.4а приведен граф структуры, приведенной на фиг.2; на фиг.4б приведены возможные варианты графов трехцветной точечной структуры; на фиг.5 приведен алгоритм поиска оператором структуры изображения, приведенного на фиг.2.
Предлагаемое устройство (фиг.1) содержит последовательно соединенные блок задания программы обучения 1, блок задания параметров структуры 2, блок формирования изображения структуры 3, блок предъявления изображения структуры 4, выход которого подключен к одному из входов блока фиксации времени реакции 5 и входу блока ввода параметров структуры 6, подключенного выходами к другому входу блока фиксации времени реакции и к одному из входов блока идентификации структур и выявления ошибок 7, другой вход которого подключен к выходу блока задания параметров структуры, а выходы подключены к входу блока задания программы обучения и к одному из входов блока оценки обучаемого 8, другой вход которого подключен к выходу блока фиксации времени реакции, блок вычисления пространственного спектра изображения 9, подключенный выходом к одному из входов блока формирования характеристик пространственного спектра 10, соответствующие выходы которого подключены к входам блоков предъявления характеристик углового 11 и радиального 12 пространственных спектров, к другому входу блока формирования характеристик пространственного спектра подключен выход блока ввода параметров пространственного спектра 13, вход которого подключен к выходу блока предъявления изображения структуры, блок предъявления отфильтрованного изображения 14, блок цветовой фильтрации 15, блок ввода параметров цветовой фильтрации 16 и переключатель с замыкающим и размыкающим контактами 17, при этом блок цветовой фильтрации 15 выходом подключен к блоку предъявления отфильтрованного изображения 14, одним из входов - к выходу блока формирования изображения структуры 3, а другим - к выходу блока ввода параметров цветовой фильтрации 16, вход которого соединен с выходом блока предъявления изображения структуры, вход блока вычисления пространственного спектра через замыкающий контакт переключателя 17 подключен к выходу блока формирования изображения структуры, а через размыкающий контакт - к выходу блока цветовой фильтрации 15.
Блоки 1-13 выполнены так же, как и в основной заявке.
Блок предъявления отфильтрованного изображения 14 аналогичен блоку предъявления изображения структуры 4 и представляет собой видеоконтрольное устройство телевизионного типа.
Блок цветовой фильтрации 15 представляет собой дистанционно управляемый выключатель цветных видеосигналов, в качестве которого могут быть использованы, например, высокочастотные реле типа РЭВ-14, управляемые от блока ввода параметров цветовой фильтрации.
Блок ввода параметров цветовой фильтрации 16 аналогичен блоку ввода параметров пространственного спектра 13 и представляет собой клавишный пульт.
Переключатель 17 с замыкающим и размыкающим контактами представляет собой тумблер, например, типа ПГ-3.
Устройство обучения операторов распознаванию структур работает следующим образом. При замкнутом положении переключателя 17 устройство работает аналогично основному. При другом положении переключателя устройство работает следующим образом. В соответствии с программой обучения, заложенной в блок задания программы обучения 1, этот блок выдает команды блоку задания параметров структуры 2, который формирует описание структуры: количество элементов изображения, параметры размещения, формы и цвета элементов и т.п. Эти параметры структуры поступают на вход блока формирования структуры 3 для формирования цветного изображения структуры. Сформированное таким образом изображение поступает на вход блока предъявления изображения структуры 4 и на вход блока цветовой фильтрации 15. Блок предъявления изображения структуры выдает соответствующий сигнал на блок фиксации времени реакции оператора 5, а также на блок ввода параметров цветовой фильтрации 16, блок ввода параметров пространственного спектра 13 и блок ввода параметров структуры 6 для снятия блокировки, разрешая тем самым оператору использовать эти блоки для ввода данных. Блок цветовой фильтрации 15 позволяет пропускать на выход блока цветовой фильтрации любой из цветовых сигналов или любую их комбинацию. Отфильтрованное таким образом цветное изображение поступает на вход блока предъявления отфильтрованного изображения 14 для предъявления оператору и на вход блока вычисления пространственного спектра изображения 9. Блок вычисления пространственного спектра изображения по изображению структуры, переданному ему из блока цветовой фильтрации, вычисляет пространственный спектр отфильтрованного изображения, который подается на вход блока формирования характеристик углового и радиального пространственного спектров 10, и далее на входы блоков предъявления характеристик углового 11 и радиального 12 пространственных спектров.
Оператор в процессе анализа структуры цветного изображения, кроме изображения, предъявляемого ему блоком предъявления изображения структуры, использует отфильтрованное изображение структуры, предъявляемое ему блоком предъявления отфильтрованного изображения, а также характеристики углового и радиального пространственных спектров отфильтрованного изображения, предъявляемые ему блоками предъявления характеристик углового и радиального пространственных спектров. В процессе анализа изображения структуры оператор с помощью блока ввода параметров цветовой фильтрации 16 и блока ввода параметров пространственного спектра 13 может изменять параметры цветовой фильтрации, комбинируя разные сочетания цветов, и характеристики пространственного спектра.
