[go: up one dir, main page]
More Web Proxy on the site http://driver.im/

RU2730179C1 - Associative pattern recognition device - Google Patents

Associative pattern recognition device Download PDF

Info

Publication number
RU2730179C1
RU2730179C1 RU2019128209A RU2019128209A RU2730179C1 RU 2730179 C1 RU2730179 C1 RU 2730179C1 RU 2019128209 A RU2019128209 A RU 2019128209A RU 2019128209 A RU2019128209 A RU 2019128209A RU 2730179 C1 RU2730179 C1 RU 2730179C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
elements
transmitting
storage
graph
control unit
Prior art date
Application number
RU2019128209A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Валерий Никонорович Кучуганов
Original Assignee
Валерий Никонорович Кучуганов
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Валерий Никонорович Кучуганов filed Critical Валерий Никонорович Кучуганов
Priority to RU2019128209A priority Critical patent/RU2730179C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2730179C1 publication Critical patent/RU2730179C1/en

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06FELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F18/00Pattern recognition
    • G06F18/20Analysing
    • G06F18/24Classification techniques
    • G06F18/241Classification techniques relating to the classification model, e.g. parametric or non-parametric approaches
    • G06F18/2413Classification techniques relating to the classification model, e.g. parametric or non-parametric approaches based on distances to training or reference patterns
    • G06F18/24147Distances to closest patterns, e.g. nearest neighbour classification
    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06VIMAGE OR VIDEO RECOGNITION OR UNDERSTANDING
    • G06V10/00Arrangements for image or video recognition or understanding
    • G06V10/70Arrangements for image or video recognition or understanding using pattern recognition or machine learning
    • G06V10/74Image or video pattern matching; Proximity measures in feature spaces
    • G06V10/75Organisation of the matching processes, e.g. simultaneous or sequential comparisons of image or video features; Coarse-fine approaches, e.g. multi-scale approaches; using context analysis; Selection of dictionaries

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Computer Vision & Pattern Recognition (AREA)
  • Evolutionary Computation (AREA)
  • Data Mining & Analysis (AREA)
  • Artificial Intelligence (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Evolutionary Biology (AREA)
  • Bioinformatics & Computational Biology (AREA)
  • Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Computing Systems (AREA)
  • Databases & Information Systems (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Medical Informatics (AREA)
  • Software Systems (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Image Analysis (AREA)

Abstract

FIELD: physics.SUBSTANCE: invention relates to automatics and computer engineering and can be used in systems for automatic recognition of images with a complex structure: images of objects, models of situations and other data presented in the form of attributive graphs or semantic networks - sets of interconnected structural elements specified by feature sets (vectors). Associative recognition device has a data input device, a control unit, an output device and a matrix of storage elements connected by a data bus and instructions with a control unit. Device additionally contains a matrix of transmitting elements connected by a command bus to a matrix of storage elements, and each transmitting element is connected by buses of commands to the nearest neighbouring transmitting elements.EFFECT: technical result of present invention is high reliability of recognizing images with complex structure such that for each structural element of image requires its own set of characteristic values - its own storage element.3 cl, 13 dwg, 2 tbl

Description

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано в системах автоматического распознавания образов со сложной структурой: изображений объектов, моделей ситуаций и других данных, представленных в виде атрибутивных графов или семантических сетей - совокупностей связанных между собой структурных элементов, заданных наборами (векторами) признаков.The invention relates to automation and computer technology and can be used in systems for automatic recognition of images with a complex structure: images of objects, models of situations and other data presented in the form of attributive graphs or semantic networks - sets of interconnected structural elements specified by sets (vectors) signs.

Известно устройство для распознавания образов, содержащее группу умножителей на весовые коэффициенты, входы которых являются входами устройства, параллельный сумматор, входы которого соединены к выходами умножителей на весовые коэффициенты, и блок вычисления активационной функции, вход которого соединен с выходом параллельного сумматора, а выход - является выходом устройства [Редько В.Г. Эволюция, нейронные сети, интеллект: Модели и концепции эволюционной кибернетики. М.: КомКнига, 2006, стр. ис. 5.1].A device for pattern recognition is known, which contains a group of multipliers by weight coefficients, the inputs of which are the inputs of the device, a parallel adder, the inputs of which are connected to the outputs of the multipliers by the weight coefficients, and an activation function calculation unit, the input of which is connected to the output of a parallel adder, and the output is the output of the device [Redko V.G. Evolution, Neural Networks, Intelligence: Models and Concepts of Evolutionary Cybernetics. M .: KomKniga, 2006, p. Is. 5.1].

Недостатком этого устройства является неудовлетворительная надежность распознавания образов со сложной структурой, т.к. входными данными служит N-мерный вектор признаков целостного образа без учета связей между его структурными элементами.The disadvantage of this device is the unsatisfactory reliability of pattern recognition with a complex structure. the input data is an N-dimensional vector of features of a holistic image without taking into account the connections between its structural elements.

Известно также устройство ассоциативного распознавания, содержащее первый параллельный сумматор и первый блок вычисления активационной функции, вход которого соединен с выходом первого параллельного сумматора, а выход - является первым выходом устройства ассоциативного распознавания, Р-1 параллельных сумматоров со второго по Р-ый, Р-1 блоков вычисления активационной функции со второго по Р-ый, входы каждого из которых соединены с выходами одноименных параллельных сумматоров, а выходы являются одноименными выходами устройства ассоциативного распознавания, а также Р групп с первой по Р-ую блоков формирования значений функций принадлежности, выходы каждой из которых соединены с входами одноименных параллельных сумматоров, при этом, каждая из Р групп блоков формирования значений функций принадлежности содержит K блоков формирования значений функций принадлежности с первого по K-ый, входы каждого из которых соединены с входами одноименных блоков значений функций принадлежности каждой из других групп из Р групп блоков формирования значений функций принадлежности и являются входами устройства ассоциативного распознавания (RU 2342702 C2, МПК G06K 9/62, 27/06/2008).It is also known an associative recognition device containing a first parallel adder and a first activation function calculation unit, the input of which is connected to the output of the first parallel adder, and the output is the first output of the associative recognition device, P-1 parallel adders from the second to the P-th, P- 1 blocks for calculating the activation function from the second to the P-th, the inputs of each of which are connected to the outputs of the same-name parallel adders, and the outputs are the outputs of the same name of the associative recognition device, as well as P groups from the first to the P-th blocks for forming the values of membership functions, the outputs of each of which are connected to the inputs of the same name parallel adders, while each of the P groups of blocks for forming the values of membership functions contains K blocks for forming the values of membership functions from the first to the Kth, the inputs of each of which are connected to the inputs of the same blocks of values of the membership functions of each of the other These groups of P groups of blocks for forming the values of membership functions and are the inputs of the associative recognition device (RU 2342702 C2, IPC G06K 9/62, 27/06/2008).

Недостатком этого устройства также является неудовлетворительная надежность распознавания образов со сложной структурой, поскольку оно ориентировано на представление образов как целостных, и не учитывает связи между его структурными элементами.The disadvantage of this device is also the unsatisfactory reliability of recognition of patterns with a complex structure, since it is focused on the representation of images as holistic, and does not take into account the relationship between its structural elements.

Известно также устройство ассоциативного распознавания, содержащее Р блоков вычисления активационной функции и Р групп блоков формирования значений функций принадлежности, при этом каждая из Р групп блоков формирования значений функций принадлежности содержит K блоков формирования значений функций принадлежности, входы каждого из которых соединены с входами одноименных блоков значений функций принадлежности каждой из других групп из Р групп блоков формирования значений функций принадлежности и являются входами устройства ассоциативного распознавания, отличающееся тем, что введены Р групп блоков умножителей на весовые коэффициенты, каждая из которых содержит K блоков умножителей на весовые коэффициенты, входы каждого из которых соединены с выходами соответствующих блоков формирования значений функции принадлежности из Р групп блоков формирования функции принадлежности, а выходы соединены с соответствующими входами Р блоков выделения максимального сигнала, а выходы каждого из Р блоков выделения максимального сигнала соединены с входом соответствующего блока вычисления активационной функции из Р блоков вычисления активационной функции (RU 2504837 C1, МПК G06K 9/62, 20/01/2014).It is also known an associative recognition device containing P blocks for calculating the activation function and P groups of blocks for generating values of membership functions, while each of the P groups of blocks for generating values of membership functions contains K blocks for generating values of membership functions, the inputs of each of which are connected to the inputs of the same blocks of values membership functions of each of the other groups of P groups of blocks for forming the values of membership functions and are the inputs of an associative recognition device, characterized in that P groups of blocks of multipliers by weight coefficients are introduced, each of which contains K blocks of multipliers by weight coefficients, the inputs of each of which are connected with the outputs of the corresponding blocks for forming the values of the membership function from P groups of blocks for forming the membership function, and the outputs are connected to the corresponding inputs of the P blocks for extracting the maximum signal, and the outputs of each of the P blocks are divisions of the maximum signal are connected to the input of the corresponding block for calculating the activation function from P blocks for calculating the activation function (RU 2504837 C1, IPC G06K 9/62, 20/01/2014).

