Устройство для распознавания образов

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К: АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (11) 3778 26

Союз Советских

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву

2 (51) М, Кл, (22) Заявлено 06 08.70 (21)1467296/18-24

G 06 К 9/00 с присоединением заявки № (23) Приоритет (43) Опубликовано05.10.77. Бюллетень ¹3 (45) Дата опубликования описания 09.11-77

Гасударственный комитет

Совета Министров СССР но делам иэооретений и открытий (53) УДК621.391. . 19 (088. 8) (72) Автор изобретения

H. Г. Горбушин

Научно-исследовательский институт медицинской радт ологии

АМН СССР (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ РАСПОЗНАВАНИЯ ОБРАЗОВ

Изобретение относится к устройствам для распознавания образов, а именно к устройствам для исследования статических и динамгческих параметров объектов и систем, заключенных внутри какой-либо непрозрачной среды.

Известен целый ряд макетов, устройств и систем, способных распознавать изображение букв и цифр непосредственно с первичного документа и преобразовывать их к виду,,О удобному для ввода в ЭВМ. В этих устройствах широко используются оптические, элек-

Ф тронно-лучевые приборы, фотоэлектронные и различные фототелеграфные устройства.

Общая особенность известных устройств заключается в их способности воспринимать и распознавать только видимые фигуры и изображения, находящиеся в видимом потоке излучения.

При этом следует учитывать тот факт, 20 что положительный эффект восприятия наблюдается только в том случае, когда фигура остается в неподвижном состоянии, Разнообразное исследование статических и динамических параметров объектов и сис- 25 тем, эаключенных внутри какои-либо непрозрачной среды, ставит новые задачи перед измерительной техникой. Некоторые из них заключаются в необходимости создания рас«« познающих систем, которые способны воспринимать изображения (образы) в невиднмых потоках излучения и распознавать их.

К таким задача;4 относятся, например, распознавание распределения и текучести жидких и сыпучих материалов, находящихся в геометрически закрытом непрозрачном сосуде, или распознавание функционального состояния органов в живом организме. В настоящее время разработаны устройства, с помощью которых исследователю представляется возможным произвести распознавание функционального состояния и структурных составляющих,компонент органа или системы, находящихся внутри организма. В этом случае носителем информации является иониэн.рующее излучение, интенсивность которого изменяется в зависимости от характера процессов, происходящих в распознаваемом объекте. При этом образ объекта представляет собой набор временных сигналов с реубог.

J цепторов, регистрирующих динамику изменения процесса в локальной зоне (точке) объек-. та. Анализ таких сигналов обычно произво-, дится численными методами с применением цифровых вычиспительнъ1х машин или специа- 5 ализированных систем для автоматического поиска коэффициента линейных дифференциальных уравнений и систем для автоматического выделения и измерения составляющих .компонент наблюдаемого процесса.

Перечисленные устройства позволяют производить только однопараметрическое распознавание объекта, например распознавание функционального состояния миокарда ипи процессов гемодинамики раздельно друг от друга.

Такое представление данных является недостаточным, например, дпя более правипьной оценки состояния сердечно-сосудистой системы в цепом или для распознавания взаимодействия лимфатической и кровеносной системы.

Эти недостатки могут быть устранены только при многопараметрическом распознавании динамических процессов различной при-у, роды, происходящих в одном и том же объекте, в одно и то же время, с помощью пред1 лагаемого устройства (системы, для распознавания образов на основе одновременного использования необходимого числа изпучате» gp лей с различными энергиями.

11елью изобретения является повышение достоверности резупьтатов рентгенорадиологической диагностики.

Цепь достигается тем, что устройство содержит блоки формирования признаков энергий изпучения, подключенные своими входами к выходам бпоков усиления, а выходами

> через последовательно соединенные блоки контроля признаков энергии излучения и бпо-40 ки формирования функций - к соответствующим входам блоков хранения экспериментальных функций, блок выбора функций, sxoды которого подключены к выходам блоков хранения экспериментальных, функций, а выходы — к соответствующим входам бпоков хранения экспериментапьных функций и входу бпока автоматического поиска коэффициентов. Входы блока распределения параметров связаны с выходами блока автоматического 50 поиска коэффициентов, а выход - со входом блока оценки и принятия решения, один из выходов которого подключен к управляющему входу блока выбора функций, Кроме того, цель достигается особым выполнением 55 некоторых блоков устройства.

