DE69228337T2

DE69228337T2 - Erkennungs- und Beurteilungsgerät

Info

Publication number: DE69228337T2
Application number: DE69228337T
Authority: DE
Inventors: Toshiyuki Nara-Shi Nara-Ken 630 Kohda; Yoshihiro Higashinada-Ku Kobe-Shi Hyogo-Ken 658 Kojima; Susumu Miyakojima-Ku Osaka-Shi Osaka 534 Maruno; Yasuharu Suita-Shi Osaka 565 Shimeki
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1991-06-27
Filing date: 1992-06-25
Publication date: 1999-06-17
Anticipated expiration: 2012-06-26
Also published as: EP0520446B1; EP0520446A2; US5530886A; DE69228337D1; EP0520446A3

Description

Hintergrund der Erfindung

Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erkennung und Beurteilung eines Gegenstands gemäß verschiedener, charakteristischer Daten des Gegenstands.

Beschreibung des Standes der Technik

Als eine Erkennungs- und Beurteilungsvorrichtung aus dem Stand der Technik ist z. B. bekannt, was von T. Kohonen in "Leaming Vector Quantization for Pattern Recognition" Helsinki University of Technology, Report TKK-F-A601 (November 1986) vorgeschlagen wurde.
Fig. 1 ist ein Blockdiagramm, das eine Erkennungs- und Beurteilungsvorrichtung dieser Art nach dem Stand der Technik darstellt. Die Erkennungs- und Beurteilungsvorrichtung umfaßt einen Muster-Speicherabschnitt 131, um Muster für jede Gruppe von Eingangssignalmustem zu speichern, die im voraus hergestellt werden, einen Mustervergleicher 132, um ein Eingangssignalmuster, das von einer Signaleingangsklemme 133 eingegeben wurde, mit allen Mustern zu vergleichen und ein Erkennungsergebnis an der Signalausgangsklemme 134 des Mustervergleichers 132 auszugeben, und eine Lerneinrichtung 135, um die Muster gemäß einem Lehrersignal abzuändern, das von einer Lehrersignaleingangsklemme 136 eingegeben wurde.
Beim Betrieb wird eine Reihe Signale, die für einen zu erkennenden Gegenstand repräsentativ sind, von der Signaleingangsklemme 133 dem Mustervergleicher 132 eingegeben. Der Mustervergleicher 132 liest alle Muster Ti (1 ≤ i ≤ p; p ist die Anzahl der Muster), um mit einem Muster des eingegebenen Signals zu vergleichen und ein Muster auszuwählen, das die größte Ähnlichkeit aufweist, d. h., das normalerweise den kleinsten Fehler besitzt, und gibt die Kategorienummer (Typennummer des zu erkennenden Gegenstands), zu der das Muster gehört, als Erkennungsergebnis des Musters der eingegebenen Signale an der Signalausgangsklemme 134 aus. Wenn das Ausgangsergebnis falsch ist, wird die Kategorienummer eines Musters, zu der das Muster der eingegebenen Signale gehören sollte, von der Lehrersigaleingangsklemme 136 als Lehrersignal der Lehreinrichtung 135 eingegeben, wodurch ein geeignetes Muster abgeändert wird, das in dem Musterspeicherabschnitt 131 gespeichert ist, so daß ein richtiges Erkennungsergebnis ausgegeben wird. Somit wird ein Lernvorgang ausgeführt, und der Erkennungsprozentsatz wird verbessert, indem die Muster gemäß den Erkennungsergebnissen geändert werden.
Die Erkennungs- und Beurteilungsvorrichtung, die wie oben beschrieben aufgebaut ist, benötigt jedoch, weil es notwendig ist, ein Muster eines eingegebenen Signalmusters mit allen in dem Musterspeicherabschnitt 131 gespeicherten Mustern zu vergleichen, um einen Fehler zu berechnen, wenn ein Muster eines unbekannten Eingangssignals erkannt werden soll, sehr viel Zeit, um die Vergleiche auszuführen.
Des weiteren wird, weil sich im allgemeinen der Erkennungsprozentsatz verbessert, wenn die Anzahl der Muster erhöht wird, der Musterspeicherabschnitt 131, der eine Mehrzahl Muster aufweist, die für eine Art Kategorie (zu erkennender Gegenstand) vorgesehen sind, bei der Erkennungs- und Beurteilungsvorrichtung nach dem Stand der Technik verwendet. Demgemäß besitzt die Erkennungs- und Beurteilungsvorrichtung nach dem Stand der Technik solche Nachteile, daß, um so mehr die Anzahl der Kategorien, die erkannt werden sollen, zunimmt, um so mehr die Anzahl Muster, die in dem Musterspeicherabschnitt 131 vorgesehen sind, zunimmt, und daß zusammen hiermit, weil die zur Erkennung notwendige Zeit lange dauert, eine Realzeitverarbeitung nicht ausgeführt werden kann.