Недостатком этого устройства также является неудовлетворительная надежность распознавания образов со сложной структурой, поскольку оно ориентировано на представление образов в виде N-мерных векторов признаков без учета взаимосвязей между его структурными элементами.The disadvantage of this device is also the unsatisfactory reliability of pattern recognition with a complex structure, since it is focused on the representation of patterns in the form of N-dimensional feature vectors without taking into account the relationships between its structural elements.

Известные устройства ассоциативного распознавания содержат в качестве основного блока матрицу запоминающих элементов, где каждый элемент хранит свой набор (вектор) значений признаков, характеризующих некоторый образ. В случаях, когда требуется распознавать образы со сложной структурой, применяют многослойную организацию по типу искусственных нейронных сетей, где все элементы каждого последующего слоя связаны со всеми элементами предыдущего слоя. При подходе, реализованном в сверточных нейронных сетях, используется разреженная структура с локальными областями связей между слоями. В этом случае число связей между элементами уменьшается, но существенно возрастает (до нескольких десятков) число слоев.Known associative recognition devices contain, as the main unit, a matrix of storage elements, where each element stores its own set (vector) of feature values that characterize a certain image. In cases where it is required to recognize images with a complex structure, a multilayer organization like artificial neural networks is used, where all elements of each subsequent layer are connected with all elements of the previous layer. The approach implemented in convolutional neural networks uses a sparse structure with local areas of connections between layers. In this case, the number of bonds between the elements decreases, but the number of layers increases significantly (up to several tens).

Общим недостатком таких устройств является необходимость создания большого количества связей и длительного обучения для настройки их весовых коэффициентов [Николаенко С., Кадурин А., Архангельская Е. Глубокое обучение. - СПб.: Питер, 2018. - 480 с., ил.].A common disadvantage of such devices is the need to create a large number of connections and long-term training to adjust their weights [Nikolaenko S., Kadurin A., Arkhangelskaya E. Deep learning. - SPb .: Peter, 2018. - 480 p., Ill.].

Техническим результатом настоящего изобретения является повышение надежности распознавания образов со сложной структурой таких, что для каждого структурного элемента образа требуется свой набор значений признаков - свой запоминающий элемент. Надежность распознавания повышается за счет передающих элементов, которые осуществляют подготовку к сравнению с очередным элементом анализируемого образа только тех запоминающих элементов эталонных образов, которые соединены передающими элементами с запоминающими элементами, совпавшими на предыдущем шаге сопоставления образов со сложной структурой. Другим техническим результатом изобретения является отсутствие необходимости перепрограммирования или переобучения при смене эталонных образов, поскольку связи между заданными запоминающими элементами устанавливаются через цепочки таких передающих элементов, которые не заняты другими связями. Благодаря тому, что передающие элементы соединены только с ближайшими соседними передающими элементами, возможна их реализация на БИС или СБИС.The technical result of the present invention is to improve the reliability of pattern recognition with a complex structure such that each structural element of the image requires its own set of feature values - its own storage element. The recognition reliability is increased due to the transmitting elements, which prepare for comparison with the next element of the analyzed image only those storage elements of the reference images that are connected by the transmitting elements with the storage elements that coincided in the previous step of matching images with a complex structure. Another technical result of the invention is the absence of the need for reprogramming or retraining when changing the reference images, since the connections between the given storage elements are established through chains of such transmitting elements that are not occupied by other connections. Due to the fact that the transmitting elements are connected only with the nearest neighboring transmitting elements, their implementation on a LSI or VLSI is possible.

Указанный технический результат достигается тем, что устройство ассоциативного распознавания, содержащее устройство ввода данных, блок управления, устройство вывода и матрицу запоминающих элементов, связанную шиной данных и команд с блоком управления, отличается от известных аналогов тем, что дополнительно содержит матрицу передающих элементов, связанную шиной команд с матрицей запоминающих элементов, а каждый передающий элемент связан шинами команд с ближайшими соседними передающими элементами.The specified technical result is achieved in that the associative recognition device comprising a data input device, a control unit, an output device and a matrix of memory elements connected by a data and command bus to the control unit differs from the known analogs in that it additionally contains a matrix of transmitting elements connected by a bus instructions with a matrix of storage elements, and each transmitting element is connected by command buses with the nearest neighboring transmitting elements.

Конструкция устройства поясняется чертежами, где приведены схемы, изображающие следующее:The design of the device is illustrated by drawings, which show diagrams showing the following:

- на фиг. 1 представлен общий вид устройства;- in Fig. 1 shows a general view of the device;

- на фиг. 2 показано расположение элементов в матрицах запоминающих элементов и передающих элементов;- in Fig. 2 shows the arrangement of elements in arrays of storage elements and transmission elements;

- на фиг. 3 показаны направления продвижения сигналов передающими элементами при гексагональном расположении элементов в матрицах;- in Fig. 3 shows the directions of signal propagation by transmitting elements with a hexagonal arrangement of elements in the matrices;

- на фиг. 4 изображена схема концевого элемента Связи- in Fig. 4 shows a diagram of the end element Coupling

- на фиг. 5 приведена схема коннектора концевых элементов связи запоминающего элемента;- in Fig. 5 shows a diagram of the connector of the end communication elements of the storage element;

- на фиг. 6 изображена схема промежуточного элемента связи;- in Fig. 6 shows a diagram of an intermediate communication element;

- на фиг. 7 приведена схема коннектора промежуточных элементов связи;- in Fig. 7 shows a diagram of a connector of intermediate communication elements;

- на фиг. 8 показана схема запоминающего элемента;- in Fig. 8 shows a diagram of a memory element;

- на фиг. 9 даны примеры рукописных букв, на которых поясняется работа устройства для распознавания образов, состоящих из структурных элементов;- in Fig. 9 shows examples of handwritten letters that explain the operation of a pattern recognition device consisting of structural elements;

- на фиг. 10 показаны возможные точки соединения структурных элементов рукописных букв;- in Fig. 10 shows possible points of connection of structural elements of handwritten letters;

- на фиг. 11 изображено состояние матриц запоминающих и передающих элементов после записи эталонного образа буквы «m»;- in Fig. 11 shows the state of the matrices of storage and transmitting elements after recording the reference image of the letter "m";

- на фиг. 12 представлена панель для описания структурных элементов букв компьютерной программы, в которой была промоделирована работа устройства на обычном персональном компьютере;- in Fig. 12 shows a panel for describing the structural elements of the letters of a computer program, in which the operation of the device on a conventional personal computer was simulated;

- на фиг. 13 представлена панель для описания конструкций рукописных букв из структурных элементов, а также результаты распознавания букв в слитном рукописном тексте с помощью аппаратно-программного комплекса, с помощью которого была промоделирована работа устройства.- in Fig. 13 shows a panel for describing the designs of handwritten letters from structural elements, as well as the results of recognizing letters in a continuous handwritten text using a hardware-software complex with which the operation of the device was simulated.

Устройство ассоциативного распознавания содержит устройство ввода данных 1, блок управления 2, устройство вывода 3, матрицу запоминающих элементов 4 и матрицу передающих элементов 5. Выход 6 (эталонные образы) и выход 7 (анализируемый, он же распознаваемый образ) устройства ввода данных 1 связаны со входами блока управления 2. Блок управления 2 связан шиной данных и команд 10 с матрицей запоминающих элементов 4, который связан шиной команд 11 с матрицей передающих элементов 5. Выход 8 (список соответствий между структурными элементами) и выход 9 (оценка сходства) блока управления 2 связаны с устройством вывода 3.The associative recognition device contains a data input device 1, a control unit 2, an output device 3, a matrix of storage elements 4 and a matrix of transmitting elements 5. Output 6 (reference images) and output 7 (analyzed, it is also a recognizable image) of the data input device 1 are connected to the inputs of the control unit 2. The control unit 2 is connected by the data and command bus 10 with the matrix of storage elements 4, which is connected by the command bus 11 with the matrix of transmitting elements 5. Output 8 (list of correspondences between structural elements) and output 9 (similarity assessment) of control unit 2 associated with output device 3.