На фиг. 1 представпена функционапьная блок-схема устройства; на фиг. 2 — принципиальная электрическая схема некоторых бпоков. 6О

В предложенном устройстве к полю рецепторов 1, составленному, например, из матрицы фотоэпектронных умножителей 2 (см. фиг.2) с детекторами (кристаллами) 3, чувствитепьными к и онизирующему изпучению И, и делителя напряжения 4, через усилители 5 подключены блоки 6 и 7, соответственно формирования и контроля признака энергии излучения, к выходам которых через блоки 8 и

8 формирования функций присоединены и блоки 9 и 9 хранения экспериментальных в ГГ функций. Блоки хранения экспериментальных функций через блок 10 выбора функций соединены с суммирующим узлом 11 определения ошибки блока 12 автоматического поиска коэффициентов уравнений, а выходы узлов постоянных коэффициентов 13 одновременно соединены с выходами суммирующих усилителей 14 и с входами блока 15 распределения параметров, выход которого соединен с управляемым входом блока 10 выбора функции через блок 16 оценки параметров и принятия решения. Выходом блока оценки параметров и принятия решения является, например, либо указывающее табпо, пибо сигнал, который передается в систему управления технологическим процессом, либо выбора новой функции и т.п, Используемая система автоматического поиска коэффициентов уравнений (САПК) блок 12 включает в себя схему решения дифференциального уравнения, состоящую из интегратора 17, сумматора 18, интегратора 19 и усилителей 14 с множительными звеньями 20 в цепях обратных связей. Ñõåма формировании критерия совпадения решения дифференциального уравнения с экспериментапьной функцией состоит из узла 11, функционального преобразователя 21 и интегратора 22. Блок 12 содержит также многоканальный автоматический оптимизатор 23, B принципиальной электрической схеме (см. фиг. 2) устройства дпя получения высокого входного сопротивления усилителя входной каскад выполнен на полевом транзисторе Т . Для повышения быстродействия разработаны формирователи признаков энергии излучения на туннельных диодах TL! и

ТД с повышающими трансформаторами Тр

4 и Тр во вторичных обмотках которых вклк чены QC -цепочки. Схемы контроля признаков выполнены на принципе счета импуль1 сов и состоят из последовательно соединенных цепочек из стабилитрона Д и туннель1 ных диодов ТД и ТД„и стабипитрона Д и т 2 туннельных диодов ТД -ТД параплепьно

5 8 которым подключены транзисторы Т и Т

2 Ъ возврата с совокупности с цепочкой из диодов Д и Д конденсатора С и резистора

А< со схемами задержки на резисторах

377 826 е чения квадратичного критерия качества, Величина критерия . Я в виде напряжения подается на вход оптимизатора 23, управляющего множительными звеньями 20. Изменение коэффициентов в цепях обратных связей производится автоматически по их начальным значениям и напряжениям каналов оптими» затора до момента, соответствующего минимальной величине критерия. В момент .достижения минимума критерия оптимизатор выра- щ батывает сигнал для разрешения ввода и построения распределения параметров в блоке 15. Параметрами в данном случае являются коэффициенты дифференциального уравнения. Блок 16 оценки параметра и приня- д тия решения на основании сигналов и распределении параметров и функционального критерия качества процесса, например, установленного оператором или выработанного автоматически по имеющимся статическим 0 данным о процессах, вырабатывает управляющий сигнал либо для управления, например, технологическим процессом, либо о представлении результата, либо о выборе новой функции и т.п. 25

Экспериментальная проверка отдельных узлов изобретения показала, что количество наблюдаемых процессов ограничивается чувствительностью устройств формирования приэ. наков. Блоки формирования, контропя призна-30 ка энергии излучателя, а также блоки фор-. мирования функции являются идентичными, при этом управпение запретом прохождения сигналов от последовательности квантов одной энергии в последовательность or npy- 35 гих энергий удобнее осуществлять последовательно в соответствии с убыванием используемых энергий.

Формула изобретения

1. Устройство дпя распозначания образов, содержащее последовательно соединенные детекторы, чувствительные к ионизируюшему 45 излучению, и блоки усиления, блок автомати- ческого поиска коэффициентов и блок оценки и принятия решения, î r л и ч а ю ш ее с я тем, что, с целью повышения достоверности результатов рентгенорадиологичес- 50 кой диагностики, оно содержит блоки формирования признаков энергий излучения, подключенные своими входами к выходам блоков усиления, а выходами через последовательно соединенные блоки контроля признаков энер- 55 гии излучения и блохи формирования функцийк соответствующим входам блоков хранения экспериментальных функций, блох выбора функций, входы которого подключены х вы -, ходам блоков хранения экспериментальных 60 функций, а выходы — к соответствующим входам блоков хранения экспериментальных функций и входу блока автоматического поиска коэффициентов, и блок распределения параметров, входы которого связаны с выходами блока автоматического поиска коэффициентов, а выход - со входом блока оценки и принятие решения, один из выходов которого подключен к управляющему входу блока выбора функций.

