JPH02268376A - パターン認識装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明はパターン認識装置に関し、特に、アナログ的に
パターンを認識するものである。

［従来の技術］ 非線形振動を行なう非線形振動子を多数結合し、全体の
協調制御によってアナログ的にパターン認識を行なうパ
ターン認識装置、すなわち、ホロビジョンシステムが提
案されている（例えば、特開昭６２−１０３７７３号公
報参照）。

このようなパターン認識装置は、機能ブロックで表示す
ると第２図に示すようになり、パターン前処理部１と、
セルブロック２と、記憶部３と、基準振動子６とで構成
されている。

パターン前処理部１は、入力図形パターン４を２次元ビ
ットパターンに変換するものであり、このパターン前処
理部１はバスラを介してセルブロック２に接続されてい
る。

セルブロック２は多層構造をなしている。第２図のもの
は４Ｎ２１〜２４のものである。各セルブロック層２１
〜２４共に、２次元マトリクス状に配置された非線形振
動子２ａから構成されている。なお、パターン前処理部
１による２次元ビットパターンへの変換は、各セルブロ
ック層２１〜２４の非線形振動子２ａの配置に対応する
ようになされる。各非線形振動子２ａは、ビットパター
ンの対応するビットによって励起されるようにバス５を
介してパターン前処理部１に接続されている。

ここで、第３図は、各セルブロック層の非線形振動子の
励振時の振動方向を示し、第４図は各セルブロック層の
非線形振動子の結合関係を示すものである。

第１のセルブロック層２１は、第３図（Ａ＞に示すよう
に、２次元ビットパターンの０度（なお、混乱を避ける
ため、線分の角度単位を「度」で示し、位相単位を「°
」で示す）の線分を検出するように各非線形振動子２ａ
の振動°方向が定められている。また、第４図（Ａ＞に
示すように、この第１のセルブロック層２１の非線形振
動子２ａａは、周囲の８個の非線形振動子２ａｂ〜２ａ
ｈのうち、０度の方向に隣合う非線形振動子２ａｂ及び
２ａｆとの間では励振を強化するように結合されており
、９０度の方向に隣合う非線形振動子２ａｄ及び２ａｈ
との間では励振を大きく弱めるように結合されており、
４５度及び１３５度の方向に隣合う非線形振動子２ａｄ
及び２ａｈとの間では励振を少し弱めるように結合され
ている。

第２のセルブロック層２２の各非線形振動子２ａは、第
３図（Ｂ）に示すように、２次元ビットパターンの４５
度の線分を検出できるように４５度の方向に振動方向が
選定されていると共に、第４図（Ｂ）に示すように、４
５度の方向に隣合う非線形振動子とでは励振を強化し、
１３５度の方向に隣合う非線形振動子とでは励振を大き
く弱め合い、０度及び９０度の方向に隣合う非線形振動
子とでは励振を少し弱め合うように結合されている。

第３のセルブロック層２３及び第４のセルブロック層２
４はそれぞれ、詳述は避けるが、第３図（Ｃ）と第４図
（Ｃ）、及び、第３図（Ｄ＞と第４図（Ｄ）に示すよう
に、２次元ビットパターンの９０度及び１３５度の線分
を検出するものである。

セルブロック２の各セルブロック層２１〜２４の非線形
振動子２ａは、バス８を介して基準振動子６に接続され
ており、基準振動子６の振動に対して、セルブロック層
毎に異なる固有の位相で振動する。例えば、第１のセル
ブロック層２１の非線形振動子は基準振動に対して０°
の位相で振動し、第２のセルブロック層２２の非線形振
動子は基準振動に対して９０°の位相で振動し、第３の
セルブロック層２３の非線形振動子は基準振動に対して
１８０°の位相で振動し、第４のセルブロック層２４の
非線形振動子は基準振動に対して２７０°の位相で振動
する。従って、入力ビツトパターン中の特定の方向の傾
きの線分は、セルブロック２で特定の振動位相の振動を
引き起こす。

記憶部３は、セルブロック２とバス７を介して結合され
ている。記憶部３は、バス９を介して接続されている基
準振動子６の振動に対して、それぞれ固有の振動位相を
持つ複数の非線形振動子３ａから構成されている。非線
形振動子３ａは、セルブロック２の非線形振動子２ａと
相互に影響し合って励振される。非線形振動子３ａは、
数個ずつのグループが特定のカテゴリー（三角形や四角
形や大角形や線分等）を表現しており、同一のカテゴリ
ーにかかる非線形振動子３ａは互いに励振を強化し合う
ように結合されている。

従って、記憶部３の非線形振動子３ａは、セルブロック
２との相互作用と、記憶部３の中での相互作用とによっ
て、選択的に特定のカテゴリーを表す非線形振動子のみ
が励振する。これによって、入力された図形パターン４
のパターン認識がなされる。

