Оптический адаптивный классификатор

 

335706

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик

Зависимое от авт, свидетельства №

Заявлено 18.Х11.1970 (№ 1603494/18-24) с присоединением заявки №

Приоритет

Опубликовано 11 1Ч.1972. Бюллетень № 13

Дата опубликования описашгя 10.V.1972

М. Кл. G 06k 9/00

Комитет ао делам иаобретений и открытий при Совете Министров

СССР

УДК 621.391.19(088.8) Авторы изобретения

Е. С. Нежевенко, Г. И. Салов, П. Е. Твердохлеб, Г. Д. Уманцев и В. В. Шатун

Институт автоматики и электрометрии Сибирского отделения

АН СССР

ВСГСОЮЗНАЯ

Г. .Т 6ilk-;- И6%"@

Заявитель

ОПТИЧЕСКИЙ АДАПТИВНЫЙ КЛАССИФИКАТОР

Изобретение относится к технической кибернетике и касается устройств для параллельной о 6 работки оптической информации.

Подобный классификатор может найти применение при распознавании изображений типовых объектов на местчости, палеонтологических и других объектов, а также при адаптивной фильтрации двумерных .сигналов.

Известен оптический адаптивный класси фикатор с непосредственным о птическим в водом и нформацин, содержащий объектив переноса оптического изображения, пространственный блок памяти с управляемым коэффициентом ,передачи и фотоприемник.

В известном устройстве пространственный блок памяти выполнен в виде сетки с диэлектрическим покрытием, расположенной внутри электронной трубки с накоплением заряда.

Классификатор способен «обучиться» .различать изображения двух классов. Это достигается за счет, последовательного показа,представителей этих классов и формирования по известному правилу весовой функции, эквива.пентной линейной разделяющей поверхности. При этом весовая функция запоминается и многократно корректируется на элементе памяти. Однако классификатору присущи следующие недостатки: а) низкая разрешающая способность, ог раничиваемая разрешающими способностями фотокатода, сетки и люмияофора трубки; б) низкая точность определения скалярного произведения и формирования линейной разделяющей поверхности, так как носитель сигнала преобразуется дважды: световой по5 ток превращается фотокатодом в поток электронов, который преобразуется люминофором в световой, Траектории электронов вэтом случае непрямолинейяы, что также ведет к появлению погрешностей в работе классифнка10 тора;

B) сложенность процесса адаптации, поскольку для обеспечения сходнмости процесса на вход системы необходимо,подавать как изображения классов, так и дополнения к ним;

15 k.) сложность аппаратуры питания н управления трубки, на которой выполнен кпасснфпкатор.

Lleab изобретения —,повышение разрешающей способности и точности. Достигается она

20 тем, что в предлагаемом классификаторе между объективом и пространственным блоком памяти, выполненным на пластине с фотохромным материалом, установлены раздвоитель оптического изображения и затворы.

25 Весовая функция формируется одновременно

kiB двух различных участках фотохромБого материала, на которых воспроизводятся соответствен но сс .положительные и отрицательные значения. Предъявляемое изображение

30 экспонируется на первый пли второй участок.

Под действием света (пзвестной длинны вол335706 ны) участок пластины <;обесцвечеевается» пропорционально распределению интенсивност;е света I) предъеевляемохе изобра кeееии. Затем на вход устройства подают очередное изображение и сравни вают по мощности два,пучка света,,прошедшеех черсз |первый и IITopoiI участки,пластины. По результатам сраьнсния вычисляют экспозпцшо для этого еезображсеееея и т. д. После предъявления Вссй обучаеощсй зыборки на фотохромном материале формируется, весовая функция в виде двух изображений (на первом и втором участках), и устройство может классифицировать пзобра>кения на дна кларисса.

На чертеже по|казана схема предлагаемого устройства.

Классификатор содержит исто еееик слета 1 с известной спектральной характеристикой, лентопротя>кпый мехацпзм 2, ослабляющий фильтр 8, объектив переноса изобра>кения 4, раздвоитель изображения 5, затворы б и 7, пластину 8 с фотохромным,покрытием и устройство 9 сравнения по мощ|пости двух пучкоB света. Раздвоитель изображения 5 состоит, в свою очередь, пз светодслптсльного кубика 10 и зеркал 11 — 18, а устройство сравнения по мощности pIsvx пучко в с вета — пз фотоприемника 14 и измерительного;прибора 15. Раздвоитель изображения выполнен таким образом, что оптические пути ABCD II

ABEFH оди наковы и равны двойному фокусному расстоянию объектива 4. Плоскость лентопротяжного механизма отстоит от объектиВа так>ке па дВойное фок> cHoe p BccTQIIн не.

