Устройство для классификации объектов по п признакал\

 

On И СЛi4%+

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ

Союз Советских

Социалистических

Республик

Зависимый от патента №

M Кл. б 061! 9 00

Заявлено 02Х1.1969 (№ 1336351/18-24) Приоритет 28.XI.1968 № Р1811420.0, ФРГ

Опубликовано 05Х1!.1973. Бюллетень ¹ 29

Государственный комитет

Совета Министров СССР оо делам иэооретений и открытий

УДК 621.391.! 9(088.8) Дата опубликования описания 21.XI 1973

Автор изобретения и заявитель

Иностранец

Артур Клемт (Федеративная Республика Германии) УСТРОЙСТВО ДЛЯ КЛАССИФИКАЦИИ ОБЪЕКТОВ

ПО и ПРИЗНАКАМ

В многочисленных областях техники и н ауки зачастую необходимо определить при помощи машины принадлежность к тому или иному классу предъявленных объектов, отличающихся рядом признаков, которые могут быть отнесены к и классам.

На пример, выявление цифр и букв, сортировка предметов по определенной форме, сортировка электрических узлов, на пример транзисторов, по определенным классам качества, оценка фотоматериала, оценка медицинских данных для диагноза, расшифровка графиков и т. д.

Относительно трудная задача возникает при классификации стандартных знаков, местоположение которых твердо задано, например цифры, отпечатанные пишущей машинкой в заданных, полях (десяти классов цифр О, 1, ...9). Кроме того, из-за сложных форм подл ежащих различению знаков для классификации требуется большее число признаков. Однако задача в этом случае относительно проста, так как цифры одного класса всегда имеют одну и ту же форму.

Значительно сложнее задачи по классификации, когда наряду с большим числом классов и сложностью выявляемых фигур значительны дополнительные колебания представителей в одном кл ассе, например опознание рукописных цифр.

При опознавании рукописных цифр они классифицируются в 10 классах (и = 10), а именно в классах цифр 0...9. Подлежащие опознанию представители, т. е. индивидуальные формы выполнения отдельных цифр, характеризуются большим числом признаков, так как почерк у разных людей различен.

До того как перейти к описанию известных методов опознания рукописных цифр, должен

10 быть пояснен на основе фиг. 1 и 2 принцип классификации и трудности, возникающие при опознании рукописHblx цифр.

На фиг. 1 изображена обобщенная функцион альная схема устройства; на фиг. 2 — нахождение корреляций и тем самым геометрических взаимосвязей на примере цифр «1» и «7».

Устройство для классификации содержит преобразующее устройство 1, в котором применяемые для классификации физические ве20 личины (в данном случае чернота, выделяющаяся на светлом фоне, на котором написаны цифры) преобразуются в электрические значения. Последние обрабатываются в устройстве

2 таким образом, что их можно сравнивать с величинами, накопленными в запоминающем устройстве (ЗУ) 8. Эти величины получают путем применения «процесса обучения» с использованием значительного числа известных представителей, подлежащих разделению на

30 классы, в да: ном случае большого числа проб

389671 свойства цифр, пригодные для различения классов.

В качестве примера поясняется опознавание и различение цифр 1 и 7 (фиг, 2), Если для зондирования подлежащих опознаванию цифр применяют растровый метод, то в качестве первоначальных призн аков используются величины яркости растровых полей заданного разбиения поля изображения (в данном при10 мере растрирования с 4р,б = 24 растровыми полями). Эти первоначальные признаки независимы один от другого, это значит, что при каком-либо задBHiHOM распределении яркости нельзя определять величину яркости одного

15 или нескольких других растровых полей, основываясь на величине яркости одного растрового поля. Если же фигуры на поле изображения относятся к одному оцределенному классу (в избранном примере это классы цифры 1

20 или цифры 7), то величин ы яркости растровых полей значительно коррелированы, причем корреляция для этих двух различных классов также различна (корреляции соответствуют геометрическим свойствам этих цифр). У цифры 1 на правой кромке изображения (принято, что цифра находится в нормальном положении, в котором она соприкасается с правой кромкой изображения) вертикально или примерно вертикально, последовательно располо30 женные растровые поля сильно коррелированы.