Die Erkennungs- und Beurteilungsvorrichtung nach dem Stand der Technik hat noch einen anderen Nachteil dahingehend, daß es, da das Lernen bei der die Erkennungs- und Beurteilungsvorrichtung nach dem Stand der Technik durch einen Benutzer selbst ausgeführt wird, indem die Muster abgeändert werden, sehr lange für den Benutzer dauert, daß Lernen auszuführen.
Die Druckschrift COMPUTER WORLD '90 Bd. 11, November 1990, KOBE, JAPAN, Seiten 202-209, S. MARUNO 'Multi-functional layered network using quantizer neurons offenbart ein Quantisiererneuron, das die Fähigkeit einer Einheitserkennung aufweist, eine Quantisierer-Dateneingangsklemme, die die Fähigkeit einer Vektorsignaleingabeeinrichtung aufweist, einen Merkmalsdateneingang Q als eine Mehrzahl Eingangssignale, um die Charakteristika eines Gegenstands zu zeigen, der erkannt werden soll, und die dem Vektorsignaleingang eingegeben werden sollen, ein Auswählsignal T, eine selektive Signaleingangsklemme S. Ausgangsklemmen Oj; wobei das Quantisierungsneuron die Merkmalsdaten Q, die von einer Klemme R eingegeben werden, in den diskreten Wert · quanitsiert und ein Gewicht tj jeder Ausgangsklemme auf der Grundlage einer Kombinationsfunktion verleiht, wobei das Quantisierungsneuron an den Ausgangsklemmen Oj·Ttj ausgibt, das durch Multiplikation des Auswählsignals T mit dem Gewicht tj erhalten wird, wobei das Gewicht tj der Stärke der Verbindung zwischen den genannten selektiven Signaleingangsklemmen S und den genannten Ausgangsklemmen Oj entspricht.
Diese Druckschrift offenbart des weiteren ein Netz, das gebildet wird, indem das genannte Quantisierungsneuron in einer mehrschichtigen, hierarchischen Netzstruktur eingesetzt wird.
In dem Netz der obengenannten Druckschrift liegt den Eingangsmerkmalsdaten Q das Prinzip eindimensionaler Daten zugrunde und dem Quantisierungsverfahren liegt die Quantisierung einfacher, eindimensionaler Daten (skalare Quantisierung) zugrunde.
In der obigen Druckschrift ist ein Auswählsignal beschrieben, das von der unteren Schicht zu der oberen Schicht zwischen dem Quantisierungneuron läuft, das in der genannten hierarchischen Netzform angeordnet ist, so daß jedes Quantisierungsneuron die Merkmalsdate Q quantisiert, die von der Eingangsklemme R eingegeben wird, und gemäß seinem Quantisierungswert xj wird das Gewicht tj, das der Ausgangsklemme Oj entspricht, geändert, und das Signal Ttj, das durch Multiplikation von T, das von der unteren Schicht eingegeben worden ist, mit tj erhalten wird, von jeder Ausgangsklemme Oj zu dem Quantisierungsneuron der oberen Schicht ausgegeben. Das Gewicht tj wirkt auf die Auswahl T.
Die Druckschrift IEEE 1. INT. CONF. ON NEUTRAL NETWORKS 21, Juni 1987, SAN DIEGO, CA, Seiten IV-417 - IV-426, R. P. LIPPMAN ET AL. 'Neutral-net classifiers useful for speech recognition' offenbart eine Gauß-Klassifizierungseinrichtung zur Ziffernklassifizierung bei der Spracherkennung, um einen Eingangsparameter einzugeben und unter Verwendung einer diagonalen Kovarianzmatrix zu erkennen, welche Zahl dem genannten Eingangsparameter entspricht.
Schließlich beschreibt die Druckschrift EP-A-0 374 604 eine Berechnungseinrichtung für ein Innenprodukt, um eine analoge Fortsetzung L(k) zwischen einem Eingangsmuster G für jede Kategorie, die der Gegenstand der Erkennung ist, zu erhalten, und dann wird das Innenprodukt mit einem bekannten Bezugsmuster erhalten, um zu erkennen, zu welcher Kategorie das genannte Eingangsmuster gehört.

Zusammenfassung der Erfindung

Demgemäß ist es eine Zielsetzung der Erfindung, die vorgenannten Nachteile zu überwinden, indem eine Erkennungs- und Beurteilungsvorrichtung geschaffen wird, die ermöglicht, daß die Lern- und Erkennungsverarbeitung wirksam in einer kurzen Zeitdauer ausgeführt wird.
