Устройство для моделирования пространственно-частотной фильтрации зрительной системы
О П И С А Н И Е l (и) 595745
ИЗОБРЕТЕНИЯ
Союз Советских
Социалистических
Республик
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. сви.t-ву (22) Заявлено 11.11,75 (21) 218S755/18-24 с I I p I! cOC;tl i l I c II l tcм 3 а !1 в ни №
1осударстееииый комитет
Совета Мииистрое СССР по делам иэобретеиий и открытий (23) Приоритет (43) Опубликовано 28.02.78. Бюллетень № 8 (45) Дата опубликования описания 22.03.78 (53) УД К 681.335 (088.S ) (72) Авторы изобретения
К. Н. Дудкин и В. Е. Гаузельман
Ордена Трудового Красного Знамени институт физиологии им. И. П. Павлова (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ
ПРОСТРАНСТВЕННО-ЧАСТОТНОЙ ФИЛЬТРАЦИИ
ЗРИТЕЛЪНОЙ СИСТЕМЫ
Изобретение относится к области аналоговой вычислительной техники для моделирования нейронных структур, выделяющих признаки изобра>кений в зрительной системе, и предназначено для использования в технических системах переработки и распознавания изобра>ксний, в частности, для выделения в изображении признаков — периодичностей с различной пространственной частотой.
Известно устройство для моделирования нейронных структур, содержащее пороговые элементы, ассоциативные блоки когерентного накоплс(шя, блоки задержки и схемы совпадения (1). Это устройство не позволяет выделять признаки изображений в зрительной системе.
Нат(бо";ee близк(о(техни<(еским решением к данному изобретению является устройство, которое, как и данное устройство, содержит линейку из двух групп фотодиодных ключей, причем каждый фотодиодный ключ одной группы располо>ксн в линейке между двумя фотоднодными ключами другой группы, электрические входы всех фотодиодных ключей подсосди:(сны к генератору импульсов, и блок (!ори:-! pоваl,ия cll! 1! B.лов растОр>.lа жп(3а нпя, три вход» которого подключены ко входам соотвс-, спвчощих фотодиодных к;ночей, а выход соединен с тормозным входом блока формирования сигналов тор ожения (2). Однако это устройство не позволяет осуществлять узкополоспу(о пространственно-частотную фпльтрацшо, т. е. выделять в изображении признаки —— периодичности с разлп и(ой просTpallcTBclliloll частотой.
5 Целью изобретения является расширение обла тп применения за счет выделения признаков периодичности с разлпчнь!мп частотами.
1<аз анна я цель gocTI!racTC(t Te>!, что гстр011ство содер>кит фп IBTpLI светового li те>thoBOi о
10 по13.,!CpiI010B пространствен((ой частоты, су:иматор с порогогы t элементом и блок задер>ккп, гходы которого соединены с выходами фотод((одных клю (сй, а выход подключен к возбуждающему входу блока формирования спг15 Ila,loi3 тОР .>!ожс!;!!B, ПОДсоеДппснпого 13ыхОДОм и тормозным вхо.- ам фп IhTpoB светового и
Tc3i!;oB0I 0 T!01% ВсР II0$013 пРостРапст(3еп(30Й <1;!стоты, два возбуждающих входа которых подключены к выходам соседних фотодиодпых ключей, а выходы указанных фильтров соединены со входа:ш : ."!ìaòîðà с пороговьп элементом, выход которого являстся выходом ус-.р 0 и с т 13 а ..
> Ha фиг. 1 1!pc.ас авлс:(а блок-схема 3ctpoiiства для модслпроьанпя прос",.ра(ствс(шо-:!»cI.отпой фильтрации зрительной cl:CTcl!bl; па фпг. " — — структурная схема мо:tc Ill нейрон"; !
i a фпг. 3 Il 4 — oct(I!110!pt! t. (ы c!(гн;1 !ÎB, рс30 гпстрпруемых па входа; «B.> и «О» ф,-,(:.Тр:!
595745 темпового полупсриода пpocTpыиствсипой )астоты.
Устройство содержит фотодиодныс ключи
1 — 6, блок зыдср>кки 7, Oлок формирования сигналов рыстормыживання 8, блок формирования сигналов торможения 9, филыр темпового полупсриода пространственной частоты
10, фильтр светового полупериоды г)ростр;шс;вспной часто.ы 11, с"л(м!)тор с пороговым злсмсн-.ом 12 и генератор импульсов !3.
Каждый из олоков 7 — 12 представляет соОой модель нсйро;12> структурная Схс.;IB которой приведе и lI;l ф:!г. 2. М0,7Ð;1!, нсllpÎII;i соДСР>1<))т i!!TС) Р c)ТОГ) 1>3ОЗОX >ЕДЫIO!ЦИХ (НГ)I l,1013
14, оло1< 3 пры)3.!ясмои t)pot30 jl)i!!ocTJI 10, ии) сгp;!1op тормозных сигнало» 16 и генератор отенци;)лов действия 17. Возбужды!ощис входы обозначены кружками, тормозные — треугольником.