Это значит, что они обладают примерно одинаковой ярко тью. В р,авной мере,растровые поля соответствующей косой линии цифры

1 имеют примерно ту же яркость. В то время как в цифре 7 растровые поля, расположенные у верхней кромки последовательно горизон тально, сильно коррелированы, за исключением тех, что проходят с правого верхнего

0 угла и до самого низа, в ра зной мере как и между зачерненными полями имеют место сильные корреляции между полями, на которых не производится запись, и благодаря этому светлыми полями, а также между полями, 5 на которых производится запись, т. е. зачерпенными полями с одной стороны и большей частью светлыми полями, на которых запись не производится, с другой стороны. Например, в цифре 1 между полями в левом верхнем углу

0 (на которых нет записи) и полями в правом нижнем углу (записанными), а в цифре 7 между полями в левом верхнем углу (с записью) и пол ями в правом нижнем углу (без записи).

Это как раз те корреляции, которые исполь5 зует человеческий глаз и мозг при опознавании зн аков, а не сами по себе отдельные признаки. В примере с цифрами 1 и 7 правильное опознавание рукописных цифр 1 и 7 только на основе отдельных признаков, т. е. без учета

0 корреляций, проблематично .или невозможно.

На фиг. 2, а и 2, б,показаны «стандартные экземпляры» цифр 1 и 7. Штрих-лин ии представляют собой определяемые в «процессе обучения» граничные кривые, до которых доходит почернение в написанных от руки цифрах. почерков, характерных для отдельных классов.

Обрабатывающее устройство 2 и ЗУ 8 могут быть объединены в одном электрическом контуре или схеме. В сравнивающем устройстве

4 электрические величины, поступающие из обрабатывающего устройства 2, например обычные напряжения (в некоторых случаях токи), сравниваются со значениями, накопленными в ЗУ 8 и на основе этого сравнения определяют принадлежность к классам.

Для классификации рукописных цифр (если не найдены дополнительные средства), в ЗУ 3 накапливаются для каждого класса в отдельности значения признаков такого большого числа представителей, что классы могут быть хорошо описаны найденным выбором их представителей. Это означает, что в данном случае следует запоминать практически все возможные формы рукописных цифр ст О до 9. Если для различия классов используются и признаков, то для каждой формы запоминаемых цифр запоминаются также значения признаков. При обнаружении незнакомого знака сравнивают.все накопленные значения признаков, различных во всех классах, с значениями признаков н езнакомых знаков.

Однако при необходимой емкости запоминания и затратах на,коммутацию схемы в процессе сравнения решение этой задачи может быть невозможно при существующем уровне техники.

Для описания классов путем накопления всех возможных представителей распознаваемых объектов и для исключения неоправданных затрат, накапливают вместо отдельных представителей средние значения их признаков, применяемых для различения, вместе с

«функциями, расстояния» и используют их для оценки отклонений от средних значений.

Обычно «функции расстояния» представляют 4 собой данные об интервалах, в пределах которых должны находиться значения признаков для отдельных классов. Интервалы, т. е. отклонен ия от средних значений, могут быть получены таким образом, что подлежащие про- 4 чтению цифры не удерживают во время зондирования в постоянном положении, а смещают их в определенном интервале относительно среднего положения.

Для каждого класса н еобходимо запоминать только 2п значений для каждого из и признаков, т. е. верхнюю и нижнюю границу интервал а. Таким образом, запоминается значительно меньше величьи, чем до сих пор. Однако это не улучшает разрешающей способности и 5 н е снижает технические затраты для осуществления такого способа. Возможность улучшения разрешающей способности и снижение технических затрат могут быть достигнуты, если в обрабатывающем устройстве 2 созда- 6 вать новые .признаки путем образования комбинаций признаков, полученных выделением из первоначальных признаков, выдаваемых преобразующим устройством 1, и если эти новые признаки воспроизводят характерные 6

389671

Естественно, что почернение вблизи от граничных кривых значительно слабее, чем в пределах самой цифры, однако они существуют.

Фиг. 2, в и 2, г показывают возможное написание в пределах граничных кривых цифры 1, цифры, на которую мы бесспорно должны реагировать как на цифру 7, à r,:>пределах граничных кривых цифры 7 можно написать цифру, которая будет представляться .в виде цифры 1.

Это значит, что,рукописная цифра 1 может иметь те >Ке призн аки, что и цифра 7, написанная от руки другим человеком, а также наоборот, но с меньшей вероятностью. Правильно различаются эти,цифры толь ко с учетом различных корреляций отдельных признаков.

Для опознавания принадлежности к классам с сильно отличающимися представителями необходимо н ахождение соответствующим образом корреляций и тем самым геометрических взаимосвязей представителей, подлежащих классификации, при условии, что для этого не потребуются неоправданные затраты на запоминающее и сравнительное устройства.