Die die Erkennungs- und Beurteilungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung ist in den Ansprüchen 1-6 angegeben.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Die Zielsetzung und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung, die in Verbindung mit den bevorzugten Ausführungsformen von ihr gegeben ist, unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen offensichtlich, in denen gleiche Teile durchgehend mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind, und worin:
Fig. 1 ein Blockdiagramm einer herkömmlichen Erkennungs- und Beurteilungsvorrichtung ist;
Fig. 2 ein Blockdiagramm einer Erkennungseinheit gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
Fig. 3 ein Blockdiagramm einer Erkennungseinheit gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
Fig. 4 ein Blockdiagramm ist, das eine erste Ausführungsform eines Vektorquantisierers in der Ausführungsform in Fig. 3 zeigt;
Fig. 5 ein Blockdiagramm ist, das eine zweite Ausführungsform des Vektorquantisierers bei der Ausführungsform in Fig. 3 zeigt;
Fig. 6 ein Blockdiagramm ist, das eine dritte Ausführungsform des Vektorquantisierers bei der Ausführungsform in Fig. 3 zeigt;
Fig. 7 ein Blockdiagramm eine Erkennungseinheit gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
Fig. 8 ein Blockdiagramm ist, das eine erste Ausführungsform eines Berechnungsabschnitts für eine Weglastinformation bei der Ausführungsform in Fig. 7 zeigt;
Fig. 9 ein Blockdiagramm ist, das eine zweit Ausführungsform eines Berechnungsabschnitts für eine Weglastinformation bei der Ausführungsform in Fig. 7 zeigt;
Fig. 10 ein Blockdiagramm ist, das eine dritte Ausführungsform eines Berechnungsabschnitts für eine Weglastinformation bei der Ausführungsform in Fig. 7 zeigt;
Fig. 11 ein Blockdiagramm einer Erkennungseinheit gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
Fig. 12 ein Blockdiagramm einer Erkennungs- und Beurteilungsvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist; und
Fig. 13 ist ein Blockdiagramm einer die Erkennungs- und Beurteilungsvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

Ausführliche Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform

Es wird nun auf die Zeichnungen Bezug genommen und es werden bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung im einzelnen beschrieben. Fig. 2 ist ein Blockdiagramm, das eine erste Ausführungsform einer Erkennungseinheit zeigt, die in einer Erkennungs- und Beurteilungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung verwendet wird. Die Erkennungseinheit dieser Ausführungsform umfaßt einen Vektorsignaleingangsabschnitt 11 zur Eingabe einer Mehrzahl von charakteristische Daten x1, x2... eines Musters von Eingangssignalen, indem sie als ein Eingangssignalvektor X durch eine Vektorsignaleingangsklemme 11a eingegeben werden, einen Berechnungsabschnitt 12 für Wegsignalübertragungsinformationen, um den Eingangssignalvektor E in Wegsignalübertragungsinformationen umzuwandeln, eine Wegeingangsklemme 1a1 und Wegausgangsklemmen 1b1 - 1bm, die miteinander verbunden sind, wenn eine Mehrzahl Erkennungseinheiten kombiniert wird, um ein hierarchisches Netz zu bilden, und einen Wegsignalübertragungsabschnitt 1, um Wegsignale von der Wegeingangsklemme 1a1 zu den Wegausgangsklemmen 1b1 - 1bm auf der Grundlage der Wegsignalübertragungsinformationen zu übertragen.
Fig. 3 ist ein Blockdiagramm, das eine zweite Ausführungsform einer Erkennungseinheit zeigt, die in der Erkennungs- und Beurteilungsvorrichtung der Erfindung verwendet wird. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist der Berechnungsabschnitt 12 für Wegsignalübertragungsinformationen der vorgenannten Ausführungsform durch einen Vektorquantisierer 21 gebildet, und der Wegsignalübertragungsabschnitt 1 umfaßt einen Wegeingabeabschnitt 1a, der eine Wegeingangsklemme 1a1 aufweist, einen Wegausgangsabschnitt 1b, der m Wegausgangsklemmen 1b1 - 1bm aufweist, und einen Schalter 1c. Hier wandelt der Vektorquantisierer 21 den Eingangssignalvektor X in Wegauswählinformationen I durch Vektorquantisierung des Eingangsignalvektors X um, die die Wegsignalübertragungsinformationen sind. Der Wegeingangsabschnitt 1a gibt die Wegsignale über eine Wegeingangsklemme 1a1 ein. Der Wegausgangsabschnitt 1b gibt die Wegsignale über irgendeine der m Wegausgangsklemmen 1b1 bis 1 bm aus. Der Schalter 1c schaltet die Verbindung zwischen der Wegeingangsklemme 1a1 und den Wegausgangsklemmen 1b1 bis 1bm auf der Grundlage der Wegauswählinformationen I.