В качестве устройства ввода данных может быть использовано какое-либо оптическое устройство, включающее микропроцессор для формирования информативных признаков распознаваемых объектов. Блок управления и устройство вывода - это персональный компьютер или другое вычислительное устройство и принтер. Матрица запоминающих элементов может быть реализована на микропроцессорах, матрица передающих элементов - на интегральных схемах (БИС или СБИС).Any optical device including a microprocessor for generating informative features of recognized objects can be used as a data input device. A control unit and output device is a personal computer or other computing device and printer. The matrix of storage elements can be implemented on microprocessors, the matrix of transmitting elements - on integrated circuits (LSI or VLSI).

Работа устройства описывается на примере гексагонального размещения активных элементов (Фиг. 2). Гексагональный растр более экономичен по количеству связей с соседними элементами по сравнению с ортогональным растром.The operation of the device is described using the example of the hexagonal arrangement of active elements (Fig. 2). A hexagonal raster is more economical in terms of the number of links to neighboring elements than an orthogonal raster.

Запоминающий элемент (ЗЭ) содержит собственно запоминающий элемент и коннектор его концевых элементов связи 12 (КЭС).The storage element (ZE) contains the storage element itself and the connector of its terminal communication elements 12 (CES).

Передающий элемент (ПЭ) - это промежуточные элементы связи (ПЭС) и коннектор промежуточных элементов связи 13.The transmitting element (PE) is the intermediate communication elements (PES) and the connector of the intermediate communication elements 13.

При гексагональном размещении активных элементов каждый ЗЭ связан с помощью коннектора с шестью КЭС, а каждый передающий элемент имеет 9 ПЭС и коннектор, организующий передачу сигналов через них (фиг. 2).With the hexagonal arrangement of active elements, each GE is connected by means of a connector with six KES, and each transmitting element has 9 PES and a connector that organizes the transmission of signals through them (Fig. 2).

Принцип установления связи между двумя запоминающими элементами (вершинами графа) заключается в поиске кратчайшего пути через незанятые элементы связи. С этой целью из обоих соединяемых ЗЭ исходят сигналы к их концевым элементам связи (фиг. 3а). От первого ЗЭ идет первичная волна, которая продвигается промежуточными элементами связи в 3 направления, ближайших по ходу волны (фиг. 3б, 3в), пока не дойдет до КЭС, примыкающего ко второму соединяемому ЗЭ. После этого, уже как вторичная волна, она возвращается обратно к первому ЗЭ, проходя и устанавливая в качестве элемента ребра графа на каждом шаге только один из возможных элементов связи, через которые прошла первичная волна.The principle of establishing a connection between two storage elements (graph vertices) is to find the shortest path through unoccupied communication elements. For this purpose, signals are emitted from both connected GEs to their end coupling elements (Fig. 3a). From the first SE there is a primary wave, which is advanced by intermediate communication elements in 3 directions closest along the wave (Fig. 3b, 3c) until it reaches the CES adjacent to the second connected SE. After that, already as a secondary wave, it returns back to the first GE, passing and setting as an element of the graph edge at each step only one of the possible communication elements through which the primary wave passed.

Концевой элемент связи (КЭС) соединяет вершину графа с ребром графа, т.е. является началом или концом цепочки элементов связи, составляющих ребро графа.A terminal link element (CES) connects the vertex of the graph with the edge of the graph, i.e. is the beginning or end of the chain of link elements that make up the edge of the graph.

Схема концевого элемента связи изображена на фиг. 4.A schematic of the end coupling is shown in FIG. 4.

В режиме установления ребра графа КЭС работает следующим образом:In the mode of establishing the edge of the graph, the IES works as follows:

1. Из запоминающих элементов (ЗЭ), отображающих две связываемые вершины графа, исходят сигналы w01 и w02: w01 - на шесть КЭС, примыкающих к первому ЗЭ, w02 - на шесть КЭС, примыкающих ко второму ЗЭ (Фиг. 3а).1. From the memory elements (ZE), displaying two connected vertices of the graph, the signals w 01 and w 02 are emitted : w 01 - to six CESs adjacent to the first ZE, w 02 - to six CESs adjacent to the second ZE (Fig. 3a ).

2. Сигнал w01 из ЗЭ1 запускает первичную волну установления ребра. Он проходит через элемент И1 в том случае, если данный КЭС еще не включился в состав какого-либо другого ребра графа, о чем сигнализирует триггер Т2. Включается триггер Т01, указывающий, что первичная волна прошла через данный КЭС, а формирователь Ф1 продвигает ее на соседний передающий элемент связи (ПЭС), находящийся в соответствующем направлении по отношению к данному КЭС.2. Signal w 01 from ZE 1 triggers the primary wave of edge establishment. It passes through the element I1 in the event that this IES has not yet been included in the composition of any other edge of the graph, which is signaled by the trigger T2. The T01 trigger is turned on, indicating that the primary wave has passed through this IES, and the F1 shaper advances it to the adjacent transmitting communication element (PES) located in the appropriate direction with respect to this IES.

3. Сигнал w02 из второго связываемого ЗЭ, проходя через элемент И2 при условии, что данный КЭС не занят другим ребром (триггер Т2), включает триггер Т02, указывающий, что здесь должна закончиться первичная волна.3. The signal w 02 from the second connected SE, passing through the element I2, provided that this CES is not occupied by another edge (trigger T2), turns on the trigger T02, indicating that the primary wave should end here.

4. Когда первичная волна приходит на вход bвх такого концевого элемента связи, который подготовлен сигналом w02, она проходит через элемент И3 и переключает триггер Т2 в состояние, указывающее, что этот КЭС вошел в состав ребра графа. При этом формирователь Ф2 через cвых начинает вторичную волну, которая пойдет обратно в направлении ЗЭ1. Таким образом, КЭС, примыкающий к ЗЭ2, окончательно включился в состав формируемого ребра графа, а запущенная им вторичная волна включит в ребро промежуточные элементы связи, через которые прошла первичная волна, и КЭС, примыкающий к ЗЭ1.4. When the primary wave arrives at the input bin of such a terminal coupler, which is prepared by the signal w02, it passes through the element I3 and switches the T2 trigger to a state indicating that this CES is part of the graph edge. In this case, the shaper F2 through cout begins a secondary wave, which will go back in the direction of ZE1. Thus, the CES, adjacent to ZE2, is finally included in the composition of the formed edge of the graph, and the secondary wave launched by it will include in the edge intermediate communication elements through which the primary wave passed, and the CES adjacent to ZE1.

5. Когда вторичная волна приходит на вход dвх исходного КЭС, примыкающего к первой из соединяемых вершин (см. п. 2), т.е. в котором включен триггер Т01, она включает данный КЭС в состав ребра графа с помощью формирователя Ф3 и передает на блок управления (БУ) сигнал «Связь есть», чтобы завершить процесс установления связи.5. When the secondary wave arrives at the input din of the original CES, adjacent to the first of the connected vertices (see item 2), i.e. in which the trigger T01 is turned on, it includes this IES in the composition of the edge of the graph with the help of the F3 generator and transmits the signal "Connection is" to the control unit (CU) to complete the process of establishing communication.

В режиме сравнения графов при включенном триггере Т2 (признак принадлежности ребру графа) работают каналы:In the graph comparison mode, when the T2 trigger is on (a sign of belonging to a graph edge), the following channels work:

Figure 00000001
Figure 00000001

Figure 00000002
Figure 00000002

Через них осуществляется подготовка (активизация) тех ЗЭ (вершин графа), которые связаны цепочками элементов связи с ЗЭ, совпавшими на текущем шаге сравнения.Through them, the preparation (activation) of those GEs (vertices of the graph) is carried out, which are connected by chains of communication elements with the GEs that coincided at the current step of comparison.

Коннектор концевых элементов связи запоминающего элемента. Коннектор КЭС запоминающего элемента организует работу концевых элементов связи, через которые данный ЗЭ может быть соединен с другими ЗЭ (фиг. 5).The connector of the storage element communication end elements. The IES connector of the storage element organizes the operation of the terminal communication elements, through which this GE can be connected to other GEs (Fig. 5).

Через шину

Figure 00000003
на коннектор приходят сигналы первичной волны при установлении связи между соединяемыми запоминающими элементами, через
Figure 00000004
- сигналы вторичной волны. Выходят сигналы первичной и вторичной волн через шины связи
Figure 00000005
и
Figure 00000006
соответственно. Шины
Figure 00000007
и
Figure 00000008
работают в режиме сопоставления графов, когда требуется участие ребер графа.Through the bus
Figure 00000003
signals of the primary wave arrive at the connector when a connection is established between the connected storage elements, through
Figure 00000004
- signals of the secondary wave. Primary and secondary waveforms are output via communication buses
Figure 00000005
and
Figure 00000006
respectively. Tires
Figure 00000007
and
Figure 00000008
work in the graph matching mode when the participation of the graph edges is required.