Известные устройства для классификации рукописных цифр, обеспечивающие нахождение геометрической взаимосвязи цифр, в которых допускаются достаточно большие колебан ия представителей, работают по принципу контурного слежения. При этом управляемый фотоэлементами и управлгпощей схемой световой луч перемещается вдоль распознаваемых рукописных цифр, Световой луч автоматически прослеживает контур цифр и из налравления этого луча отбираются признаки опознаваемых цифр, величины которых сравниваются с накопленными величинами.

При таком слежении по контуру возможна классификация и при значительных колебаниях представителей одного класса или при значительном различии мжду внешне одинаковыми представителями различных классов, так как с одной стороны внешне значительно различные представители одного и того же класса (например, цифры 1) дают сильно совпадающие признаки, в то время как представители другого класса (например, цифры 7), особенно, когда имеет место большое подобие их отдельных признаков с отдельными признаками другого класса (цифра 1), выделяют значительно отличающиеся признаки.

Однако устройства, основанные на принципе контурного сле>кения, требуют больших технических затрат, так как управление слежением

:и устройства для сравнения выделенных признаков очень сложны. Кроме того, эти устройства чувствительны к нарушениям (прерываниям) контура.

Цель изобретения — уменьшить тсхнические затраты и повысить надежность устройства для классификации объектов по и признакам, величины которых подвергаются значительным колебаниям и которые представлены в виде п электрических величин. При этом каждой из и электрических величин отводят два пропор20

65 циопальных им противофазных электрических напря>кения, которые подводят к и .;и огополюсникам на резисторах для каждого подлежащего индентификации класса, а в этих многополюсниках путем образования комбинаций признаков получают выделенные признаки.

Причем величина отдельных сопротивлений многополюсников подобрана в соответствии с данными « процесса обучения» так, что выделенные признаки независимы один от другого и колебания их значений минимальны для представителей соответствующих классов, применяемых в «процессе обучения», и эти сопротивлен ия определяют, что значения выделенных признаков находятся в пределах границ, выявленных в «процессе обучения».

Предложено устройство, отличающееся от известных тем, что оно содержит и источников противофазных напряжений, входы KQTopbIx подключены к выходам преобразователей физических параметров в электрические сигналы, и п резистор ных многополюсников, соответствующие входы которых подключены к выходам источников противофазных напряжений, а выходы — ко входам логической схемы. Каждый многополюсник состоит из и комбинирующих резисторов, одни выводы которых объединены в общую точку, соединенную с выходом многополюспика, а вторые подключены к соответствующим входам многополюсника.

Б каждом многополюснике общая точка, с которой соединены одни пз выводов комбинирующих резисторов и один вывод суммирующего .резистора, соединена через дополнительный резистор с одним из полюсов дополн ительного источника напря>кения, второй полюс которого соединен со всеми взаимосоединенными полюсами всех источников противофазных напряжений. Причем дополнительные резистор и источник напряжения подобраны так, что напряжения, возникающие в суммирующих резисторах, отклоняются от нуля для представител ей соответствующих классов, используемых при обучении.

Дополнительный источник напряжения может быть выполнен в виде источника постоянного или .переменного тока.

Кроме того, источники противофазных напряжений могут быть выполнены в виде источников перемен ного тока, изменяющегося во времени с частотой, преимущественно боль- шей, чем 1000 периодов в секунду.

Если отводят напряжение дополнительного ,источника от п IfIpoTèâîôàçHûõ напряжений (например, путем суммирования), то почти полностью исключается влияние абсолютной величины признаков, используемых для классификации, например почернений, и влияние возможных колебаний питающих напряжений.

При использовании изобретения можно в случае опознавания геометрических форм, например рукописных цифр, получать применяемые для классификации электрические величины,в соответствии с растровым методом, 389671

В предложенном устройстве из преобразованных в электрические величины признаков, предназначенных для опознавания объектов, образуется максимально возможное число независимых комбинаций. Это число комбинаций равно числу признаков при зондировании представителей в соответствии с растровым методом, т, е. равно числу растровых полей. Значения комбинаций образуют новые выделенные признаки. Для классификации рукописных цифр достаточно применить 24 растровых деления (может быть использован более мелкий растр) .

Комбинации о пределяются так, что они независимы одна от другой и колебания их значений оказываются минимальными в «процессе обучения» применяемых представителей соответствующих классов.