Нс1 фотоДИОД!1ЫС 33ХОДЫ (()ОТОДИОДНЬ!.< чей 1 — 6 воздействует дви>кущееся световое изображение — — решетка определенной пространственной частоты (направление движения показано стрелкой). На вторые входы поступают сигнал;.; от импульсного генератора 13, прсдстагляющис собой пачK! коротких прямох o.)híûх и. )пульсов определенной частоты.
Ны выходе 1-10> З-го, 5-го фотодиодшях ключей сигналы появляются при освещении фотодиодов, ны выходе 2-го, 4-го, 6-го фотодиодных ключей — — при затемнении, при этом ключи, срабатывающие пр:1 освсщении («оп») периодически чередуются с ключами, срабатывающими при затемнении («off»). .3 C T P O i i C"T B O P 1 0 O Т;) С т C 7 C >, 101 LI H 0 0 P 2 B 0 l l .
Интсгр;)тор 14 сумматора 12 суммирует выхо.7ItbIp> сill!Iciль) фильтров 10, 1 1, к;)>!<дый и 3 которых имеет двы возбуждающих входы прямо от фотодио tit»;; к,ночей. На входы интегратора возбуж, ения 14 фильтра те;и(ового полупсриоды 10 пост, IIBIQT сигналы с 13!.!ходов
3-го и 4-го ключей, ны входы интегратора возбуждения 14 фильтра светового полупсриода
11 поступают сигналы с ьыходов кл(очей 4 и
5. Функции этих ключей разные: 3-й и 5-й кл!очи срабатывают при освещении («оп»), ключ
4 — — при затемнении («og») . При движении стимула вдоль линейки фотодиодов (направление движения показа:(о стрелкой) последовательность возбуждсш(й для фильтра 10
«on» — «off» — т. с. при движении стимула передний край каждой полосы проход>11! сначала оп-кл!оч, потом off-Knюч. Для фильтра
11 последоьатсльность возбуждений — обратная: off — on, Максим яльныи си! на;(н2 Выходы . фильтрОВ
10 и 11 появляется в случае, когда Величина полупсриоды (темпового для фильтры 10 и свс(ОВОГÎ ДлЯ филы Ра 1 1 ) co!3!.ЯДclс с Р 2сстояписм )!с>кду клю:)ами 3 и". (г!5! фильтры 1!)
Il Клlоч 2)((и > II ):дЛЯ фИ н>1 oct 1 1. Г!) KII )>1 ОорЯ зом, максима !I>llhlli сигнал на входе порогового элемента, с(к:мытора 12 будет при определенном тсриоде пространственной ч и:тоты. (12строй K;i Ii;i зт3 2(то(1 Оирсделяс! cl: p cсто5 ;Ием между 3-м («оп») и 4-м («off»), а
TBKiKC 4-м (<
i3ccx случая. . когда ширина полупериода не равна расстояниям между «оп» Ii «о(Ь-ключа5 ми, сигналы Ià выходах фильтров 10 и 11 по
ВЕЛ)ГЧИНС 3)IB!) J)TÅËBI!O МЕНЬШЕ. УМСНЬШЕНИЕ этих c):Tн;)лои ос1 н(сс1 вля "I cH c Iloi!GLI(hto б.loи!! 9. 31 0 OC! )ЦСC1 L3.151 CTCS C;) C $% 10(ци.3! 0()pB 20:!I.
) (PJ;;1Bl!i!<ÑilllII PCØCT0K ВДО.)1>, IИИС!1!<И ФОТОР) дио1îl) сип)ылы с выxo>(013 1-го — -6-го ключей ч(.рсз бг!ок зыд(piKK:I 7 с иеболшпой за 7сржкой поступы!от на вход ингсгр;игор» )3озб(жд!!)Ош))х lil)I(inîB блока 9. Выходной c!!Illiл
- îIo блокii 9 I!и ", ..I icT:12 Ii#0. (û иill сгр;)го(5 ров,ормозиых сигналов 16 фи li>rpo» 10, 11.
Тор)((о>к(нис ныходны: сигналов шггс! раторов
14 ос(щсстилястс5! с помощью блоков переменIJ0I«ip0I3oдимости 15, проводимость которых угрывлястся следующим образом:
20 (-)- I(i) ; а
РО где I(l) - — cl)I IIB„I на выходе интегратора 16;
I<() — эквивалентное сопротивление интеграто25 ра в отсу!Ст))ии сигналов на выходе интеграторы 16; 1) — масштабньш коэффициент. Величины тормозного сигнала будет тем больше, чем больше пространственная частота решетки о,ли !ается от частоты, на которую фильтр
30 настроен.