Fig. 4 ist ein Blockdiagramm, das eine erste Ausführungsform des Vektorquantisierers 21 bei der vorgenannten Erkennungseinheit zeigt. Der Vektorquantisierer 21 dieser Ausführungsform umfaßt einen Eingangsabschnitt 31 zur Eingabe eines Eingangsignalvektors, einen Bezugsvektorspeicherabschnitt 22 zur Speicherung von m Bezugsvektoren, die einen repräsentativen Wert eines Eingangsignalvektors angegeben, Abstandsberechnungsabschnitte 33 zur Berechnung der Abstände zwischen allen Bezugsvektoren in dem Bezugsvektorspeicherabschnitt 32 und einem Eingangssignalvektor und einen Minimalwertauswählabschnitt 34 zur Auswahl eines minimalen Wertes unter den Abständen, die von den Abstandsberechnungsabschnitten 33 ausgegeben werden.
Die Arbeitsweise der wie oben beschrieben aufgebauten Erkennungseinheit wird nun beschrieben. Der Vektorsignaleingangsabschnitt 11 gibt eine Reihe (Anzahl n) charakteristische Daten xk (1 ≤ k ≤ n) eines zu erkennenden Gegenstands gemeinsam über die Vektorsignaleingangsklemme 11a ein, um sie als Eingangssignalvektor X einzugeben, wie es in Gleichung (1) gezeigt ist, und gibt X an den Vektorquantisierer 21 aus.
X = (X&sub1;, X&sub2;, ..., Xn) (1)
In dem Vektorquantisierer 21 erhält der Eingangsabschnitt 31 anfangs X und gibt X an m Abstandsberechnungsabschnitte 33 aus. Jeder Abstandsberechnungsabschnitt 33 liest einen Bezugsvektor Vi (1 ≤ i ≤ m, m ist eine Anzahl Bezugsvektoren, d. h., eine Anzahl von Quantisierungsebenen) aus, der einen repräsentativen Wert des Eingangssignalvektors X angibt, der in dem Bezugsvektorspeicherabschnitt 32 gespeichert ist, um einen Abstand di zwischen X und Vi zu berechnen, wie es durch die Gleichung (2) gezeigt ist,
Di = X - Vi ² (1 ≤ i ≤ m) (2)
und gibt das Ergebnis an den Minimalwertauswählabschnitt 34 aus. In dem Minimalwertauswählabschnitt 34 werden die Abstände di (1 ≤ i ≤ m) zwischen X und allen Bezugsvektoren Vi , die in den m Abstandsberechnungsabschnitten 33 berechnet worden sind, verglichen, und ein Index I eines Bezugsvektors Vi, bei dem der Abstandswert minimal wird, wird an den Wegsignalübertragungsabschnitt 1 als Wegauswählinformation ausgegeben.
In dem Wegsignalübertragungsabschnitt 1 wird andererseits ein Wegsignal, das von einer oberen Schicht der Erkennungseinheit übertragen wird, den Wegeingangsabschnitt 1a über den Wegeingangsabschnitt 1a1 eingegeben. Der Schalter 1c schaltet die Verbindung zwischen der Wegeingangsklemme 1a1 und den Wegausgangsklemmen 1b1 bis 1 bm des Wegausgangsabschnitts 1b auf der Grundlage der Wegauswählinformation I, die von dem Vektorquantisierer 21 ausgegeben worden ist. Das heißt, das Wegsignal, das dem Wegeingangsabschnitt 1a eingegeben worden ist, wird zu der Wegausgangsklemme 1b1 übertragen, wenn die Wegeingangsklemme 1a1 und die Wegausgangsklemme 1b1 verbunden sind. Der Wegausgangsabschnitt 1b gibt das Wegsignal an eine Erkennungseinheit auf einer niedrigeren Schicht, die miteinander verbunden sind, über die Wegausgangsklemme 1b1 aus. In anderen Worten ist die gleiche Anzahl Erkennungseinheiten wie die Anzahl Quantisierungsebenen m des Vektorquantisierers 21 einer Erkennungseinheit in dessen niederer Schicht vorgesehen, und das Wegsignal wird zu einer der Erkennungseinheiten durch den Schalter 1c übertragen.
Somit setzt die Erkennungseinheit der vorliegenden Erfindung die charakteristischen Vektordaten des zu erkennenden Gegenstands zusammen, die dem Vektorsignaleingangsabschnitt 11 als Eingangssignalvektor X eingegeben worden sind und wandelt sie in Wegauswählinformationen I durch Vektorquantisierung auf m Ebenen durch den Vektorquantisierer 21 um. Dann schaltet die Erkennungseinheit auf der Grundlage der Wegauswählinformationen I den Schalter 1c in dem Wegauswählabschnitt 1, um das Wegsignal von der oberen Schicht zu der unteren Schicht zu übertragen, indem das Wegsignal von der Erkennungseinheit der oberen Schicht zu einer i-ten Erkennungs einheit in eine Gruppe von m Erkennungseinheiten in der unteren Schicht übertragen wird.