例えば、入力された線図形パターン４が、第５図（Ａ）
に示すように、０度と４５度と９０度の線分でなる直角
二等辺三角形である場合には、第１のセルブロック層２
１、第２のセルブロック層２２及び第３のセルブロック
層２３がそれぞれ励振を強化し、すなわち、０度と４５
度と９０度の線分を検出し、記憶部３ではこれら励振状
態（振動位相を含む）に基づいて第５図（Ｂ）に示す直
角二等辺三角形のカテゴリーを構成する非線形振動子３
ａａ〜３ａｃが励振を強化して活性化し、他方、他の非
線形振動子の振動が非活性化して直角二等辺三角形であ
ることを認識する。

［発明が解決しようとする課題］ 上述したパターン認識装置（ホロビジョンシステム）は
、それ以前のパターン認識装置における情報処理と原理
を異にするものであり、その原理が非常に新しく、研究
が十分に進んでいるわけでないことから、パターン認識
装置としては不十分な点がある。

問題点の一つとして認識パターンが予め持っているカテ
ゴリーの代表的なパターンに対して、入カバターンが回
転していた場合にはうまく認識できないことが挙げられ
る。そのために、同じ図形とそれを回転してできる図形
について、別個にカテゴリーを用意しなければならず、
記憶部３の構成が複雑になるという問題がある。

例えば、第２図に示す４Ｎ構造のセルブロック２の場合
、上述したように、０度、４５度、９０度及び１３５度
の線分を検出でき、第６図（Ａ＞及び第６図（Ｂ）に示
す同一三角形の２次元ビットパターン４ａ及び４ｂに対
してそれぞれ対応する線分のセルブロック層が励振する
。しかし、記憶部３には三角形に対するカテゴリーとし
て、上述した第５図（９に示すもののみが用意されてい
る場合、この用意されているカテゴリーと同一の第６図
（Ａ）に対する入カバターン４ａに対しては、第１、第
２、第３のセルブロック層２１〜２３からの振動位相に
基づいて記憶部３のそのカテゴリーを構成する非線形振
動子３ａａ〜３ａｃは励振を強化してカテゴリーは活性
化するが、同一三角形であっても向きが異なる第６図（
Ｂ）に示す三角形の入カバターン４ｂの場合には、第６
図（Ｂ）に示すようにに励振状態にあるセルブロック層
２１．２３．２４がそのカテゴリーを活性化するセルブ
ロック層２１〜２３とはなっていないため、この入カバ
ターンに対しては用意されている三角形のカテゴリーの
非線形振動子３ａａ〜３ａｃは活性化しない。

本発明は、以上の点を考慮してなされたものであり、記
憶部に用意するカテゴリーを多くすることなく、同一形
状（大きさは異なっていても良い）であって回転関係に
あるパターンを共に認識することができるパターン認識
装置を提供しようとするものである。

［課題を解決するための手段］ かかる課題を解決するため、本発明においては、以下の
各手段でパターン認識装置を構成した。

すなわち、入力図形パターンを２次元ビットパターンに
変換するパターン前処理部と、変換された２次元ビット
パターンの対応するビットによって層に固有な振動移相
で励振されるように、かつ、２次元ビットパターンの所
定方向の線分を検出するように接続された複数の非線形
振動子を２次元マトリクス状に配置した複数のセルブロ
ック層からなるセルブロックと、セルブロックの非線形
振動子に結合された複数の非線形振動子から構成され、
かつ、セルブロックの励振した非線形振動子によって一
部の非線形振動子が選択的に励振されて入力図形パター
ンを認識する記憶部とを備える。

さらに、セルブロックと記憶部との間に設けられ、セル
ブロックの非線形振動子の振動位相を移相して記憶部に
供給する移相器を備える。

［作用］ パターン前処理部は、入力図形パターンを２次元ビット
パターンに変換してセルブロックに供給する。セルブロ
ックの各セルブロック層の非線形振動子は、２次元ビッ
トパターンの対応するビットによってその層に固有な振
動位相で励振する。

この励振は、２次元ビットパターンの所定方向の線分を
検出したことになる。このセルブロックの振動情報、特
に振動位相は、移相器を介して所定量だけ移相されて記
憶部に供給される。記憶部では、移相器を介したセルブ
ロックからの振動情報に応じた一組の非線形振動子が選
択的に励振し、この励振している一組の非線形振動子が
所定のパターンを表すようになされているので、これに
よりパターン認識がなされる。

［実施例］ 以下、本発明の一実施例を図面を参照しながら詳述する
。

ここで、第１図はこの実施例の構成を示すブロック図で
ある。

第１図において、この実施例のパターン認識装置は、パ
ターン前処理部１１と、セルブロック１２と、記憶部１
３と、基準振動子１６と、移相器１８と、移相制御部１
９とで構成されている。