Этот вид определения обуславливает последующую проверку отдельных комоинаций с точки зрения наличия корреляций, которые определяются в «процессе обучения» и которые описывают геометрические взаимосвязи подлежащих опознанию фигур. ,На основе того, что колебания значений сводятся к минимуму, значительно улучшается разрешающая способность. Вследствие этого возможно обходиться при относительно небольшом числе .выделенных признаков небольшим числом растровых полей и допускаются неизбежчые в рукописи колебания первоначальных признаков.

Образование комбинаций производится при помощи электрических сопротивлений. При счетном определении комбинаций и тем самым величин сопротивлений образование комбинаций происходит как с .положительной, так и с отрицательными величинами сопротивлений.

Но так как отрицательных пассивных сопротивлений нет, то необходимо получить из и электрических величин пропорциональные им как положительные -+-У,, ..., +У„, так и отрицательные — U>, ..., — U„— напряжения ил и протифазные напряжения U>, ..., U u

Ug,..., Un.

На фиг. З.изображена схема многополюсников на резисторах для,одного класса.

На фиг. 4 изображен растр с 4 Р, 6 = 24 растровыми полями, используемый для опознания и классификации рукописных цифр; на фиг. 5 — вариант блок-схемы устройства для опознавания рукописных цифр.

На фиг. 6 изображены 25 образцов рукописной цифры 1, которые перерабатываются в соответствии с приведенным ниже примером.

В преобразователе известного типа лолучают из каждой из и электрических величин, приданных и признакам подлежащих классификации объектов, два противофазных напряжения U, Уь U, Ug ..., U, К(см. фиг. 3).

Эти напряжения могут быть также,постоянными напряжениями, в этом случае U, ..., U

1 положительны, а Уь..., U„— отрицательны.

При классификации рукописных цифр элек5

8 трические величины соответствуют почернециям отдельных растровых полей (на пример, полей 1 — 24 на фиг. G), Г

Напряжения U, — U„è U — Uii преобразуются в параллельно включенных многополюсниках N< — Л „, причем для каждого класса имеется п многополюсников. Целесообразно, чтобы число многополюсников было равно числу электрических величин (в данном случае числу растровых полей). В случае, когда подлехкащие классифи(кации объекты отличаются один от другого и полностью исключено появление знаков, не относящихся к какому-либо классу, может быть испол ьзовано небольшое число многополюсников.

На фиг. 3 изображены много полюсники для одного класса. Многополюсники для других классов выполняются аналогично, и на все

f подаются напряжения U< — U и U> — У„.

Таким образом, для каждого класса имеются параллельного включенные многополюсники

N — N, и каждый из них содержит и отдельных резисторов (обозначены как комбинации резисторов). Многополюсник NI содержит комбинацию резисторов R>, — R>,„, многополюсник N> — комбинации резисторов

NÄ Ä— комбинации резисторов

Если при расчете комбинации резисторов сопротивления положительны, то на них подаются соответствующие напряжения U — U„, если отрицательны, то на них подаются напряжения U> — U„. Каждый многополюсник содержит суммирующий резистор. Многополюсник

Ь содержит суммирующий резистор Ri и т. д.

Величины комбинирующих,резисторов R>,i—

R, более подробно определяются в «процессе обучения». Комбинирующие резисторы представляют собой запоминающие элементы для признаков, характеризующих отдельные классы.

В каждом многополюснике одни выводы всех комбинирующих резисторов соединены с одним выводом приданных суммирующих резисторов и сходятся в общих точках А,— А„.

В каждом мпогополюснике второй вывод суммирующих резисторов связан с одним полюсом всех источников .противофазных напряжений

U< — У„и У вЂ” U,. Вторые выводы комбини,рующих резисторов каждого многополюсника

N — У„соединены с каждым вторым полюсом источников противофазных п электрических напряжений U — U и U> — U. Таким образом, комбинирующий резистор R,> многополlocHIHKa N соединен со вторым полюсом источника напряжения U> или U, комбинирующий .резистор Яь2 — со вторым полюсом источника напряжения U> или U> и т. д. в следующей взаимосвязи: комбинирующий,резистор Яд, (k — комбинирующий резистор в

i-ом многополюсни ке) соединен с источником напряжения У „если расчет согласно «процессу обучения» показал, что k-й комбинирующий резистор i-го многополюсни ка положителен, если, наоборот, расчет показывает, что k-й

389671,10 комбинирующнй резистор т-го многополюсника отрицателен, то соединение происходит с,ucf точником цапря>кения Up.