Übrigens muß der Abstand di zwischen zwei Vektoren kein Euklid'scher Abstand sein, wie er durch die Gleichung (2) ausgedrückt ist, sondern kann ein Abstand wie in einer Stadt sein, wie er durch die Gleichung (3) ausgedrückt wird.
di = X - Vi (1 ≤ i ≤ m) (3)
Fig. 5 ist ein Blockdiagramm, das eine zweite Ausführungsform des Vektorquantisierers 21 in der Ausführungsform der Erkennungseinheit in Fig. 3 zeigt. Der Vektorquantisierer 21 dieser Ausführungsform umfaßt einen Eingangsabschnitt 41 zur Eingabe eines Eingangsignalvektors X, einen Bezugsvektorspeicherabschnitt 42 zur Speicherung von m Bezugsvektoren, die einen repräsentativen Wert des Eingangssignalvektors angeben, Berechnungsabschnitte 43 für den Innenproduktwert zur Berechnung von Innenproduktwerten aller Bezugsvektoren in dem Bezugsvektorspeicherabschnitt 42 und dem Eingangssignalvektor, und einen Maximalwertauswählabschnitt 44 zur Auswahl eines maximalen Wertes aus den Ausgangswerten, die von den Berechnungsabschnitten 43 für den Innenproduktwert ausgegeben worden sind.
Beim Betrieb gibt der Eingangsabschnitt 41 anfangs den Eingangssignalvektor X ein und gibt X an die im Berechnungsabschnitte 43 für das Innenprodukt aus. Jeder Berechnungsabschnitt 43 für den Innenproduktwert liest einen Bezugsvektor Vi(1 ≤ i ≤ m, m ist die Anzahl der Bezugsvektoren, d. h., die Anzahl der Quantisierungsebenen) aus, der einen repräsentativen Wert des Eingangssignalvektors X angibt, der in dem Bezugsvektorspeicherabschnitt 42 gespeichert ist, und berechnet einen Innenproduktwert wi von X und Vi , wie es durch die Gleichung (4) gezeigt ist, und gibt das Ergebnis an den Maximalwertauswählabschnitt 44 aus.
wi = X · Vi (1 ≤ i ≤ m) (4)
Der Maximalwertauswählabschnitt 44 vergleicht den Innenproduktwert wi (1 ≤ i ≤ m) von X und aller Bezugsvektoren Vi, die in den m Berechnungsabschnitten 43 für den Innen produktwert berechnet worden sind, und gibt einen Index I eines Bezugsvektors Vi, mit dem der Wert des Innenprodukts maximal wird, an den Wegsignalübertragungsabschnitt 1 als eine Wegauswählinformation aus.
Somit führt der Vektorquantisierer der zweiten Ausführungsform eine Vektorquantisierung aus, indem Innenprodukte aus dem Eingangssignalvektor und den Bezugsvektoren berechnet werden.
Fig. 6 ist ein Blockdiagramm, das eine dritte Ausführungsform des Vektorquantisierers bei der Ausführungsform der Erkennungseinheit in Fig. 3 zeigt. Der Vektorquantisierer 21 dieser Ausführungsform umfaßt einen Eingabeabschnitt 51 zur Eingabe eines Eingangssignalvektors, einen skalaren Quantisierer 52 zur Quantisierung des Eingangssignalvektors (eingegebene charakteristische Vektordaten) für jede Dimension und zur Ausgabe eines Index eines quantisierten Ausgangssignals in jeder Dimension, und einen Weginformationsintegrationsabschnitt 53 zur Erzeugung von Wegauswählinformationen I aus allen Indexe, die von den mehreren skalaren Quantisieren erhalten worden sind.
Beim Betrieb gibt der Eingangsabschnitt 51 zuerst den Eingangssignalvektor X ein und gibt X an die n skalaren Quantisierer 52 aus. Jeder der skalaren Quantisierer 52 tastet jedes Element xk des Eingangssignalvektors X ab (eingegebene charakteristische Vektordaten) und quanitsiert sie skalar und gibt einen Index ik eines quantisierten Ausgangssignals yik (i ≤ ik ≤ m, m ist die Anzahl der Quantisierungsebenen) an den Weginformationsintegrationsabschnitt 53 aus. Hier ist skalare Quantisierung eine Operation, um charakteristische Daten xk, die ein kontinuierlicher Wert sind, in m diskrete Werte ik unter Verwendung eines Kriteriums umzuwandeln, das den Mustern entspricht. Das heißt, es ist eine Operation, einen diskreten Wert yik dem xk zu geben, der in zi-1 ≤ Xk ≤ zi vorhanden ist (wobei Z R: reale Zahl). Der Weginformationsintegrationsabschnitt 53 integriert n Indexe i&sub1;, i&sub2;... in, die von jedem der skalaren Quantisierer 52 erhalten wurden, in einen um eine Wegauswählinformation I zu erzeugen, und gibt sie an den Wegsignalübertragungsabschnitt 1 aus. Hier integriert die Wegauswählinformation I jeden Index, indem eine Berechnung ausgeführt wird, wie sie bspw. durch Gleichung (5) gezeigt ist.