この実施例においても、パターン前処理部１１は、入力
図形パターン１４を２次元ビットパターンに変換するも
のであり、このパターン前処理部１．１はバス１５を介
してセルブロック１２に接続されている。

また、セルブロック１２も従来装置と同様に、４層構造
１２１〜１２４をなして°いるものであり、各セルブロ
ック層１２１〜１２４が、２次元マトリクス状に配置さ
れた非線形振動子１２ａから構成されており、各非線形
振動子１２ａが、ビットパターンの対応するビットによ
って励起されるようにバス１５を介してパターン前処理
部１１に接続されているものである。また、バス２ｏを
介して基準振動子１６に接続されており、基準振動子１
６の振動に対して、各セルブロック層１２１〜１２４は
、異なる固有の位相で振動する。

しかし、この実施例においては、セルブロック１２の各
セルブロック層１２１〜１２４の振動情報は、記憶部１
３に直接与えられるのではなく、移相器１８を介して与
えられる。

移相器１８は、後述する記憶部１３に用意されているカ
テゴリー数分だけ設けられており、各移相器１８は後述
する移相制御部１９によって所定の位相量だけ各セルブ
ロック層１２１〜１２４の振動位相を移相する。

このような移相器１８を介した各セルブロック層１２１
〜１２４の振動状態（励振の強さや振動位相）がバス１
７を介して記憶部１３に与えられる。

記憶部１３は、バス２９を介して接続されている基準振
動子１６の振動に対して、それぞれ固有の振動位相を持
つ複数の非線形振動子１３ａから構成されている。非線
形振動子１３ａは、移相器１８を介したセルブロック１
２の非線形振動子１２ａと相互に影響し合って励振され
る。非線形振動子１３ａは、この実施例でも、数個ずつ
のグループが特定のカテゴリー（三角形や四角形やへ角
形や線分等）を表現しており、同一のカテゴリーにかか
る非線形振動子１３ａは互いに励振を強化し合うように
結合されている。

なお、この実施例の場合、同一形状（大きさは問わない
）については１個のカテゴリーだけが用意されている。

従って、記憶部１３の非線形振動子１３ａは、移相器１
８を介して接続されたセルブロック１２との相互作用と
、記憶部１３の中での相互作用とによって、選択的に特
定のカテゴリーを表す非線形振動子１３ａのみが励振す
る。これによって、入力された図形パターン１４のパタ
ーン認識がなされる。

ここで、移相器１８を設けるようにしたのは、記憶部１
３に用意しておくカテゴリーとして、同一形状のものは
その向きに関係なく１個のものに限定しても、向きの異
なる同一形状の入カバターンをこの移相器１８の機能に
よって記憶部１３で認識できるようにするためである。

移相器１８の移相量は、移相制御部１９によって制御さ
れる。移相制御部１９には、セルブロック１２から振動
情報が与えられ、また、記憶部１３からも振動情報が与
えられ、これら情報から移相Ｉを次のように決定する。

ここで、記憶部１３に用意されている第ｍ番目のカテゴ
リーに対する移相量をθＤ（ＩＩＩ）、記憶部１３に用
意されている第ｍ番目のカテゴリーの第ｎ番目の非線形
振動子の振動位相を６ｍ（ｍ、　ｎ）、セルブロック１
２の第にのセルブロック層の２次元的な位置（ｉ、ｊ）
にある非線形振動子の振動位相をθａ（ｉ、ｊ、ｋ）、
セルブロック１２の第にのセルプロック層の２次元的な
位置（ｉ、ｊ＞にある非線形振動子の振動振幅をｒａ（
ｉ、Ｊ、ｋ）とすると、移相制御部１９は、次式 ％式％）） に示すように、移相量θｐ（ｍ）を徐々に変化させてい
く。なお、移相量θｐ（ｎ）はあるところで安定する。

ここで、関数ｆ（ｘ）として、次式％式％） （但し、ａ、ｂは定数） に示すような適当な増加関数（シグモイド関数）を用い
る。

従って、上述の実施例によれば、セルブロック１２の各
セルブロック層１２１〜１２４からの振動位相を用意さ
れているカテゴリーに応じて移相させて記憶部１３に与
えるようにしてパターンを認識させるようにしたので、
記憶部１３に同一形状に対するカテゴリーとして１個だ
けを用意しても、その形状と向きが異なるだけの入カバ
ターンを認識することができる。すなわち、記憶部１３
の構成を簡易なものとすることができる。また、そのと
きの移相量によってその形状の向きをも認識することが
できる。

第７図は用意されている三角形とは異なる三角形の入カ
バターンが入力された場合のセルブロック１２の振動を
示す説明図、第８図は第７図の入カバターンに対するセ
ルブロック１２の振動パターン、記憶部１３内での振動
、カテゴリーの活性度及び移相器１８の移相量を示す説
明図である。