Ко>тбинирующие резисторы всех многополюсников рассчитывают для ка>кдого класса в соответствии с данными «процесса обучения», а затем измеряют так, что напряжения, возникающие на суммирующих резисторах

Ri — R, независимы одно от другого и кол ебания их для представителей соответствующих классов, примен яемьтх в «процессе обучения», минимальны.

В схеме, изображенной на фиг. 3, все многополюсники Nj — Лт„одного класса объединены и содержат и раз столько комбинирующих резисторов R,т — R„„,„, сколько имеется признаков, и в каждом многополюснике Лтт — N„ имеется комбинируюший резистор для одного

t / из напря>кений Ui — U или Ui — U„. Если различия между подлежащими классификации представителями достаточно велики (т. е. для их рязличеттия требуется меньше признаков), то может быть применено меньшее число комбинирующих резисторов R>,т — R,.

В каждом многополюснике происходит на основе измерения комбинирующего резистора автоматическое сравнение поступающих значений объектов, .подлежащих классификации, со значениями в форме накопленных величин сопротивлений комбинирующих резисторов, например в т-ом мттогополюстти ке, благодаря тому, что определяется будут ли напряжения

U> — U или U> — U, приложенные к резисторам R.:,i — R;, è отличающие наличие признаков классифицируемых объектов, создавать в суммирующем резисторе R, ток, который находится в пределах, определенных «процессом обучения». Токи в суммирующих резисторах

R — Л„являтотся мерой для значений выделенных признаков. Если эти токи остаются в заданных пределах в каждом много полюснике одного класса, то данный объект относится к этому классу и принадлежность к классу положительно определ яется в последующей схеме.

При этом целесообразно использовать не токи, протекающие в суммирующих резисторах, а получен ньте из этих токов в суммирующих резисторах Ят — R, пропорциоттальные напояжения US> — US„. Эти напряжения подводятся к схеме логической по соединительным про водникам L — L„, подключенным к общим точкам Лт — Л„комбинирующих резисторов и суммирующего резистора каждого многополюсника. Схема 5 о пределяет, находятся ли напряжения в суммирующих резисторах Рт—

R в заданных пределах.

Выход б схемы 5 каждого класса связан решающей схемой известного типа (на черте>ке не показана), которая определяет и показывает к какому классу относится данный объект (цифра). Если напряжения на суммирующих резисторах многополюсников распол ожен ьт в интервале определенных «процессов обучения» представителей, не относящихся к какому-ли5

65 бо пз этих классов или .относящихся к более чем одному классу, то решающая схема отмечает этих представителей как не относящихся к какому-либо из этих классов.

Пояспясмое ниже на примере определение комбинирующих резисторов точно устанавливает их сопротивление. Так как определение комбинирующих резисторов происходит так, что колебания, возника ощие в суммирующих резисторах Ri — Р„на пряжений US — US„, минимальны в пределах одного класса, это приводит к тому, что напряжения US> — US„ для представителей одного класса в и многополюсниках, относящихся к этому классу, располо>кет:ы в относительно небольших интервалах, в то время как для представителей какого-либо другого класса по меньшей мере одно из напряжеттий УЯ вЂ” У5„в этих же и многополюсниках находится вне интервала, определенного «процессом обучения».

Целесообразно подводить к каждому многополюснику кроме противофазных н апряжений U, — У„и Ul — У еще два дополнительных протттвофазттьтх ттг>пряжения UZ или UZ, причем в каждом многополюснике N — N последовательно с дополнительными резисторами RZ — КУ„подклточаются или напряжение UZ или напря>кение VZ . При этом один вывод дополнительного резистора соединен с обшей точкой А,— Л„, в которой под ключеньт одни концы всех комбинирующих резисторов и один конец суммирующего резистора, а второй его конец связан с одним полюсом одного из двух источников дополнительных противофазных напря>копий U7 или UZ, второй полюс которых подключен к соединенным между собой полюсам всех источников противофазных напря>кений Vt — V и U> — U, . Дополнительные резисторы РУт — RZ„и дополнительные противофазные ттаттря>кеттия VZ н UZ соизмеряются так, что интервалы, в пределах которых пт>оттсхо тит колебание напряжений

US,— US„, воат -ткаюпцтс в суммирующих резисторах R> — RÄ, относящиеся к применяемым в «гроцессе ооуче. ия» объектам соответствующих кл".ссов, располагаются вокруг нулевой то .>ктт. Нг .ряжения U7-- UZ могут быть

pocT0BHf ûìè или могут быть отведены из противофазпых напряжений U> — U и U> — U<, например, путем суммирования.