Первичная волна начинается сигналом W01 из запоминающего элемента (ЗЭ), которому принадлежит данный коннектор. Она попадает на все КЭС коннектора и проходит через те КЭС, которые еще не включились в состав каких-либо цепочек элементов связи, отображающих ребра графа.The primary wave begins with a signal W01 from the memory element (ZE) to which this connector belongs. It gets to all IESs of the connector and passes through those IESs that have not yet been included in any chains of communication elements that represent the edges of the graph.

Когда первичная волна приходит со стороны соседних промежуточных элементов связи (сигнал

Figure 00000003
) на коннектор второй соединяемой вершины, где сигналом W02 в КЭС включены триггеры Т02, она через элемент ИЛИ1 включает дешифратор, который поочередно открывает свои элементы связи.When the primary wave comes from adjacent intermediate couplers (signal
Figure 00000003
) to the connector of the second connected vertex, where the T02 triggers are switched on by the signal W02 in the IES, it turns on the decoder through the OR1 element, which alternately opens its communication elements.

Как только первичная волна попадает на КЭС, где включен триггер окончания ребра, сигнал t2 из нее через элемент ИЛИ2 выключит дешифратор, тем самым не давая возможности другим КЭС этого коннектора включиться в состав ребра графа. Тогда вторичная волна пойдет обратно только из одного КЭС.As soon as the primary wave hits the IES, where the edge end trigger is turned on, the signal t2 from it through the OR2 element will turn off the decoder, thereby preventing other IESs of this connector from being included in the graph edge. Then the secondary wave will go back from only one IES.

Заканчивается процесс установления ребра графа когда вторичная волна вернется на

Figure 00000009
и с помощью дешифратора попадет в один из тех КЭС, где стартовала первичная волна.The process of establishing the edge of the graph ends when the secondary wave returns to
Figure 00000009
and with the help of a decoder it will get into one of those IESs where the primary wave started.

Схема промежуточного элемента связи (ПЭС) изображена на фиг. 6.The circuit of the intermediate coupling element (PES) is shown in Fig. 6.

В режиме установления ребра графа ПЭС работает следующим образом. Первичная волна из КЭС, примыкающего к ЗЭ1 в зависимости от направления ее движения, которое определяется коннектором передающих элементов связи (фиг. 7), приходит на а вх или bвх и продвигается данным ПЭС на а вых или bвых соответственно. Включившийся при этом триггер Т1 показывает, что прошла первичная волна. Вторичная волна из КЭС, примыкающего к ЗЭ2, приходит на cвх или dвх и, если включен Т1, включает данный ПЭС в состав цепочки элементов связи, отображающей ребро ЗЭ1 - ЗЭ2 графа, путем включения Т2. При этом вторичная волна продвигается на cвых или dвых пока через такие же ПЭС не дойдет до КЭС, примыкающего к ЗЭ1:In the mode of establishing the edge of the graph, the TES works as follows. The primary wave from the CES adjacent to the ZE 1 , depending on the direction of its movement, which is determined by the connector of the transmitting communication elements (Fig. 7), arrives at a in or b in and is promoted by this TES at a out or b out, respectively. The triggered T1 trigger indicates that the primary wave has passed. The secondary wave from the CES, adjacent to the ZE 2 , arrives at c in or d in and, if T1 is on, includes this SES in the chain of coupling elements, displaying the edge of the ZE 1 - ZE 2 of the graph, by including T2. In this case, the secondary wave moves to c out or d out until through the same TECs it reaches the CES adjacent to ZE 1 :

1. Первичная волна W1 приходит на вход a вх. Начав свой путь от какого-то концевого элемента связи (см. выше), она проходит через элемент И1, если данный элемент связи еще не включен в состав какого-либо ребра графа (триггер Т2). При этом включается триггер Т1 - признак «Была первичная волна» и формирователь Ф1 продвигает ее далее через выход а вых и связанные с ним входы соседних ПЭС, передающих сигналы по трем ближайшим направлениям (фиг. 3б). В зависимости от направления движения волны, она может прийти на а вх или bвх и выйти через а вых или bвых соответственно. Если обозначить входы и выходы ПЭС запоминающего элемента как Bij, i=1…6, j=1…6, то волна идет от входа i к выходу j=i+3, или к выходу j=i+2, или к выходу j=i+4.1. The primary wave W1 comes to the input of a Rin. Starting its way from some terminal link element (see above), it passes through I1 element, if this link element is not yet included in the composition of any edge of the graph (trigger T2). In this case, the T1 trigger is turned on - the sign "There was a primary wave" and the F1 shaper advances it further through the output a out and the associated inputs of neighboring PES, transmitting signals in the three nearest directions (Fig. 3b). Depending on the direction of the wave movement, it can arrive at a in or b in and exit through a out or b out, respectively. If we designate the inputs and outputs of the PES of the storage element as B ij , i = 1 ... 6, j = 1 ... 6, then the wave goes from input i to output j = i + 3, or to output j = i + 2, or to output j = i + 4.

2. Когда из другого КЭС, который примыкает ко второму связываемому ЗЭ, начнет возвращаться вторичная волна W2, она идет по линии cвх - И5 - ИЛИ3 - Ф2 - И6 - cвых или dвх - И7 - ИЛИ3 - Ф2 - И8 - dвых. При этом, если данный ПЭС еще не включен в состав ребра графа (триггер Т2), но проходила волна W1 (триггер Т1), то формирователь Ф2 включает триггер установления связи Т2, сбрасывает триггер Т1 первичной волны и продвигает W2 далее.2. When the secondary wave W2 begins to return from another CES, which is adjacent to the second connected ZE, it goes along the line c in - I5 - OR3 - F2 - I6 - c out or d in - I7 - OR3 - F2 - I8 - d out . In this case, if this TES is not yet included in the graph edge (T2 trigger), but the W1 wave (T1 trigger) has passed, then the F2 shaper turns on the T2 trigger, resets the T1 trigger of the primary wave and advances W2 further.

3. Волна W2 должна уйти только на один из трех ПЭС, ближайших по направлению передачи сигнала, и на которых побывала волна W1. С этой целью на вход g поступает сигнал из коннектора передающих элементов связи (фиг. 7), который поочередно опрашивает свои ПЭС. Как только найдется такой ПЭС, в которой включен триггер T1, т.е. была первичная волна, формирователь Ф2 включит триггер установления связи Т2, а сигнал с выхода t2 сообщит об этом своему коннектору.3. Wave W2 should go only to one of the three TECs that are closest in the direction of signal transmission, and which were visited by wave W1. For this purpose, the input g receives a signal from the connector of the transmitting communication elements (Fig. 7), which interrogates its PES in turn. As soon as there is such a PES in which the T1 trigger is turned on, i.e. there was a primary wave, the shaper F2 will turn on the trigger of establishment of communication T2, and the signal from the output t 2 will inform its connector about it.

В режиме сравнения графов при включенном триггере Т2 (признак принадлежности ребру графа) работают каналы:In the graph comparison mode, when the T2 trigger is on (a sign of belonging to a graph edge), the following channels work:

Figure 00000010
Figure 00000010

Figure 00000011
Figure 00000011

Через них осуществляется подготовка (активизация) тех ЗЭ (вершин графа), которые связаны цепочками элементов связи с ЗЭ, совпавшими на текущем шаге сравнения.Through them, the preparation (activation) of those GEs (vertices of the graph) is carried out, which are connected by chains of communication elements with the GEs that coincided at the current step of comparison.

Коннектор промежуточных элементов связи. Коннектор ПЭС (фиг. 7) организует работу девяти промежуточных элементов связи (в случае гексагонального размещения активных элементов), расположенных в некотором узле гексагональной решетки и через которые ЗЭ могут быть соединены с другими ЗЭ.Connector for intermediate communication elements. The PES connector (Fig. 7) organizes the operation of nine intermediate coupling elements (in the case of a hexagonal arrangement of active elements) located at a certain node of the hexagonal lattice and through which the EGs can be connected to other EGs.

Через шину

Figure 00000012
на коннектор приходят сигналы первичной волны при установлении связи между соединяемыми запоминающими элементами, через
Figure 00000013
- сигналы вторичной волны. Выходят сигналы первичной и вторичной волн через шины связи
Figure 00000014
и
Figure 00000015
соответственно. Шины
Figure 00000016
и
Figure 00000017
работают в режиме сопоставления графов, когда требуется участие ребер графа.Through the bus
Figure 00000012
signals of the primary wave arrive at the connector when a connection is established between the connected storage elements, through
Figure 00000013
- signals of the secondary wave. Primary and secondary waveforms are output via communication buses
Figure 00000014
and
Figure 00000015
respectively. Tires
Figure 00000016
and
Figure 00000017
work in the graph matching mode when the participation of the graph edges is required.