Устройство моделирует еще одну важную функцию рсцсп!Ивпь(х полей зрите.)ьной системы -- »t>1;lc;)ciitic периодичностей стимулов, ДВИжУЩ!)ХСЯ 1 0.1ЬКО 13 ОДНОМ OIIPCÄCËCIIIIOÌ IIB35> пра)3):c!III!l. 31 0 обссиечивастся Oлоком 8 фор>(ИР 013() И И 51 С И! I I cl;10)3 I) c7 CTOP >12>l 9. Вь:;одной си) иал блока 8 поступает на вход 40 интегратор: 16 блока 9 и через блок уllpBBëÿåмî i ирово,шмости 5 уменьшает сигны;! интегратора 1:1 зloiо блока 9, тем самым уменьшая тормозной сип)ыл ны входах фильтров 10 и 11, Поясним функцию олока 9 на примере работы фильтры Смновогп полуперпода 10. На ф:г. 3 пр! !всдсны Oc(),IKBëoãðàììû. полученные i i P (, J !3lii(Ci! i! И СТИ И У.7 и B !. .I! Pcl B 1 Chil ll, УКЯЗЯН Iiом .:рс !E(oil I. B фнг. 1. При движении ка>к50 i!>,и краи,см;юной . олосы формирует следую)цу!© вре .icii.l>.J ) оследовательность с)гналов: Ор(:о,зl!0!! !!. ;1(lл оi !(Л)0 Iа 1, рас1opмыжиВBIOиil!)i сигнал 0Т кл!о !ы 2, затем возоуждающий CIii 1lc!.i От K,!10 B 3!I ОПЯТ) Top)io 3110!! О) I<,lio!12 55 -4. (p 1)(() и K на фиг. 3;tc! (Онстрир) (T, I To B02 бу>кды!0(пи)! с н.нал в то и<е «а» блока 10 име т бо. 113.!0 B:>17,7!ту,-,у. Hpè движении объекы !3 ).ðî-.и)3оио)оиKc IIJ c От клlоча 4, )юзб,;li;i(il:I i ог ключci >, расторма>кивание от клю,а 2, торможение OT кл)оча 1. В этом слу)ге возб;жды!ощий сигнал от ключа 3, развигыяс: t;i фоне тормозного от ключа 4, не мо65 >к . д()с!:! I!> бол)иной <):!)ï()EJTóäû. Возбужда595745 ющий сигнал не достигает порога сумматора с пороговым элементом 12. Генератор потенциалов действия 17 на выходе сумматора 12 не может выделить решетки пространственной частоты, на которую он настроен, если решетка движется в противоположном направлении. Таким образом, моделирующее устройство выделяет пространственную частоту, на которую оно настроено, только при движении стимула в определенном направлении. Формула изобретения Устройство для моделирования пространственно-частотной фильтрации зрительной системы, содержащее линейку из двух групп фотодиодных ключей, причем каждый фотодиодный ключ одной группы расположен в линейке между двумя фотодиодными ключами другой группы, электрические входы всех фотодиодных ключей подсоединены к генератору импульсов, и блок формирования сигналов растормаживания, три входа которого подключены ко входам соответствующих фотодиодных ключей, а выход соединен с тормозным входом блока формирования сигналов торможения, отл и ающееся тем, что, с целью расширения области применения за счет выделения признаков периодичности с различными частотамп, оно содержит фильтры светового и 5 темнового полупериодов пространственной частоты, сумматор с пороговым элементом и блок задержки, входы которого соединены с вы. одами фотодподных ключей, а выход подключен и возбуждающему входу блока фор10 мнрования сигналов торможения, подсоединенного выходом к тормозным входам фильтров свстового и темпового полупериодов пространственной частоты, два возбуждающих входа которых подключены к выходам соседних фо15 тодиодных ключей, а выходы указанных фильтров соединены со входамп сумматора с пороговым элементом, выход которого является вы. одом устройства. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР №479128, кл. G 06G 7/бО, 1973. 2. Позпн Н. В. Моделирование нейронных 25 структур. М., «Наука», 1970 (прототип). Рс, i ë êòîð р, Киселева Состанитслз Г. Сорокин 1 o j . Л. Гладкова 1,ор(тскто1 ы Л, 1 отова и T.,Öîáðîâîë =скан Заказ 114110 Изд. Ло 286 Гира;и 841 НПО Государственного oìèòñòà Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий 1!3035, Москва, Ж-35, Ра .-"ск;:i паб., д. 4 5 Типографии, пр. Сапунова, 2 Л одпнснос