今、０度、４５度及び９０度でなる三角形（第５図（Ａ
）参照）のカテゴリーが記憶部１３に用意されている唯
一の三角形のカテゴリーとする。

ここで、第７図（Ａ）に示すような用意されている三角
形に対して９０度だけ回転された三角形のビットパター
ン１４ａが入力されたとする。このとき、セルブロック
１２では、第７図（Ｂ）に示すように各非線形振動子１
．２　ａが励振する（なお、第７図ＣＢ＞は第１のセル
ブロック層１２１、第３のセルブロック層１２３及び第
４のセルブロック層１２４の振動を同一平面で示してい
る）。

ここで、第１のセルブロック層１２１の基準振動子１６
に対する振動位相はＯｏであり、第３のセルブロック層
１２３の基準振動子１６に対する振動位相は１８０°で
あり、第４のセルブロックＮ１２４の基準振動子１６に
対する振動位相は２７０°であるので、セルブロック１
２の振動パターンを横軸に時間をとってパルス信号で表
すと、第８図（Ａ）に示すようになる。

この振動パターンがセルブロック１２から与えられると
、記憶部１３内の「線分」を表すカテゴリーの振動は、
第８図（Ｂ）にその振動をパルスで表すように部分的に
振動するが、対応する図形でないので振動が強化されず
に活性度（破線）は０まで低下していく、なお、上述の
移相制御（移相量を一点鎖線で示す）によっては、この
線分カテゴリーに対して移相はなされない。

同様に、記憶部１３内の「四角形」及び「六角形」を表
すカテゴリーについても、第８図（Ｄ）及び（Ｅ）に示
すように、移相制御に拘らず、活性度は低下していく。

これに対して、記憶部１３内の「三角形」を表すカテゴ
リーは、移相制御が進むにつれて活性度が上昇していき
、認識される。このときの移相器１８の移相量によって
用意されている三角形パターンより９０度だけ回転され
ている三角形であることが認識される。

なお、上述の実施例においては、セルブロック１２が４
層構造のものを示したが、これより多い層を有するもの
であっても良い。

し発明の効果］ 以上のように、本発明によれば、セルブロックの各セル
ブロック層からの振動位相を移相させて記憶部に与える
ようにしてパターンを認識させるようにしたので、記憶
部に同一形状に対するカテゴリーとして１個だけを用意
しても、その形状と向きが異なるだけの入カバターンを
認識することができ、また、そのときの移相量によって
その形状の向きをも認識することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるパターン認識装置の一実施例を示
すブロック図、第２図は従来装置を示すブロック図、第
３図は従来装置のセルブロック各層の検出方向を示す説
明図、第４図は従来装置のセルブロック各層の非線形振
動子の結合関係を示す説明図、第５図及び第６図はそれ
ぞれ従来装置の欠点の説明に供する説明図、第７図は上
記実施例における用意されている三角形カテゴリーとは
異なる三角形の入カバターンが入力された場合のセルブ
ロックの振動を示す説明図、第８図は第７図の入カバタ
ーンに対するセルブロックの振動パターン、記憶部内で
の振動、カテゴリーの活性度及び移相器の移相量を示す
説明図である。 １１・・・パターン前処理部、１２・・・セルブロック
、１３・・・記憶部、１６・・・基準振動子、１８・・
・移相器、１９・・・移相制御部、１２１〜１２４・・
・セルブロックの各層。 １￥４ 従来装置の７′ロフタ図 第２図 従来のセルフ゛ロフ’Ｊ層の結合関係の説明図第４図 ３ａｂ（４５１ｔ） （Ａ） （Ｂ） 従来のへ°ターン認識の説明図 第５図 、２〕 従来の欠点の説明図 第６図 （Ａ） （Ｂ） 実施例のじテ跡リーンとセルフ゛ロブ９の振動との説明
図第７図 実施例のハリーノ認識例を示す説明図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 入力図形パターンを２次元ビットパターンに変換するパ
   ターン前処理部と、 変換された２次元ビットパターンの対応するビットによ
   って層に固有な振動移相で励振されるように、かつ、２
   次元ビットパターンの所定方向の線分を検出するように
   接続された複数の非線形振動子を２次元マトリクス状に
   配置した複数のセルブロック層からなるセルブロックと
   、 上記セルブロックの非線形振動子に結合された複数の非
   線形振動子から構成され、かつ、上記セルブロックの励
   振した非線形振動子によって一部の非線形振動子が選択
   的に励振されて入力図形パターンを認識する記憶部と、 上記セルブロックと上記記憶部との間に設けられ、上記
   セルブロックの非線形振動子の振動位相を移相して上記
   記憶部に供給する移相器とを備えたことを特徴とするパ
   ターン認識装置。