Каждый ПЭС одного коннектора передает выходные сигналы в прямом и обратном направлении как показано на фиг. 3б, а коннектор распространяет один входной сигнал на три ПЭС в соответствии с фиг. 3в.Each PES of one connector carries output signals in the forward and reverse directions as shown in FIG. 3b, and the connector distributes one input signal to three PESs in accordance with FIG. 3c.

Сигналы первичной волны через шину

Figure 00000018
приходят на входы а вх или bвх промежуточных элементов связи в зависимости от направления ее движения (фиг. 3б) и выходят из них (а вых или bвых) через шину
Figure 00000019
данного коннектора на соответствующие входы шины
Figure 00000020
соседних коннекторов.Primary Wave Signals via Bus
Figure 00000018
come to the inputs a in or b in of intermediate communication elements, depending on the direction of its movement (Fig.3b) and leave them ( a out or b out ) through the bus
Figure 00000019
of this connector to the corresponding bus inputs
Figure 00000020
adjacent connectors.

Сигналы вторичной волны через шину

Figure 00000021
приходят на входы cвх или dвх промежуточных элементов связи и выходят из них (cвых или dвых) через шину
Figure 00000022
данного коннектора на соответствующие входы соседних коннекторов - на их шины
Figure 00000023
. При этом, чтобы вторичная волна уходила не на все три ближайших направления (фиг. 3в), а только на те ПЭС, на которых побывала первичная волна, дешифратор коннектора посылает сигнал на вход g своих ПЭС для опроса, была ли на них первичная волна. Дешифратор прекращает опрос, как только на ИЛИ2 поступит сигнал t2 из ПЭС, которая включилась в состав цепочки элементов, связывающих два запоминающих элемента.Secondary wave signals via bus
Figure 00000021
come to the inputs c in or d in of intermediate communication elements and leave them (c out or d out ) through the bus
Figure 00000022
of this connector to the corresponding inputs of adjacent connectors - to their buses
Figure 00000023
... In this case, in order for the secondary wave to go not to all three nearest directions (Fig.3c), but only to those PESs that were visited by the primary wave, the connector decoder sends a signal to the input g of its PESs to interrogate whether there was a primary wave on them. The decoder stops polling as soon as the signal t 2 arrives at OR2 from the PES, which is included in the chain of elements connecting two memory elements.

Запоминающий элемент (фиг. 8) служит для хранения в виде атрибутов (признаков) информации одной вершины эталонного графа GE и для сравнения этой информации с вершинами анализируемого графа GA, а также для установления связей между запоминающими элементами (ЗЭ), которые в эталонном графе соединены ребрами.The storage element (Fig. 8) is used to store in the form of attributes (features) information of one vertex of the reference graph G E and to compare this information with the vertices of the analyzed graph G A , as well as to establish connections between the storage elements (ZE), which in the reference graph are connected by edges.

Запоминающий элемент содержит 4 блока памяти:The storage element contains 4 memory blocks:

- собственные параметры;- own parameters;

- блок функциональных программ;- block of functional programs;

- атрибуты информации;- information attributes;

- ключи связи с другими ЗЭ, а также- communication keys with other GEs, and

- один пороговый элемент, срабатывающий при совпадении входной информации с информацией, хранящейся в ЗЭ.- one threshold element that is triggered when the input information matches the information stored in the GE.

В блоке собственных параметров хранятся:The block of own parameters stores:

1. Идентификатор (ID) запоминающего элемента - уникальный шифр элемента, отличающий его от других ЗЭ системы.1. The identifier (ID) of the storage element is a unique cipher of the element that distinguishes it from other GE systems.

2. Имя класса (Class) - тип структурного элемента эталонного образа. Используется когда образы состоят из нескольких разновидностей элементов, связанных между собой. Например, при запоминании и распознавании букв это могут быть палочки, крючки, петли, из которых составлены буквы.2. Class name (Class) - the type of the structural element of the reference image. It is used when the images consist of several kinds of elements connected with each other. For example, when memorizing and recognizing letters, these can be sticks, hooks, loops, from which letters are composed.

3. Состояние (Status) принимает значение {0, 1, 2, 3, 4, 5}, в зависимости от режима работы ЗЭ (0 - ЗЭ свободен, 1 - ЗЭ занят, 2, 3 - идет установление связи между элементами, 4 - связь установлена, 5 - идет сопоставление графов образов).3. The status (Status) takes the value {0, 1, 2, 3, 4, 5}, depending on the mode of operation of the ZE (0 - ZE is free, 1 - ZE is busy, 2, 3 - the connection between the elements is being established, 4 - the connection is established, 5 - the image graphs are being compared).

4. Признак готовности ЗЭ (Ready) к сравнению с очередной вершиной анализируемого графа. Принимает значения «Вкл/Выкл» (On/Off).4. The sign of the readiness of the ZE (Ready) for comparison with the next vertex of the analyzed graph. Accepts values "On / Off" (On / Off).

5. Признак совпадения (Match) данной вершины эталона с очередной вершиной анализируемого графа. Принимает значения «Вкл/Выкл» (On/Off).5. Sign of coincidence (Match) of the given vertex of the standard with the next vertex of the analyzed graph. Accepts values "On / Off" (On / Off).

Блок информационных атрибутов служит для хранения имен и значений атрибутов структурного элемента эталонного образа.The block of information attributes is used to store the names and values of the attributes of the structural element of the reference image.

Блок ключей связи связывает ЗЭ с другими ЗЭ, формируя структуру образа как совокупность взаимосвязанных элементов - граф, состоящий из вершин и ребер.The block of communication keys connects the GE with other GE, forming the image structure as a set of interconnected elements - a graph consisting of vertices and edges.

Блок функциональных программ содержит 3 программы, обеспечивающие работу запоминающего элемента:The block of functional programs contains 3 programs that ensure the operation of the memory element:

- прием и запоминание информации;- receiving and storing information;

- установление связей с другими ЗЭ;- establishing links with other GEs;

- сравнение информации ЗЭ с информацией очередной вершины анализируемого образа.- comparison of the GE information with the information of the next vertex of the analyzed image.

Функции ЗЭ реализуются тремя программами P1, Р2, Р3.ZE functions are implemented by three programs P1, P2, P3.

Р1. Прием и запоминание атрибутов. Запускается в состоянии Status=0:P1. Reception and memorization of attributes. Starts with Status = 0:

1. Установление (запоминание) класса вершины Class=<наименование типа вершины>, вершины разных типов могут иметь различные наборы атрибутов.1. Establishing (memorizing) the class of the vertex Class = <name of the vertex type>, vertices of different types can have different sets of attributes.

2. Прием и запоминание имен a 1, …, a N и значений v1, …, vN атрибутов.2. Reception and memorization of names a 1 ,…, a N and values v 1 ,…, v N attributes.

3. Переключение статуса ЗЭ в состояние Status=1 - ЗЭ занят.3. Switching the ZE status to the status Status = 1 - ZE is busy.

Р2. Установление связи. В большинстве прикладных задач сопоставления графов различаются входящие и исходящие дуги. Здесь для большей универсальности каждый ЗЭ, отображающий вершину графа имеет список начальных и список конечных адресов элемента. Эти адреса указывают на вершины, с которыми связана данная вершина. Можно их трактовать как списки исходящих и входящих дуг.P2. Establishing a connection. In most applied problems of graph matching, a distinction is made between incoming and outgoing arcs. Here, for greater versatility, each GE displaying the top of the graph has a list of start and a list of end addresses of the element. These addresses point to the vertices with which this vertex is associated. They can be interpreted as lists of outgoing and incoming arcs.

Сигналы Status=2 или Status=3 приходят из блока управления (БУ) одновременно на два связываемых ЗЭ эталонного графа образа. Сигнал Status=2 означает, что элемент, отображаемый данным ЗЭ, должен соединиться своим началом с другим ЗЭ, т.е. с началом или концом другого элемента в зависимости от того, какой из сигналов Status=2 или Status=3 придет на второй ЗЭ. Соответственно, если на данный ЗЭ приходит сигнал Status=3, он должен соединиться своим концом с началом или концом другого элемента.Signals Status = 2 or Status = 3 come from the control unit (CU) simultaneously to two connected GE reference image graphs. Signal Status = 2 means that the element displayed by this GE should connect its origin with another GE, i.e. with the beginning or end of another element, depending on which of the signals Status = 2 or Status = 3 will come to the second GE. Accordingly, if a Status = 3 signal comes to this GE, it must connect its end with the beginning or end of another element.