I = m(n-1) · i&sub1; + m(n-2) · i&sub2; + ... + m · in-1 + in (5)
Somit quantisiert der Vektorquantisierer der dritten Ausführungsform den Eingangssignalvektor für jedes Element von ihm skalar und führt die Vektorquantisierer durch, indem sein Ausgang integriert wird.
Fig. 7 ist ein Blockdiagramm einer dritten Ausführungsform einer Erkennungseinheit, die in der Erkennungs- und Beurteilungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung verwendet wird. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist der Berechnungsabschnitt 12 für die Wegsignalübertragungsinformation in Fig. 2 durch einen Berechnungsabschnitt 61 für eine Weglastinformation ausgebildet, und der Wegsignalübertragungsabschnitt 1 ist durch einen Wegeingangsabschnitt 1a, der eine Wegeingangsklemme 1a1 aufweist, einen Wegausgangsabschnitt 1b, der m Wegausgangsklemmen 1b1 bis 1bm aufweist, und einen Weglastabschnitt 1c ausgebildet. Hier wandelt der Berechnungsabschnitt 61 für die Weglastinformation den Eingangssignalvektor X in eine Weglastinformation um, die eine Wegsignalübertragungsinformation ist. Der Wegeingangsabschnitt 1a erhält ein Wegsignal über eine Wegeingangsklemme 1a1. Der Wegausgangsabschnitt 1b gibt das Wegsignal über m Wegausgangsklemmen 1b1 bis 1 bm aus: Der Weglastabschnitt 1c wendet ein Gewicht auf das Wegsignal, das von dem Wegeingangsabschnitt 1a eingegeben wurde, durch Lasten 1c1 bis 1 cm an. Eine Last 1c0 ändert die Lasten 1c1 bis 1 cm auf der Grundlage des Wegsignals und der Weglastinformation.
Fig. 8 ist ein Blockdiagramm, das eine erste Ausführungsform des Berechnungsabschnitts 61 für die Weglastinformationen in der Erkennungseinheit in Fig. 7 zeigt. Bei dieser Ausführungsform umfaßt der Berechnungsabschnitt 61 für die Weglastinformationen einen Eingangsabschnitt 71 zur Eingabe eines Eingangssignalvektors, einen Bezugsvektorspeicherabschnitt 72 zur Speicherung von m Bezugsvektoren, die einen repräsentativen Wert eines Eingangssignalvektors angeben, Berechnungsabschnitte 73 für Innenproduktwerte zur Berechnung von Innenproduktwerten aller Bezugsvektoren in dem Bezugsvektorspeicherabschnitt 72 und des Eingangssignalvektors, und Schwellenwertprozessoren 74 zur Ausführung einer Schwellenwertverarbeitung, um die Innen produktwerte, die in den Berechnungsabschnitten für Innenproduktwerte erhalten wurden, in einem gewissen Wertebereich zu begrenzen.
Beim Betrieb setzt der Vektorsignaleingangsabschnitt 11 eine Reihe (Anzahl n) charakteristische Daten xk (1 ≤ k ≤ n) eines zu erkennenden Gegenstands mittels der Vektorsignaleingangsklemme 11a zusammen, um sie als einen Eingangssignalvektor X einzugeben, wie es durch Gleichung (6) gezeigt ist, und gibt X an den Berechnungsabschnitt 61 für Weglastinformationen aus.
X = (x&sub1;, x&sub2;, ..., xn) (6)
In dem Berechnungsabschnitt 61 für Weglastinformationen erhält der Eingangsabschnitt 71X und gibt X an die m Abstandsberechnungsabschnitt 73 aus. Jeder der Berechnungsabschnitte 73 für die Innenproduktwerte liest einen Bezugsvektor Vi aus (1 ≤ i ≤ m, m ist die Anzahl der Bezugsvektoren), der einen repräsentativen Wert des Eingangssignalvektors X angibt und die in dem Bezugsvektorspeicherabschnitt 72 gespeichert sind, um einen Innenproduktwert z; von X und V; zu berechnen, wie es durch Gleichung (7) gezeigt ist, und gibt das Ergebnis an jeden der Schwellenwertprozessoren 74 aus.