Получениe и подвод напря>кений UZ и UZ наряду с применением дополнительных резисторов RZ, — ЯУ„дает следующие преимущества:

1. Без использования дополнительных протпвофазных н V7 и UZ определенные «процессом изучения» интервалы находятся в положении, отличающемся от нуля. Применяя указанные дополнительные напряжения

UZ и UZ, можно сместить интервал через нулевую точку в качестве средней величины, что более просто с технической точки зрения.

2. Классификация опирается на относительные значения используемых признаков, бл а389671

11 годаря чему почти полностью исключается влияние абсолютной величины >почернения, что в большинстве случаев более целесообразно, чем использование абсолютных значений.

3. Предотвращается влияние колебаний питающего напряжения на результаты.

Поскольку электрические величины, используемые для классификации, например напряжения, получаемые при зондировании фотоэлементами, могут быть очень малыми (порядка милливольт), в большинстве случаев оказывается необходимо применять усилители, а так как усиление постоянных напряжений,— а при использовании суммированных напряжений необходимость суммирования, особенно постоянных напряжений, представляет значительные трудности,— то целесообразно использовать переменные напряжения преимущественно с частотой, большей чем 1000 периодов в секунду.

Ниже приводится пример выполнения и работы устройства, показанного на фиг. 5.

Пример. Поставлена задача классифицировать рукописные цифры 0 ... 9. Таким образом, имеются 10 классов. Зондирование производится путем освещения опознаваемых цифр и применения фотоэлементов. Поле, в котором написаны цифры, разделяется на

4)(6 = 24 растровых поля (фиг. 4). На фиг. 5 изображена общая схема. Имеющиеся в растровых полях соответствующие классифицируемым цифрам почернения преобразуются фотоэлементами в аналоговые электрические на пряжения. Усилители V> — Рг4 служат для усиления напряжений, создаваемых фотоэлементами, которые соответствуют и признакам, названным в описании.

Свет, которым освещается поле с записанной цифрой, модулируется вращающимся перфорированным диском, прерывающим луч света с частотой, например, в 1000 ги. Поэтому преобразователи физических величин в электрические сигналы (фотоэлементы) Р,— Р»4 создают переменное напряжение, а усилители Vt — V«4 представляют собой усилители переменного н>апряжения.

На выходах усилителей V> — V94 находятся трансформаторы TPt — ТРг4, создающие приведенные в о писакии противофазные напряжения U> — U 4 и Ui — U94 В данном случае переменные напряжения являются напряжен>иями, которые меняют свою фазу так, что

I > напряжения Uf — UQ4 и У вЂ” Угз всегда противофазны, и поэтому выполняется требование, заключающееся в том, чтобы из электрических величин выделялись противофазные напряжения.

> >

Напряжения U — U„H UI — Уг4 подводятся ко всем многополюсникам на резисторах

N<,o — гз,з> N4>t — Л гз>> и T. д. до Ж>9 Л гз>9.

Все многополюсники класса «0», т. е. N> p—

N»,o служат для классификации цифры О, двадцать три многополюсн ика класса 1, т. е.

N>,> — Угз, l — для классификации цифры 1 и т. д. до многапоЛюсников N(,9 — N»>9 для клас5 ю

25 зо

12 сифыкации цифры 9. Таким образом, здесь применено 10 г4, 23 = 230 многополюсников на резисторах. Каждое напряжение U — U 4 и

UI — Уг4 подается на вход каждого многополюсника, т. е. на 230 входов.

В об:цем при 24 признаках и 24 измерительных еапря кениях требуется для каждого класса 24 многополюсника. В связи с тем, что при применении в описанном примере напряжений

UZ и UZ, полученных суммированием, представляющих собой одну из возможных комбчнаций, для каждого класса требуется 23 много пол ю си>и к а.

Многополюсники выполнены таким образом, что при выполнении условий отнесения их к одному классу на выходах всех 23 многополюсн иков, относящихся к данному классу, например дланя цифры О, т. е. много полюсников

У >9 зЧг3,9,ПОЯВЛЯЮТСЯ НаПРЯжЕНИЯ, НаХОДЯщиеся в определенных пределах. Напряжения на выходах многополюсников являются напряжениями на суммирующих резисторах (например Р4 — R, на фиг. 3).

Выходы всех многополюсников, относящихся к одному классу, соединены со схемой «И».