1. Команда Status=2 или Status=3 установления связи проходит через свободный (Gate=Off) выход g1, …, g3 или g4, …, g6, соответственно и распространяется элементами связи. Первичная волна через концевой элемент связи (КЭС) первого ЗЭ и промежуточные элементы связи (ПЭС) распространяется до КЭС второго ЗЭ. Оттуда возвращается вторичная волна через те ПЭС, через которые прошла первичная волна. Из КЭС первого ЗЭ она попадает на один из свободных входов g'1, …, g'3 или g'4, …, g'6 этого элемента соответственно. При этом задействованные элементы связи включаются как занятые.1. Command Status = 2 or Status = 3 of communication establishment passes through the free (Gate = Off) output g 1 , ..., g 3 or g 4 , ..., g 6 , respectively, and is propagated by the communication elements. The primary wave through the terminal coupling element (CES) of the first SE and intermediate communication elements (PES) propagates to the CES of the second SE. From there, the secondary wave returns through those TECs through which the primary wave passed. From the CES of the first ZE it gets to one of the free inputs g ' 1 ,…, g' 3 or g ' 4 ,…, g' 6 of this element, respectively. In this case, the involved communication elements are included as busy.

2. Запоминание (включение) соответствующей связи Gatek=On.2. Memorizing (turning on) the corresponding connection Gate k = On.

3. Переключение ЗЭ в Status=4 - связь установлена.3. Switching ZE to Status = 4 - communication is established.

Р3. Сравнение. Запускается, если запоминающий элемент готов к сравнению (Ready=On) путем установления его в состояние Status=5:P3. Comparison. Triggered if the storage element is ready for comparison (Ready = On) by setting it to Status = 5:

1. Из блока управления на входы всех ЗЭ одновременно поступает наименование C типа, имена x1, …, xN и значения y1, …, yN атрибутов искомой (сравниваемой) вершины анализируемого графа GA. Если на пороговом элементе какого-то ЗЭ эталонного графа GE произошло совпадение с типом и атрибутами этого ЗЭ, то включается признак совпадения Match=On.1. From the control unit to the inputs of all GEs, the name of the C type, the names x 1 ,…, x N and the values y 1 ,…, y N of the attributes of the sought (compared) vertex of the analyzed graph G A are simultaneously received. If on the threshold element of some GE of the reference graph G E there is a coincidence with the type and attributes of this GE, then the Match = On match flag is turned on.

2. Совпавший ЗЭ активизирует связанные с ним ЗЭ, посылая сигнал через свои включенные связующие выходы g1, …, gM. Этот сигнал проходит через включенные элементы связи на соответствующий вход g'1, …, g'M связанного ЗЭ и активизирует его путем включения признака готовности Ready=On.2. The matched GE activates the associated GE by sending a signal through its switched on connecting outputs g 1 , ..., g M. This signal passes through the included coupling elements to the corresponding input g ' 1 , ..., g' M of the connected GE and activates it by turning on the Ready = On indicator.

За счет этого очередная вершина анализируемого графа будет сравниваться только с теми вершинами эталонного графа, которые связаны с предыдущей совпавшей вершиной, тем самым сокращая количество случайных совпадений.Due to this, the next vertex of the analyzed graph will be compared only with those vertices of the reference graph that are connected with the previous coincident vertex, thereby reducing the number of random matches.

Блок управления обеспечивает работу устройства, осуществляя запись информации эталонного графа в матрицы запоминающих элементов (вершин графа) и передающих элементов (ребер графа), управляет их работой в процессе установления связей и сопоставления графов, вычисляет оценку сходства с помощью соответствующих программ PN1, PN2, PN3.The control unit ensures the operation of the device by recording the information of the reference graph into the matrices of storage elements (graph vertices) and transmitting elements (graph edges), controls their operation in the process of establishing connections and matching graphs, calculates the similarity score using the corresponding programs PN1, PN2, PN3 ...

PN1. Запись информации эталонного графа.PN1. Recording information of the reference graph.

1. Запись в запоминающие элементы (ЗЭ) имен классов и атрибутов вершин графа. Информация очередной вершины графа заносится в первый попавший свободный (Status=0) ЗЭ. Переключение состояния ЗЭ в Status=1.1. Writing to the storage elements (ZE) the names of classes and attributes of the graph vertices. The information of the next vertex of the graph is entered into the first free (Status = 0) GE. Switching the state of the ZE to Status = 1.

2. Установление связей между ЗЭ, отображающими вершины графа, которые связаны ребром. Команды Status=2 или Status=3 одновременно поступают на два связываемых ЗЭ.2. Establishing connections between the ZE, representing the vertices of the graph, which are connected by an edge. Commands Status = 2 or Status = 3 are simultaneously sent to two connected ZEs.

3. При получении ответа Status=4 (связь установлена) от обоих связываемых ЗЭ выполняется связывание следующей пары ЗЭ. Так пока все ребра эталонного графа не будут зафиксированы в матрице передающих элементов.3. When a Status = 4 (link is established) response is received from both linked GEs, the next pair of GEs is linked. So until all the edges of the reference graph are fixed in the matrix of transmitting elements.

PN2. Ассоциативный поиск - грубое (предварительное) распознавание: поочередно информационный вектор атрибутов каждой вершины GA сравнивается одновременно со всеми вершинами GE. Количество совпадений накапливается в блоке управления.PN2. Associative search - rough (preliminary) recognition: in turn, the information vector of attributes of each vertex G A is compared simultaneously with all vertices G E. The number of hits is accumulated in the control unit.

1. Активизация класса (множества) субъектов по атрибуту «Наименование класса».1. Activation of a class (set) of subjects by the attribute "Class name".

2. Выборка из числа активных субъектов по вектору значений атрибутов.2. Selection from the number of active subjects by the vector of attribute values.

3. Вычисление степени сходства С=N1/N2, где N1, N2 - количество совпавших и общее количество вершин эталонного графа соответственно.3. Calculation of the degree of similarity C = N1 / N2, where N1, N2 - the number of coincided and the total number of vertices of the reference graph, respectively.

На основании этой грубой оценки, в зависимости от задачи, блок управления (БУ) принимает решение: закончить процесс сопоставления этих графов или продолжить, но теперь уже учитывая связи между вершинами и ребрами внутри этих графов.Based on this rough estimate, depending on the problem, the control unit (CU) decides whether to end the process of matching these graphs or continue, but now taking into account the connections between the vertices and edges within these graphs.

PN3. Сопоставление эталонного графа GE с анализируемым графом GA.PN3. Comparison of the reference graph G E with the analyzed graph G A.

1. Все ЗЭ переводятся в режим сравнения Status=5.1. All GEs are transferred to the comparison mode Status = 5.

2. Имя класса и атрибуты первой вершины графа GA сравниваются одновременно со всеми ЗЭ, хранящими информацию вершин эталонного графа.2. The name of the class and the attributes of the first vertex of the graph G A are compared simultaneously with all GEs that store the information of the vertices of the reference graph.

Если в каком-то ЗЭ произошло совпадение, то он через передающие элементы, связывающие его с другими ЗЭ (вершинами графа GE), активизирует (подготавливает) эти ЗЭ к следующему шагу - сравнению со следующими вершинами анализируемого графа.If a coincidence occurs in some GE, then it activates (prepares) these GEs for the next step through transmitting elements connecting it with other GE (vertices of the graph G E ) - comparing with the next vertices of the analyzed graph.

3. В анализируемом графе берется такая вершина, которая связана ребром с предыдущей совпавшей вершиной и сравнивается с активизированной для сравнения (Ready=On) вершиной эталонного графа, т.е. теперь при сравнении вершин графов учитываются и связи между ними. Если найдено несколько удовлетворительных вершин в GE, то БУ организует стек для поочередной проверки возможных мест установки (отображения) вершин анализируемого графа на граф эталона.3. In the analyzed graph, a vertex is taken that is connected by an edge to the previous coincident vertex and is compared with the vertex of the reference graph activated for comparison (Ready = On), i.e. now, when comparing graph vertices, connections between them are also taken into account. If several satisfactory vertices are found in G E , then the CU organizes a stack for one-by-one checking of possible places of installation (mapping) of the vertices of the analyzed graph to the reference graph.

4. Переход к сравнению следующей вершины анализируемого графа.4. Go to the comparison of the next vertex of the analyzed graph.

Если на некотором шаге сопоставления графов очередная вершина GA не совпала ни с одной вершиной GE, то берется другая вершина из GA, связанная с предыдущей совпавшей. Если таковых нет, то очередная вершина GA сравнивается как первая - со всеми вершинами GE.If at some step of graph matching the next vertex G A did not coincide with any vertex G E , then another vertex from G A is taken, connected with the previous one. If there are none, then the next vertex G A is compared as the first - with all vertices G E.

Таким образом, в эталонном графе выделяются цепочки совпавших вершин, связанных между собой ребрами графа.Thus, in the reference graph, chains of coincident vertices are distinguished, connected by the edges of the graph.