После распознавания особенностей предъявленной структуры оператор посредством блока ввода параметров структуры 6, сообщает устройству обучения параметра распознанной структуры. Введенные оператором параметры передаются в блок идентификации структуры и выявления ошибок 7 для сравнения их с эталонными параметрами, получаемыми из блока задания параметров структуры. Кроме того, блок ввода параметров структуры выдает на блок фиксации времени реакции сигнал окончания отсчета и фиксации времени реакции оператора. Ошибка опознавания параметров структуры, выявленная в блоке идентификации структуры и выявления ошибок, и время реакции, измеренное блоком фиксации времени реакции оператора, накапливаются в блоке оценки обучаемого 8. Блок идентификации структуры и выявления ошибок также выдает сигнал в блок задания программы обучения для перехода к следующему этапу программы обучения.
Введение цвета позволяет повысить достоверность распознавания оператором структуры изображения, по сравнению с основным устройством, что, в свою очередь, повышает эффективность обучения оператора. В качестве примера обратимся к фиг.2. Граф структуры этого изображения может быть изображен в виде фиг.4а. Т.е. элементы изображения образуют одинаково ориентированные пары фиксированного размера и ориентации, причем пары образуют элементы разного цвета. Элементы одного цвета расположены случайно.
Рассмотрим более подробно процесс анализа оператором изображения, приведенного на фиг.2. Алгоритм поиска структуры данного изображения может выглядеть, например так, как показано на фиг.5. Оператору предъявляется исходное изображение (фиг.2), которое также через замкнутый контакт переключателя 17 поступает на блок вычисления пространственного спектра. Блок вычисления пространственного спектра анализирует это изображение как ахроматическое (фиг.3). В результате анализа изображения на этом этапе оператор приходит к выводу, что в изображении (фиг.2) есть пары точек, но у него остается неопределенность относительно истинной структуры изображения, связанная с выбором одного из 12 возможных вариантов структуры (см. фиг.4б), которые на данном этапе анализа изображения не различимы.
Далее оператор переводит переключатель 17 в другое положение. Теперь на вход блока вычисления пространственного спектра поступают сигналы только тех цветов, которые пропускает блок цветовой фильтрации. Одновременно оператору будет предъявляться отфильтрованное изображение. С помощью блока ввода параметров цветовой фильтрации 16 оператор отфильтровывает, например, элементы красного цвета. Таким образом на вход блока вычисления пространственного спектра и вход блока предъявления отфильтрованного изображения поступает сигнал красного цвета. В результате анализа изображения по его спектру оператор делает вывод о том, что элементы отфильтрованного (красного) цвета расположены случайно. Затем оператор отфильтровывает (по отдельности) элементы зеленого и черного цветов и также делает вывод о том, что элементы зеленого цвета расположены случайно и элементы черного цвета расположены случайно. Далее оператор с помощью блока ввода параметров цветовой фильтрации отфильтровывает пары цветов, например, черный и красный. Анализируя данное отфильтрованное изображение по его спектру, оператор делает вывод о том, что есть пары элементов. Отфильтровав красный и зеленый цвета и проанализировав данное изображение, оператор также делает вывод о том, что есть пары элементов. И наконец, отфильтровав зеленый и черный цвета и проанализировав полученное изображение, оператор делает вывод о том, что элементы расположены случайно и пар нет.
В результате проведенного анализа оператор может сделать вывод о том, что исходное изображение (фиг.2) представляет собой одинаково ориентированные пары фиксированного размера, причем пары образуются как элементами красного и черного цветов, так и элементами красного и зеленого цветов.
Таким образом, данный пример показывает необходимость введения операции цветовой фильтрации в дополнение к операциям получения углового и радиального пространственных спектров, что позволяет повысить достоверность распознавания точечных структур цветных изображений.
Формула изобретения
Устройство для обучения операторов распознаванию структур по авт.св. №1840632, отличающееся тем, что, с целью обеспечения возможности распознавания оператором структур цветных изображений с дальними корреляционными связями, в него дополнительно введены блок предъявления отфильтрованного изображения, блок цветовой фильтрации, блок ввода параметров цветовой фильтрации и переключатель с замыкающим и размыкающим контактами, при этом первый вход блока цветовой фильтрации подключен к выходу блока формирования изображения структуры, выход блока цветовой фильтрации подключен к входу блока предъявления отфильтрованного изображения, причем вход блока вычисления пространственного спектра изображения через замыкающий контакт переключателя подключен к выходу блока формирования структуры, а через размыкающий контакт - к выходу блока цветовой фильтрации.
РИСУНКИ