Zi = X · Vi (1 ≤ i ≤ m) (7)
Jeder der Schwellenwertprozessoren 74 führt die Schwellenwertverarbeitung durch, um den Ausgang 21 des Berechnungsabschnitts 73 für die Innenproduktwerte auf einem gewissen Wertebereich zu beschränken und gibt das Ergebnis eines jeden der Schwellenwertprozessoren an den Wegsignalübertragungsabschnitt 1 als Weglastinformation wi (1 ≤ i ≤ m) aus. Das heißt, die Weglastinformation wi kann ausgedrückt werden, wie es durch die Gleichung (8) gezeigt ist.
wi = f(zi) (1 ≤ i ≤ m) (8)
Worin f() eine Schwellenwertfunktion ist, die für Eingangs/Ausgangscharakteristik der Schwellenwertprozessoren repräsentativ ist. Beispielsweise können als Schwellenwertfunktion, die einen Ausgang im Bereich von (0,1) beschränkten, stückweise lineare Funktionen, wie in Gleichung (9) gezeigt (wo a eine beliebige Konstante ist) oder eine Sigmoid-Funktion (wo T, θ beliebige Konstanten sind), die durch Gleichung (10) gezeigt ist, verwendet werden.
f(z) = 1 wenn z > z&sub0;
= az wenn z&sub0; < z < z&sub1; (9)
= 0 wenn z < z&sub1;
f(z) = 1 /(1 + exp(-z/T + θ)) (10)
In dem Wegsignalübertragungsabschnitt 1 wird andererseits das Wegsignal, das von einer Erkennungseinheit einer oberen Schicht übertragen worden ist, dem Wegeingangsabschnitt 1a über den Wegeingangsabschnitt 1a1 eingegeben. Die Lasten 1c1 bis 1 cm in dem Weglastabschnitt 1c sind Gewichte, die auf das Wegsignal, das über die Wegausgangsklemmen 1b1-1bm des Wegausgangsabschnitts 1b ausgegeben worden sind, angewendet werden, und die Belastungseinrichtung 1c0 ändert diese Gewichte gemäß der Weglastinformationen wi (1 ≤ i ≤ m), die von dem Berechnungsabschnitt 61 für Weglastinformationen ausgegeben worden sind und gemäß dem Wegsignal, das durch den Wegeingangsabschnitt 1a eingegeben worden ist. Das von dem Wegeingangsabschnitt 1a eingegebene Wegsignal wird durch die Lasten 1c1 bis 1cm gewichtet und das gewichtete Wegsignal wird an die Erkennungseinheiten der unteren Schicht, die miteinander verbunden sind, über die Wegausgangsklemmen 1b1 bis 1bm durch den Wegausgangsabschnitt 1b ausgegeben. In anderen Worten ist die gleiche Anzahl Erkennungseinheiten wie die Anzahl von Ausgängen des Berechnungsabschnitts 61 für Weglastinformationen einer Erkennungseinheit, d. h., der Anzahl m der Weglastinformationen, miteinander in der niedrigeren Schicht davon verbunden.
Somit setzt die Erkennungseinheit der vorliegenden Erfindung die charakteristischen Vektordaten eines zu erkennenden Gegenstands zusammen, die dem Vektorsignaleingangsabschnitt 11 als Eingangssignalvektor X eingegeben worden sind, und wandelt sie in m Weglastinformationen wi durch den Berechnungsabschnitt 61 für Weglastinformationen um. Dann wendet die Erkennungseinheit ein Gewicht auf das Wegsignal von der Erkennungseinheit der oberen Schicht gemäß den Weglastinformationen und dem Wegsignal an und überträgt das Wegsignal von der oberen Schicht zu einer niedrigeren Schicht, indem es an die Gruppe von m Erkennungseinheiten der unteren Schicht ausgegeben wird.
Fig. 9 ist ein Blockdiagramm, das eine zweite Ausführungsform des Berechnungsabschnitts für die Weglastinformationen bei der Ausführungsform in Fig. 7 zeigt. Bei dieser Ausführungsform umfaßt der Berechnungsabschnitt 61 für die Weglastinformationen einen Eingangsabschnitt 81 zur Eingabe eines Eingangssignalvektors, einen Bezugsvektorspeicherabschnitt 82 zur Speicherung von m Bezugsvektoren, die einen repräsentativen Wert eines Eingangssignalvektors angeben, Abstandsberechnungsabschnitte 83 zur Berechnung der Abstände zwischen allen Bezugsvektoren in dem Bezugsvektorspeicherabschnitt 82 und dem Eingangssignalvektor, die Divisionseinrichtungen 84 zur Berechnung einer umgekehrten Zahl des Ausgangs der Abstandsberechnungsabschnitte 83, einen Addierer 85, um die Summe der Ausgänge einer jeden Divisionseinrichtung 84 zu finden, Multiplikationseinrichtungen 86 zur Multiplikation des Ausgangs des Addierers 85 mit dem Ausgang der Abstandsberechnungsabschnitt 83, Divisionseinrichtungen 87 zur Berechnung einer umgekehrten Zahl des Ausgangs der Multiplikationseinrichtung 86, und Schwellenwertprozessoren 88, um eine Schwellenwertverarbeitung auszuführen, um den Ausgangswert einer jeden Divisionseinrichtung 87 auf einen gewissen Wertebereich zu beschränken.