5. Вычисление уточненной оценки сходства графов GA и GE по суммарному количеству вершин в совпавших цепочках. При этом перекрывающиеся части цепочек учитываются один раз5. Calculation of an updated estimate of the similarity of the graphs G A and G E by the total number of vertices in the matched chains. In this case, the overlapping parts of the chains are counted once.

Отметим, что устройство может хранить одновременно множество эталонных образов. Это зависит от числа элементов в его матрицах 2, 3 (фиг. 1).Note that a device can store multiple reference images simultaneously. It depends on the number of elements in its matrices 2, 3 (Fig. 1).

Рассмотрим работу устройства на примере распознавания рукописных букв. Буквы состоят из структурных элементов, приведенных в таблице 1. Пусть имеется эталонный образ буквы «m» (фиг. 9а), который требуется сравнить с образами букв «h», «n» (фиг. 9б, 9в).Let's consider the operation of the device using the example of handwritten letter recognition. The letters consist of the structural elements shown in Table 1. Let there be a reference image of the letter "m" (Fig. 9a), which needs to be compared with the images of the letters "h", "n" (Fig. 9b, 9c).

Структурные элементы букв имеют следующие атрибуты:Structural elements of letters have the following attributes:

1. Chord Length - длина хорды, соединяющей концы элемента.1. Chord Length - the length of the chord connecting the ends of the element.

2. Segment Number - число сегментов, образованных цепочкой слева и справа от хорды элемента.2. Segment Number - the number of segments formed by the chain to the left and right of the chord of the element.

3. Left Segment Area - площадь сегмента слева от хорды, считая хорду направленной от начала цепочки к концу.3. Left Segment Area - the area of the segment to the left of the chord, considering the chord directed from the beginning of the chain to the end.

4. Right Segment Area - площадь сегмента справа от хорды.4. Right Segment Area - the area of the segment to the right of the chord.

5. Max Area Height - максимальная высота сегментов хорды.5. Max Area Height - the maximum height of the chord segments.

6. Tilt Angle - угол наклона хорды.6. Tilt Angle - the tilt angle of the chord.

7. Closed - данный элемент является замкнутым.7. Closed - this element is closed.

Figure 00000024
Figure 00000024

Буква «m» (фиг. 9а) - конструкция, состоящая из короткой палочки, обозначенной буквой а, двух вертикальных палочек d, е, одной левой дуги b и одной извилины c, образующих два узла. В первом узле палочка а нижним концом соединена с верхним концом палочки d и с левым концом дуги b. Во втором узле правый конец дуги b соединен с верхним концом палочки е и левым концом извилины c (см. таблица 2). Расположение точек соединения элементов показано на фиг. 10.The letter "m" (Fig. 9a) is a structure consisting of a short stick, indicated by the letter a , two vertical sticks d, e, one left arc b and one gyrus c, forming two nodes. The first node and the lower end of the rod connected to the upper end of the wand d and the left end of the arc b. In the second node, the right end of the arch b is connected to the upper end of the rod e and the left end of the gyrus c (see table 2). The arrangement of the connection points of the elements is shown in FIG. ten.

Figure 00000025
Figure 00000025

В результате записи эталонного образа буквы «m» в матрицах запоминающих и передающих элементов установятся связи как показано на фиг. 11.As a result of recording the reference image of the letter "m" in the storage and transmitting element matrices, connections will be established as shown in FIG. eleven.

Рассмотрим работу устройства в процессе сопоставления образов.Let's consider the operation of the device in the process of matching images.

На этапе ассоциативного поиска (грубого распознавания) при сопоставлении буквы «h» с эталоном буквы «m» совпадут все элементы кроме «b», т.е. степень сходства C=4/5. При сопоставлении буквы «n» совпадут все элементы кроме «c», степень сходства C=4/5.At the stage of associative search (rough recognition), when matching the letter "h" with the template of the letter "m", all elements will match except for "b", i.e. similarity degree C = 4/5. When matching the letter "n", all elements will match, except for "c", the degree of similarity C = 4/5.

На этапе сопоставления графов «m» и «h»:At the stage of comparing columns "m" and "h":

Шаг 1. Элемент 1 буквы «h» совпадет с элементом «а» буквы «m», который через элементы связи подготовит для сопоставления на следующем шаге элементы «b» и «d».Step 1. Element 1 of the letter "h" will coincide with the element " a " of the letter "m", which through the link elements will prepare the elements "b" and "d" for matching in the next step.

Шаг 2. Элемент 2 буквы «h» не совпадет с активизированными на предыдущем шаге (разрешенными для сравнения) элементами «b» и «d» буквы «m». Тогда он будет сравниваться снова, как на шаге 1, со всеми элементами буквы «m». Произойдет совпадение с элементом «c», который через элементы связи подготовит для сопоставления на следующем шаге элементы «b» и «e».Step 2. Element 2 of the letter "h" will not coincide with the elements "b" and "d" of the letter "m" activated in the previous step (allowed for comparison). Then it will be compared again, as in step 1, with all elements of the letter "m". A match will occur with the element "c", which, through the link elements, will prepare the elements "b" and "e" for matching in the next step.

Шаг 3. Элемент 3 буквы «h» совпадет с элементом «е» буквы «m».Step 3. Element 3 of the letter "h" will match the element "e" of the letter "m".

Таким образом, не будут отмечены как совпавшие элементы «b» и «d» буквы «m». Уточненная степень сходства C=3/5.Thus, the "b" and "d" elements of the letter "m" will not be marked as matched. The refined degree of similarity is C = 3/5.

При сопоставления графов «m» и «n»:When comparing columns "m" and "n":

Шаг 1. Элемент 1 буквы «n» совпадет с элементом «а» буквы «m», который через элементы связи подготовит для сопоставления на следующем шаге элементы «b» и «d».Step 1. Element 1 of the letter "n" will coincide with the element " a " of the letter "m", which through the link elements will prepare the elements "b" and "d" for matching in the next step.

Шаг 2. Элемент 2 буквы «n» совпадет с элементом «b» буквы «m», который через элементы связи подготовит для сопоставления на следующем шаге элементы «c», «d» и «е».Step 2. Element 2 of the letter “n” will coincide with the element “b” of the letter “m”, which, through the link elements, will prepare the elements “c”, “d” and “e” for matching in the next step.

Шаг 3. Элемент 4 буквы «n» совпадет с элементом «е» буквы «m», который через элементы связи подготовит для сопоставления на следующем шаге элемент «c».Step 3. Element 4 of the letter "n" will coincide with the element "e" of the letter "m", which through the link elements will prepare the element "c" for matching in the next step.

Шаг 4. Элемент 3 буквы «n» не совпадет с разрешенным для сравнения в результате предыдущего шага элементом «c» и он будет сравниваться снова, как на шаге 1, со всеми элементами буквы «m». Произойдет совпадение с элементом «d».Step 4. Element 3 of the letter "n" will not match the element "c" allowed for comparison as a result of the previous step, and it will be compared again, as in step 1, with all elements of the letter "m". Will match element "d".

В результате, не будет отмечен как совпавший элемент «c» буквы «m». Уточненная степень сходства C=4/5.As a result, it will not be marked as a matched element "c" of the letter "m". The refined degree of similarity is C = 4/5.

Таким образом, за счет того, что в матрице запоминающих элементов можно одновременно хранить множество эталонных образов, процесс их сопоставления с анализируемым образом осуществляется параллельно. Достоинством устройства является также тот факт, что для замены эталонных образов не требуется перепрограммирование или обучение, поскольку связи между элементами образов формируются в режиме записи эталонов.Thus, due to the fact that a multitude of reference images can be simultaneously stored in the matrix of storage elements, the process of their comparison with the analyzed image is carried out in parallel. Another advantage of the device is the fact that no reprogramming or training is required to replace the reference images, since the connections between the image elements are formed in the recording mode of the standards.

Принцип действия устройства был промоделирован с помощью специализированного аппаратно-программного комплекса.. Образец рукописного текста заимствован из [Кучуганов М.В., Кучуганов А.В. Дескрипционная логика на графах изображений. // Вестник Удмуртского университета. Математика. Механика. Компьютерные науки, Вып. 4, 2018, Т. 28, С. 582-594. DOI: 10.20537/vm180410].The principle of operation of the device was simulated using a specialized hardware and software complex .. A sample of handwritten text is borrowed from [Kuchuganov MV, Kuchuganov A.The. Descriptive logic on image graphs. // Bulletin of the Udmurt University. Maths. Mechanics. Computer Science, Vol. 4, 2018, V. 28, S. 582-594. DOI: 10.20537 / vm180410].

На фиг. 12 показана панель описания структурных элементов букв и результаты поиска этих элементов на изображении.FIG. 12 shows a panel describing the structural elements of letters and the search results for these elements in the image.