2. Устройство по п. 1, о т л и ч а юш е е с я тем, что в нем блок формирова« ния признаков энергии излучения содержит эмиттерный повторитель, база которого связана со входом блока, катодом туннельного диода и через первичную обмотку повышающего трансформатора — со средней точкой резисторного делителя напряжений, анод туннельного диода соединен с обшей шиной источника питания, а вторичная обмотка трансформатора замкнута на последовательно соединенные резистор и конденсатор, образуя R С-контур.

3. Устройство по пп. 1 и 2, о т л и —. ч а ю ш е е с я тем, что блок контроля признаков энергии излучения содержит цепочку из последовательно соединенных двух туннельных диодов и встречно включенного стабилитрона и резистора, причем общая точка двух туннельных диодов через параллельную цепочку иэ резистора и конденсатора подключена к катоду третьего туннельного диода, резистору и к базе транзистора, эмиттер которого соединен с общей ши- ной источ лка питания, а коллектор его-к обшей точке резистора и стабилитрона и к базе другого транзистора, коллектор которого через резистор связан с отрицательной шиной питания, через последовательную цепочку из конденсатора и резистора — с выходом блока. и через последовательную цепочку из конденсатора и резистора - с обшей шиной источника питания.

4. Устройство по пп. 1 — 3, о т и ич а ю щ е е с я тем, что блок формирования функций содержит схему формирования стандартного импульса, выполненную на транзисторе, эмиттер которого подключен к обшей шине источника питания, база — ко входу блока, х катоду туннельного диода, анодом подключенного к общей шине источника питания, и через обмотку дросселя — к средней точке резисторного делителя напряжения, коллектор транзистора через первичную обмотку трансформатора и резистор— к отрицательной шине источника питания, вторичная обмотка трансформатора одним концом подключена к отрицательной шине питания, а другим концом через резистор - к эмиттеру другого. транзистора, 377 826 д ия конденсаторе С и туннельном диоде

Т О и, соответственно, на резисторах М4 иР конденсаторе С5и туннельном диоде

ТД1о, а также схемами запрета на траи» зисторвх Т вЂ” Т, туннельном диоде ТД, трансформаторе Тр, конденсаторе С„и диоде Д, конденсаторе С,, резис ор Я и виоле» Л ч и Бк . Блоки формироилиии арик ции состоят из схемы получения стандарт» ного по амплитуде и длительности импульса щ и схемы интегрирования. Схемы получения стандартного по амппитуде и длительности импульса выполнены на туннельном диоде

ТД, (TQ, ), транзисторе Т6(Т9) и трано форматоре Тр4(Тр5), а схемы интегриро- 15 вания составлены иэ генераторов тока на транзисторах Т и Т и усилителей постояного тока на транзисторах Т вЂ” Т,„и Т » Т,. с RC - цепочкой в качестве отрицательной обратной связи, 20

Принцип действия предлагаемого изобре-, тения эакпючается в том, что ионизирующее излучение И, модупируемое динамическими ипи кинематическими процессами исследуемого объекта, направляют на ноле рецепторов

1. В результате взаимодействия каждого кванта излучения с кристаппом образуется световая вспышка, которая на выходе фотоумножителя 2 преобразуется в электрический сигнал, снимаемый с сопротивления 30 нагрузки.Мн. Этот сигнал усиливается усипитепем 5 и через цепочки Р С и Р С

6 5 7 6 передается в блоки 6 формирования признаков энергии излучения . Одним из примеров признака является преобразование амппи-35 туды сигнала в число импульсов. Эта операция осуществляется на туннепьных диодах

ТД и ТД2,,которые с помощью резистоpoâ R> R< и Р, Р настроены в ждущий режим и при поступлении сигнала переходят в 40 возбужденное состояние. Напичир контура, образованного вторичной обмоткой трансформатора Тр Р <С7 и Тр2Р, С8, позволяет получить регулируемые дпитепьности серии импульсов, которые через эмиттерные пов- 45 торитепи на транзисторах Т и Т передают-"