В режиме обучения классификатор раоотает следующим образом. В исходном состоянии через светофильтр 8 проходит пучок света, затворы б и 7 закрыты, пластина 8 с фотохромным покрытием предварительно окрашена до насыщения под воздеиствпем ультрафиолетового излученп>е, получаемого от того

>есе источника 1 со спсцпал!>ееы:11 светофильтром. Если на входе классификатора имеется изображение f (x, y), результат сравнения

ыощееостей II) ÷êo cвeTB b II с paIIcII

v= J J f(x, y) (qI+(x, у) —;р — (x, y))dxdg, где q>s(x, у) и (р (х, g) — функции пропускаи пя участков (поло>кительная и отрицательная части весовой функции) на пути прохо>кдения пучков b и с.

Полагаем, что пзображения обучающей выборки /„(х, у) (классов А и В) зарегистрированы на фото пленке. С гомощью лентопротяжного механизма на вход системы подают первое изображение и сравнееваеот IIo мощности пучки. света b и с,,промодулировапные этим изобра>кением и функциями пропускаипя рабочих участков пластины 8. Для этого затвор б открывают, и иа фото приемееик 14;попадает пучок света b. Отсчитывают U, по прибору 15. Затем затвор б закрывается, а затвор 7 открывается. На фотоприемник попадает, пучок света с и происходит второй отсчет U2. После этого затвор 7 закрывается.

Разность отсчетов дает величину v= UI U>, пропорциональиуео скалярному произведению предъявленного изображе ния и формируемой вссоной функции. Величину экспозиции вычисляют по формуле

1= (Тл — ), где

f+ У„если /, (х,у) яА

1 — сl„если f, (х,у):В.

15 Из пучка а выводят светофильтр 8. На время экспозиции i в зависимости от знака (U1; — vj открывается затвор б или 7. Происходит коррекция весовой функции. Затвор б или 7 закрывается. На этом заканчивается

20 первый шаг обучения. В систему вводится

Второе изобра>кение, и процесс,повторяется.

Таким образом предъявляется вся обучающая выборка, которая имеется у экс периментатора, и процесс обучения заканчивается.

25 Опеесаее ная процедура является по существу .прое1сдурой стохастпческой аппроксимации.

В упрощенном варианте она мои<ет быть представлена следующим образом: «1(1-,у) = Р«(,у) + и+1 (U(fn+ I) — J J о, (х,у) f, ее(х,у) Chdgj f„, е (х,у), где ср, 1(x,у) и q)„(x, y) — весовая функция на и+1 и и ша35 Iax процедурь соответственно; р, и=-1, 2, ... — последователь ,ность коэффициeHToIB, значение

40 которых выбира ют из условия сходимости,процедуры стохастической аппрок45 симации;

JJq (х, у)f«+I(x, у)dxdg — скалярное произ,ведение функций (р и 1.

50 Приведенная .формула дает правило нахождения весовой функции на и+1 шаге, а именно: весовая функция на и-ом шаге ср („) алгебраически суммируется с взвешенной функцией f«,(.,,„), соответствующей и+ 1 изобра55 >кению. Классификация изображений на два класса А .и В,происходит на основании знака v, который определяется так >ке, как и,при обучении.

Предмет изобретения

Оптический адаптивный классификатор, содержащий, последовательно расположенные

IIa оптической оси источник света, транспа65 рант с распознаваемым изображением, Объек335706

Составитель В. Кудрявцев

Техред А. Камыгнникова

Корректор E. Усова

Редактор Б. Федотов

Заказ 1282i10 Изд. ¹ 523 Тираж 448 Подписное

ЦНИИПИ Комитета по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССР

Москва, Я-35, Раушская наб., д. 4/5

Типография, пр. Сапунова, 2 тив, пространственный блок памяти и фото,приемник, отличающийся тем, что, с целью увеличения разрешающей .способности и точности, в него введены разд воитель оптического изображения и затворы, установленные между объективом и |пространственным блоком памяти, выполненным на пластине с фотохромным материалом.