Устройство для моделирования нейронных структур зрительной системы

Устройство для моделирования нейронных структур зрительной системы

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

О П И С А Н И Е («) 661569

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советских

Социалистических

Реслублик (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 22.07.77 (21) 2510214/!8-24 с присоединением заявки №вЂ” (23) Приоритет— (51) М. Кл.

G 06 G 7/60

Государственный кеннтет

СССР пе делам нзабретений н етнрытнй

Опубликовано 05.05.79. Бюллетень № 17

Дата опубликования описания 15.05.79 (53) УДК 681.335 (088.8) (72) Авторы изобретения

К. H. Дудкин, В. Е. Гаузельман и В. А. Иванов

Ордена Трудового Красного Знамени

Институт физиологии им. И. 11. Павлова АН C(: (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ НЕЙРОННЫХ

СТРУКТУР ЗРИТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ

Изобретение относится к области моделирования нейронных структур зрительной системы, служащих для анализа изображений, и может найти применение в системах контроля, телеметрии и автоматики, а также в «сенсорных системах» роботов.

Известно устройство для моделирования нейронных структур 11), содержащее линейку из двух групп фотодиодных ключей, причем каждый фотодиодный ключ одной группы расположен в линейке между двумя фотодиодными ключами другой группы, электри.ческие входы всех фотодиодных кл(очей 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 сигна.чов торможения. Однако это устройство не позволяет моделировать механизм выделения размеров объектов в зрительной системе.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является устройство для моделирования пространственно-частотной фильтрации в зрительной системе (2J . содержащее линейку фотодиодов, модели «оп» и «о11>нейронов, формирователь тормозных сигналов. Выходы моделей «оп»- и «off»-нейронов подключены к возбуждающим входам фильтров светового и темнового полупериодов пространственной частоть(, выходные сигналы которых поступают на сумматор с пороговым эчементом, являющийся выходом модели. Выходы моделей «оп»- и «оИ»нейронов подключены ко входам блока формирования сигналов растормаживания и блока задержки, выход которого соединен с возбуждающим входом формирователя тормозных сигналов, а выход блока растормаживания — с его тормозным входом. Выход формирователя тормозных сигналов подключен к тормозным входам фильтров светового и темпового полупериодов пространственной частоты, Такая модель позволяет получить на выходе сигнал, зависящий от пространственной частоты стимулирующей решетки, движущейся в определенном направлении, что обес20 печивает возможность моделирования рецептивных полей зрительной системы, осуществляющих узкополосную пространственно-частотную фильтрацию изображений. Однако эта модель не позволяет моделировать

66!569

3 механизмы выделения размеров объектов и с достаточно высокой точностью измерять их. (1

4 ся объекта выходной сигнал первого «о!!»нейрона отсутствует и на первые входы сумматора 7 подается нулевой потенциал, запрещающий передачу вь3ходных сигналов возбужденных «оп»-нейронов на выход МоЦель изобретения — повыше«нйе точности моделирования нейронных структур. за счет моделирования -специализированных механизмов выделения размеров обЪектов в зрительной системе.

Эта цель достигается тем, что в предложенное устройство введена группа элементов ИЛИ, две группы пороговых сумматоров и второй формирователь тормозных сигналов. Выход каждого фотодиода линей ки подключен ко входам соответствующей пары «оп»- и «off»-нейронов. Йь>ходы первого и второго формирователей тормозных сигналов соединены с тормозными входами первой пары моделей «о!!»- и «oï»-нейронов соответственно. Выходы первой пары моделей «оп»- и ощей пары пороговых суммато) ов второй и первой групп соответственно. Выходы каждой пары пороговых сумм«атор6в подключены ко входам соответствующего элемента

ИЛИ группы Выходы элементов ИЛИ группы являются выходами устройСтва.

Структурная схема устройсгва приведена на чертеже.

Устройство содержит линейку фото liloдов ), модели «оп»-нейронов 2, реагиру>ощие на увеличение освещенности модели

«off»-нейронов 3, реагируюгцие на уменьшение освещенности, первый и второй 5 формирователи тормозных сигналбв, первую и втбр Зо " "гр >ппы г орбговых сумматоров и группу элементов ИЛИ 8, Устройство работает следующим образом. На фотодиоды воздействует движущееся изображение темного объе! та на" светлом фоне (отрицательный контраст) или светлого объекта на темном фоне (положительный кбнтраст). При выделенйи "размера темного объекта, движущегося на светлом фоне, светный фон, первоначально воздействуя на фотодиодный вход модели, выз,ывает возбуждение «ов»-нейронов 2. При этом на выходе «off»-нейронов 3 сигналы отсутствуют. Выходные сигналы всех «оп»-нейронов за исключением первого (со стороны движущегося объекта), поступают на первые входы сумматоров 7, а также на входы первого формирователя тормозньЫ сигналов 4, "->;. —.-" который при наличии сигналов на всех его входах формирует сигнал, поступающий на тормозный вход первого «off»-нейрона. благодаря этому, при затемнении первого фотодиода передним темным краем движущегодели. Передний темный край изображения при движении вдоль линейки фотодиодов вызывает последовательное возбуждение