Щ 39 ся в блоки 7 контропя призйаков энергии излучения. Дпитепьности серии импульсов настраиваются в зависимости от величины энергии излучателей, например, дпя большей 50 иэ двух энергий формируется более короткая серия импульсов, которая, через цепочку.

g„C поступает на пересчетную схему на туннепьных диодах ТД4, TQ>, и ТД и транзисторах Т2и Т2ои epee ЧоРадпя формиро" 55 вания сигнала запрета, который с помощью цепочки С4Д5Р, прерывает формирование сигнала (серии имйупьсов) от .кванта большей энергии, а с помощью транзистора Т закрывает его прохождение в канал сигналов от 60

6 квантов меньшей энергиие При етом после чроверки сигнала от квантов большей энергия на транзисторе Т вырабатываются импульсы, которые через цепочку Р,. С> передаются в блок 8 формирования функций, а через цепочку Р, С,Д4 передается на транзистор Т> дпя возврата в исходное состояние блоха контроля признаков от квантов меньшей энергии. В случае попадания кван-, та малой энергии возбуждается только туннепьный диод ТД, и серия импупьсов »leper

РВС,поступает дпя контроля на пересчетную схему на туннельных диодах ТД5, ТД и

ТД,, задерживающую цепочку Р С,, диод

Д, транзистор Т>, та затем без зайрета

И через цепочку Cf57476Òð T в блок 8 формирования функций. Поспе проверки сиг напы поступают в блоки 8 и 8 формироваII ния функций через цепочки Р, Сии Р, С 4, где они запускают туннепьные диоды ТД2и ТД З с помощью которых формируются стандартные импульсы по длительности, а затем с помощью схем на транзисторе Та и трансформаторе Тр4 транзисторе Т и трансформаторе

Тр - по амплитуде, причем параметры импульсов блока 8 формирования функций могут отличаться от параметров импульсов бпс /Г ка 8 формирования функций. Стандартные импульсы через вторичную обмотку трансформатора Тр4, резистор Я2о, трансформатор

Тр> и резйстор g2I постуйают на интеграторы, параметры элементов которых Р С 5 и

Р С оцредепяются требованиями распозна2Ь ваемых динамических процессов. Сигналы с выходов интеграторов в виде потенциалов напряжения, распределенных во времени, передаются в блоки 9 и 9 хранения экспеи римент альных функций, откуда п о коман де, вырабатываемой бпоком 10 выбора функций, происходит извпечение и передача требуемой функции дпя сравнения в суммирующем узле

11 с теоретической функцией. Теоретическое значение функции получено в виде решения дифференциального уравнения на интеграторе

17, сумматоре 18„усипитепях 14 с множительными звеньями и на узлах постоянных коэффициентов при некоторых начальных значениях коэффициентов. Суммирующий узел

11 вырабатывает разность сигналов, которая поступает в бпок формирования модуля, а затем на интегратор 22. С выхода интегреторе оиимеетои вели»иве Q = (» (Ц-»()f/ где Х (Ц вЂ” экспериментальная функция, а

Х(7) - теоретическая функция, являвшаяся критерием совпадения теоретической и экспериментальной функции. При уточнении ре-. зультатов поиска значений коэффициентов в заранее известном узком диапазоне используют квадратор, подкпюченный между интег ратором 22 и оптимизатором 23, дпя попу377826

10 база которого подключена к отрицательной шине источника питания, а коллектор - ко входу усилителя постоянного тоха, содержашего сдвоенный полевой транзистор, ис- ток которого подключен.к положительной шине источниха питания, сток - через резистор-к отрицательной шине питания и х базе. транзистора второго касхада, а затвор - ко входу блока, через конденсатор « к обуцей шине источника питания, причем емиттер щ транзистора второго каскада усилителя подключен к средней точке резисторного делителя напряжения, а коллектор через резис тор - х отрицательной шине источника питания и к базе транзистора третьего каскада, змиттер которого связан через резистор с отрицательной шиной источника питания и через диод с обшей шиной источника питания, а коллектор подключен к выходу блока, через потенциометр - х положительной шине источника питания, причем движок потенциометра через цепочку параллельно соединенных резистора и конденсатора подключен к затвору сдвоенного полевого транзистора.

377826

Ч

I

I

1

t

1

1 .I !

I

I !

1 сч

hj

1 .61I

l !

1

1

1

I

ЦНИИПИ Заказ 4097/45 Тирык 818 Подписное

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4