Таким образом выходы многополюсников

Л ° 9 >> гз 9 соединены со схемой «И» 59, а выходы многополюсников N,, — N»,I — со схемой

«И» 5>, и т. д. При помощи этих схем «И»

5o — 59 определяется, находятся ли колебания напряжения на общих суммирующих резисторах многополюсников, предусмотренных для данного класса в пределах заданных интервалов, или выходят за эти предельны.

Для того чтобы заданные интервалы, в пределах которых могут колебаться напряжения на суммирующих резисторах, располагались вокруг величины, равной нулю, ко всем многополюсникам дополнительно подводят напряжения UZ или UZ, представляющие собой

> I сумму напряжений U) — Уг4 или UI — Уг4, Напряжения UZ и UZ получают из противофаз> > ных напряжений U(— Уг„U(— Уг4 при помощи двух дополнител>ьных вторичных обмоток, последовательно соединенных трансформаторов Тр — Трг4.

Для того чтобы сделать эту схему н>евосприимчивой к различной толщине линий зачернения заданных цифр и изменений питающих напряжений, пределы, в которых элементы «И» определяют колебания напряженый на общих суммирующих резисторах, сделан>ы зависимымч от величины напряжений UZ и UZ . Это достигается путем подвода дополнительного напряжения UV<, которое отводится из суммированного на пряжения UZ через трансформатор Тргз, а также путем такого коммутирования элементов «И», что они производят классификацию тол>ько тогда, когда напряжения на суммирующих резисторах меньше, чем дополнительное напряжение UV4. Если, например, линии зачернения будут слабее или уменьшаются питающие напряженыя, то уменьшаются также противофазные н>апряже13

I ния Ui — U24 и Ui — У24 ) подвод имь!е .к многополюсникам,,и напряжения US< на суммирующих резисторах R-;, а также напряжение И ь подводимое к схеме «И» 5, благодаря чему возникает компенсация.

Выходы схем 5p — 5g соединены с выходом схемы 7 и блокирующими элементами 8p — 8g.

Если опознается задан|ная цифра, т. е. если колебания напряжений на общих суммирующих резисторах находятся в заданных классификацией пределах, то соответствующая схема

«И» (например, 51) управляет выходом 91 через блокирующий элемент 8ь

Схема.«И» 7 может запирать выходы 9o — 9g через усил|итель 10 и блокирующие элементы

8Π— 8g, Эта схема построена так, чтобы выходы

9o — 9g запирались в случае, когда элементы

«И» положительно выделяют больше, чем один класс, например, при очень слабом почернении заданных цифр или пустых полей н тем самым недостаточной надежности выделения, выходы

9o — 9g, но не запирались, когда схема «И»

5p — 5g выделяет только один класс, т. е. когда точно опознается только одна <из предъявленных цифр.

В противном случае, когда колебания напряжений на общих суммирующих резисторах во всех многополюсниках больше заданных (пределенных) интервалов, классификации нет, так как схемы «И» 5Π— 59 не выдают управляющие напряжения.

Рассмотрим пример «процесса изучения» с определением величин отдельных сопротивлен ий многополюсников для случая классификации,рукописных цифр с применением 24 растров. Рассматривается один класс, но все выводы IH положения действительны и для остал ьных классов.

Для соответствующих классов цифр взято большое число образцов почерков разных людей (HB фиг. 6 25 образцов начеотан ия цифры 1). Общее число образцов почерков обозначено буквой $. При помощи зондирующей оптики и фотоэлементов определяются почернения всех 24,растровых полей (фиг. 4).

Для каждого образца почерка принимаются

f I

24 числа хi — хг4, пропорциональные почернениям 24 растровых полей. Индексы (степень в скобках), означают, к какому образцу почерка относится число, напримерх1, хг,...,х24 обозначают почернения в растровых полях 1, 2 2

2 ... 24 первого образца почерка, а х1,хг,..., х24 — почернения в растровых полях 1, 2 ...24

2 второго образца почерка.

Из замеренных почернений рассчитываются средние значения m< — т24 почернений в,растровых полях — 1 — 24 по следующим формулам: — (Х<1> + <2> + + <Ю>)

1 т, = — (х< >+ x< >+ .. + Х< >).

S т 4 — (Х24 + Х24 + . ° ° + Х24 )

;-S

389671

14

С помощью рассчитанных среди их значений образуются только выделенные признаки, т. с. о = di (xz — mi) + d2 (x2 — m2) +... +- d24(x24 — т24) первоначальных признаков, т. е. почернений Х1 — х24, имеющие следующие сгойства: для каждого образца почер1 1 1 ка х1,хг,..., x24 такого рода комбинация имеет следующее значение

c < > d, (х< > — и ) + d, (х< > — m,) +... +

+ 1,, (x<4 nz ).