«о!!»-нейронов, выходные сигналы которых поступают на первые входы сумматоров 6, а также на входы второго формирователя тормозных сигналов 5. Второй формирователь осуп>ест33ляет торможение первого «оп»10 нейрона только при наличии сигналов на всех его входах, т. е. при затемнении всех фотодиодов (в режиме выделения размера свсглого объекта на темном фоне).

Сигнал на выходе одного из сумматоров., 6 появляется, когда движущийся объект

15 своим задшгл (светлым) краем возбудит первый «оп»-нейрон и одновременно передним (темным) краем один из «off»-нейронов. При этом появляется сигнал на выходе сумматора 6, и возбуждается выход модели, соответствующий данному размеру объекта

На всех остальных выходах устройства спг

-налы отсутствуют..

Работа устройства в режиме выделения размера светлого объекта на темном фонс аналогична работе при выделении размера темного объекта на светлом фоне.

Переход с одного режима на другой осуществляется автоматически. При наличии на фотодиодном входе модслп свстлого фона формирователь 4, подкл>очепный к III>lxoдам «оп»-нейронов, тормозит первый «otf»нейрон, а при наличии темного фона, формировательль 5, подкл>о >ен ный к выходам

«off»-нейронов тормозит первый «оп»-нейрон, Выделение размера светлого обьекта, движущегося на темном фоне, происходит при

35 одновременном срабатывании первого «о3!»нейрона и одного из «оп»-нейронов.

В зависимости от размера объекта выходной сигнал модели формируется одним из сумматоров 7 и через элемент ИЛИ 8 поступает на соответствующий выход устр<>йств;3.

Введение новых структурных элементов и связей между ними позволяет с достаточно вьlñ«>êî33 тОчностью моделировать механизмы выделения размеров объектов в зри40

45 тельной системе. Устройство может быть применено для моделирования -механизмов псрераоотки зрительной информации в реальных нейронных структурах, а также в системах автоматического анализа изображений, например s «сенсорных системах» рс! бото в.

55

Форлщла изобретения

Устройство для моделирования нейронных структур зрительной системы, содержа>«» »>И > ь «

»>«фф>«>>«й м«М ..:, ;. ;>,. «" 4;=3«««:-;мха««««щи;.:;«.,-«!»>л - -. к>3 Я>> «>« ..-, " ., «>«Мыйрь>«>>»«>.=:. > « >«««Л>. ., «>Ъ« ъ >3«.- > «;, ; >.>«ь"... «. ;>> @-:. « =-!

661569

Составитель А. Яицков

Редактор Л. Утехина Техред О. Луговая Корректор Е. Лукач

Заказ 2479/52 Тираж 779 Подписное

ЦН И И ПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений н открытий

113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5, Филиал ППП «Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4

5 щее линейку фотодиодов, модели «оп»- и

«оИ»-нейронов и первый формирователь тормозных сигналов, отличающееся тем, что, с целью повышения точности моделирования, в него введены группа элементов И,ЛИ, две 5 группы пороговых сумматоров и ьторой формирователь тормозных сигналов, выход каждого фотодиода линейки подключен к входам соответствующей пары моделей «оп»- и

«оИ»-нейронов, выходы первого и второго формирователей тормозных сигналов соединены с тормозными входами первой пары моделей «off»- и «оп»-нейронов соответственно, выходы первой пары моделей «оп»и «off»-нейронов подключены к первым входам первой и второй групп пороговых сумма- 15 торов соответственно, выходы каждой паI

1-3

I

1 1

l

6 ры остальных моделей «оп»- и «off»-нейронов соединены с входами первого и второго формирователей тормозных сигналов и с вторыми входами соответствующей пары пороговых сумматоров второй и первой групп соответственно, выходы каждой пары пороговых сумматоров подключены ко входам соответствующего элемента И г1 И группы, выходы элементов ИЛ И группы являются выходами устройства.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Позин Н. В. Моделирование нейронных структур. М., «Hayxa», 1970, с. 25.

2. Заявка № 2188755/24, кл. G 06 G 7/60, 21.09.76, по которой принято решение о выдаче авторского свидетельства.