На фиг. 13 изображена панель описания конструкций букв из структурных элементов и результаты распознавания заданных букв.FIG. 13 shows a panel for describing letter designs from structural elements and the results of recognition of given letters.

Claims (3)

1. Устройство ассоциативного распознавания образов со сложной структурой таких, что для каждого структурного элемента образа требуется свой набор значений признаков - свой запоминающий элемент, содержащее устройство ввода данных, блок управления, устройство вывода и матрицу запоминающих элементов, связанную шиной данных и команд с блоком управления, отличающееся тем, что выход устройства ввода данных связан с входом блока управления, блок управления связан шиной данных и команд с матрицей запоминающих элементов, которая связана шиной команд с матрицей передающих элементов, каждый из которых связан шинами команд с ближайшими соседними передающими элементами, а выходы блока управления связаны с устройством вывода; каждый запоминающий элемент содержит собственно запоминающий элемент и коннектор его концевых элементов связи; передающий элемент включает в себя промежуточные элементы связи и коннектор промежуточных элементов связи; каждый из запоминающих элементов связан с помощью коннектора с концевыми элементами связи, а каждый передающий элемент содержит промежуточные элементы связи и коннектор, обеспечивающий передачу сигналов через них; каждый из запоминающих элементов снабжен блоками памяти собственных параметров, функциональных программ, атрибутов информации и ключей связи с другими запоминающими элементами, при этом последний из упомянутых блоков включает в себя один пороговый элемент, срабатывающий при совпадении входной информации с информацией, хранящейся в запоминающем элементе; запоминающие элементы выполнены с возможностью хранения в них в виде атрибутов информации одной вершины эталонного графа и для сравнения этой информации с вершинами анализируемого графа, а также для установления связей между запоминающими элементами, которые в эталонном графе соединены ребрами; блок управления выполнен с возможностью обеспечения работы устройства путем осуществления записи информации эталонного графа в матрицы запоминающих элементов и передающих элементов, а также управления их работой в процессе установления связей и сопоставления графов и вычисления оценки их сходства с помощью соответствующих программ. 1. A device for associative pattern recognition with a complex structure such that each structural element of the image requires its own set of feature values - its own storage element containing a data input device, a control unit, an output device and a matrix of storage elements connected by a data and command bus to the control unit , characterized in that the output of the data input device is connected to the input of the control unit, the control unit is connected by a data and command bus to a matrix of storage elements, which is connected by the command bus to a matrix of transmitting elements, each of which is connected by command buses to the nearest neighboring transmitting elements, and the outputs the control unit is connected to the output device; each storage element contains a storage element itself and a connector of its terminal communication elements; the transmitting element includes intermediate communication elements and a connector of intermediate communication elements; each of the storage elements is connected by means of a connector with end communication elements, and each transmitting element contains intermediate communication elements and a connector providing signal transmission through them; each of the storage elements is equipped with memory blocks of its own parameters, functional programs, information attributes and communication keys with other storage elements, the last of the mentioned blocks includes one threshold element that is triggered when the input information matches the information stored in the storage element; the storage elements are made with the possibility of storing in them in the form of attributes of information of one vertex of the reference graph and for comparing this information with the vertices of the analyzed graph, as well as for establishing connections between the storage elements, which are connected by edges in the reference graph; The control unit is configured to ensure the operation of the device by recording the information of the reference graph into the matrix of storage elements and transmitting elements, as well as controlling their operation in the process of establishing connections and comparing the graphs and calculating an assessment of their similarity using appropriate programs. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что запоминающие элементы выполнены на основе микропроцессоров, а передающие элементы связи выполнены на основе больших интегральных схем.2. A device according to claim 1, characterized in that the memory elements are made on the basis of microprocessors, and the transmitting communication elements are made on the basis of large integrated circuits. 3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что запоминающие элементы выполнены на основе микропроцессоров, а передающие элементы связи выполнены на основе сверхбольших интегральных схем.3. The device according to claim. 1, characterized in that the memory elements are made on the basis of microprocessors, and the transmitting communication elements are made on the basis of very large-scale integrated circuits.
RU2019128209A 2019-09-06 2019-09-06 Associative pattern recognition device RU2730179C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019128209A RU2730179C1 (en) 2019-09-06 2019-09-06 Associative pattern recognition device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019128209A RU2730179C1 (en) 2019-09-06 2019-09-06 Associative pattern recognition device

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2730179C1 true RU2730179C1 (en) 2020-08-19

Family

ID=72086430

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2019128209A RU2730179C1 (en) 2019-09-06 2019-09-06 Associative pattern recognition device

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2730179C1 (en)

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU940189A1 (en) * 1979-11-19 1982-06-30 Oesterle Otto Device for recognition of images
SU1615756A1 (en) * 1988-12-22 1990-12-23 Ижевский механический институт Device for identifying images
US5014327A (en) * 1987-06-15 1991-05-07 Digital Equipment Corporation Parallel associative memory having improved selection and decision mechanisms for recognizing and sorting relevant patterns
WO1992021102A1 (en) * 1991-05-16 1992-11-26 The United States Of America, Represented By The Secretary, United States Department Of Commerce Multiple memory self-organizing pattern recognition network
RU2025795C1 (en) * 1992-03-17 1994-12-30 Борисов Вадим Владимирович Hierarchical system of associative storage
US20050102285A1 (en) * 2001-12-10 2005-05-12 Austin James L. Image recognition
RU2342702C2 (en) * 2006-12-20 2008-12-27 Военная академия Ракетных войск стратегического назначения имени Петра Великого Associative identification device
RU2504837C1 (en) * 2012-05-15 2014-01-20 Федеральное государственное военное образовательное учреждение высшего профессионального образования Военная академия Ракетных войск стратегического назначения имени Петра Великого МО РФ Associative recognition device

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU940189A1 (en) * 1979-11-19 1982-06-30 Oesterle Otto Device for recognition of images
US5014327A (en) * 1987-06-15 1991-05-07 Digital Equipment Corporation Parallel associative memory having improved selection and decision mechanisms for recognizing and sorting relevant patterns
SU1615756A1 (en) * 1988-12-22 1990-12-23 Ижевский механический институт Device for identifying images
WO1992021102A1 (en) * 1991-05-16 1992-11-26 The United States Of America, Represented By The Secretary, United States Department Of Commerce Multiple memory self-organizing pattern recognition network
RU2025795C1 (en) * 1992-03-17 1994-12-30 Борисов Вадим Владимирович Hierarchical system of associative storage
US20050102285A1 (en) * 2001-12-10 2005-05-12 Austin James L. Image recognition
RU2342702C2 (en) * 2006-12-20 2008-12-27 Военная академия Ракетных войск стратегического назначения имени Петра Великого Associative identification device
RU2504837C1 (en) * 2012-05-15 2014-01-20 Федеральное государственное военное образовательное учреждение высшего профессионального образования Военная академия Ракетных войск стратегического назначения имени Петра Великого МО РФ Associative recognition device

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108416327B (en) Target detection method and device, computer equipment and readable storage medium
US11010658B2 (en) System and method for learning the structure of deep convolutional neural networks
George et al. A hierarchical Bayesian model of invariant pattern recognition in the visual cortex
CN111666763A (en) Network structure construction method and device for multitask scene
KR102234850B1 (en) Method and apparatus for complementing knowledge based on relation network
CN110929047A (en) Knowledge graph reasoning method and device concerning neighbor entities
Triantafillou et al. Score-based vs Constraint-based Causal Learning in the Presence of Confounders.
CN111898374B (en) Text recognition method, device, storage medium and electronic equipment
CN112862092B (en) Training method, device, equipment and medium for heterogeneous graph convolution network
CN108364068B (en) Deep learning neural network construction method based on directed graph and robot system
CN109189968A (en) A kind of cross-module state search method and system
CN110851491A (en) Network link prediction method based on multiple semantic influences of multiple neighbor nodes
CN112036260B (en) Expression recognition method and system for multi-scale sub-block aggregation in natural environment
CN112200266A (en) Network training method and device based on graph structure data and node classification method
CN113469891A (en) Neural network architecture searching method, training method and image completion method
KR20190098801A (en) Classificating method for image of trademark using machine learning
CN110795558B (en) Label acquisition method and device, storage medium and electronic device
RU2730179C1 (en) Associative pattern recognition device
Siu Residual networks behave like boosting algorithms
Khoo et al. Generalisation performance vs. architecture variations in constructive cascade networks
Garg et al. Neural network captcha crackers
US11669727B2 (en) Information processing device, neural network design method, and recording medium
Yao et al. EPNet for chaotic time-series prediction
CN116757262B (en) Training method, classifying method, device, equipment and medium of graph neural network
Basak et al. A connectionist model for category perception: theory and implementation