При усреднении образцов почерков сумма квадрата F=- (< ), т. е. статическое ко1=-1 лебан|ие комбинации вокруг ее нулевой точки, должна достигнуть минимума. Это значит, что колебания значений выделенных признаков должны быть минимальными для представителей класса, примененных в «процессе обучен ия».

Исключая тривиальное решение У = d2 =

2 г 2

=... d24 — — 0 и заменяя его di+d2+ .. + Й4==Cos t 0, получаем следующие минимальные ные условия: функция

F = (d, (x< > — т,)+ d,(х< > — т,)+... +

+ d (x24 zn )) + (d (x J m ) +

Зо

+d (х<2> — и )+... +«(х<4 m„))*+ ° ..+

+ (d,(х<з — т,)+д,(х<2 > — т,)+ ... + должна в зависимости от коэффициентов di, с4... d24 стать минимальной.

Для осуществления минимума необходимо, чтобы

OF OF dF OF отсюда получается:

= 2 { Ed, (х"> — m,) + d, (х" > — m,) +... +

+ 14 (x2<4> — m „)) (x — и,) + Ed, (х<2> — т,) +

+do(x — т.)+ "+dg (ХЦ вЂ” тм)! Х

Х (Xi > — т,) + (di (X m,) + d, (X2< > — m,) +

+ . + dg4 (x2<4s> mg4)I (x1s> m ) I — 2ад, = 0;

55 р

= 2 { (d, (х< > — m,) + d, (х< > — m,) +

34

+... + d, (x<1> — m„)). (x<1> — m„) +

+ (d, (xP> — т,) + dg (xP — тг) + ° +

+ (d (x<1s> — т,)+ d (x s> — и,)+... +

+ <У„(хгг4 т„)) (x(4s> — т„) { — 2ad„= 0; (1>

389671

Фиг. /

Фиг 2

17

d1 >d2 ., dQ пропорциональны сопротивле(2) (2)

НИЯМ Я2>1> R2>2> ° R2>24 ИЛИ R2,1> R2 2 > ° ° ° > /2 24 многополюсников Л 2 и т. д. Обратное значение уравнения d Pm,+d, 11,+...+d2<4 m„= ), порционально дополнительному сопротивлению

Ю или RZ 1 в многополюснике N1 и т. д.

Если рассчитанные числ а с1(положительны, то на приданные комбинирующие резисторы в виде R a следует, подать напряжения U<, U2, U24 в другом случае в качестве R;д на

f них подают напряжения U1, U2,..., U24. если р4 положительное число, то на резистор RZ подают дополнительное напря)кение UZ, в противном случае на резистор RZ; подают дополнительное напряжение UZ, Используя эти выводы, можно рассчитать величины комбинирующих резисторов многополюсников.

Предмет изобретения

1. Устройство для классификации объектов по и признакам, содержащее преобразователи физических параметров в электрические сигналы и логическую схему, отличающееся тем, что, с целью упрощения устройства при значительн о изменяющихся,пр изнаках классифицируемых объектов, устройство содержит и источников противофазных напряжений, входы которых подключены к выходам преобразователей физических параметров в электрические сигналы, и и резисторных многополюсников, соответствующие .входы которых подключены к выходам источников противофазных напряжений, а выходы — ко входам логической схемы.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что каждый из и многополюсников состоит из и комбинирующих резисторов и одного суммирующего резистора, одни выводы которых объединены в общую точку, соединенную с выходом многополюсника, а вторые выводы резисто ров подключены к соответствующим входам многополюсника.

3. Устройство по пп. 1, 2, отличающееся тем, что оно содержит дополнительный источник на пряжения, один полюс которого соединен с общей точкой всех источников противофазных на пряжений, а второй полюс — через дополнительный резистор с общей точкой соответствующего резисторного многополюсника.

20 4. Устройство по п п. 1, 2, 3, отличающееся тем, что дополнительный источник напряжения выполнен в виде источника постоянного тока.

5. Устройство по пп. 1, 2, 3, отличающееся тем, что дополнительный источнн к выполнен в виде источника переменного тока.

6. Устройство,по п. 1, отличающееся тем, что источники противофазных напряжений выполнены в виде источников переменного тока, зО изменяющегося во времени с частотой препреимущественно большей, чем 1000 периодов в секунду.