Beim Betrieb erhält der Eingangsabschnitt 81 zuerst einen Eingangssignalvektor X und gibt X an die m Abstandsberechnungsabschnitte 83 aus. Jeder Abstandsberechnungsabschnitt 83 liest einen Bezugsvektor Vi (1 ≤ i ≤ m, m ist die Anzahl der Bezugsvektoren) aus, der einen repräsentativen Wert des Eingangssignalvektors X angibt, der in dem Bezugsvektorspeicherabschnitt 82 gespeichert ist, und berechnet die Entfernung di zwischen X und Vi , wie es durch die Gleichung (11) gezeigt ist, und gibt das Ergebnis an jede entsprechende Divisionseinrichtung 84 und Multiplikationseinrichtung 86 aus (wo f eine reale Zahl ist, die f > 1 erfüllt).
di = X - Vi 2/(f-1) (1 ≤ i ≤ m) (11)
Jede der Divisionseinrichtungen 84 berechnet eine umgekehrte Zahl des Abstands d1 und gibt das Ergebnis an den Addierer 86 aus. Der Addierer 85 berechnet die Summe aller Ausgänge der Divisionseinrichtungen 84 und gibt das Ergebnis den Multiplikationseinrichtungen 86 ein. Jede der Multiplikationseinrichtungen 86 multipliziert die Ausgänge eines jeden entsprechenden Abstandsberechnungsabschnitts 83 und des Addierers 85 und gibt das Ergebnis an jeder der Divisionseinrichtungen 87 ein. Jede der Divisionseinrichtungen 87 berechnet eine umgekehrte Zahl des Ausgangs von jeder Multiplikationseinrichtung 86 und gibt das Ergebnis an jeden Schwellenwertprozessor 88 aus. Jeder der Schwellenwertprozessoren 88 führt eine Schwellenwertverarbeitung aus, um den Ausgang einer jeden Divisionseinrichtung 87 auf einen gewissen Wertebereich zu beschränken, und gibt das Ergebnis von jedem Schwellenwertprozessor 88 an den Wegsignalübertragungsabschnitt 1 als eine Weglastinformation wi aus (1 ≤ i ≤ m). Das heißt, die Weglastinformation wi kann als Gleichung (12) ausgedrückt werden.
Wi = f(u&sub1;) (1 ≤ i ≤ m)
worin f() eine Schwellenwertfunktion ist, die für die Eingangs/Ausgangscharakteristik der Schwellenwertprozessoren repräsentativ ist, und als Schwellenwertfunktion zur Begrenzung des Ausgangs auf den Bereich von (0,1) können stückweise lineare Funktion, wie in Gleichung (9) gezeigt, oder eine Sigmoid-Funktion, in (10) gezeigt, ähnlich wie bei der Ausführungsform in Fig. 8 verwendet werden. Aus Gleichung (12) folgt, daß die Weglastinformation durch Änderung des Parameters f des Abstandes, der durch die Gleichung (11) ausgedrückt ist, geändert werden kann, wie folgt. Wenn sich f bspw. 1 nähert, wird der Wert einer Weglastinformation größer und andere Werte werden sehr klein. Andererseits werden, wenn f größer ist, die Werte aller Wertlastinformationen ein Durchschnittswert. Somit ermöglicht die vorliegende Erfindung, den Wert der Weglastinformationen auf eine optimalen Wert einzustellen, indem der Parameter f verändert wird.
Fig. 10 ist ein Blockdiagramm, das eine dritte Ausführungsform des Berechnungsabschnitts 61 für Weglastinformationen bei der Ausführungsform der Erkennungseinheit in Fig. 7 zeigt. Bei dieser Ausführungsform umfaßt der Berechnungsabschnitt 61 für die Weglastinformationen einen Eingangsabschnitt 91 zur Eingabe eines Eingangssignalvektors, einen Bezugsvektorspeicherabschnitt 62 zur Speicherung von m Bezugsvektoren, die einen repräsentativen Wert eines Eingangssignalvektors angeben, einen Speicherabschnitt 93 für eine Kovarianzmatrix zur Speicherung von m Kovarianzmatrizen, um eine Fortsetzung des Eingangsvektorsignals anzugeben, die jedem Bezugsvektor entspricht, einen Berechnungsabschnitt 84 für Gauß-Funktionswerte zur Umwandlung des Eingangssignalvektors in einen Wert einer Wahrscheinlichkeitsdichtefunktion, die eine mehrdimensionale Gauß-Verteilung aufweist, wobei alle Bezugsvektoren verwendet werden, die in den Bezugsvektorspeicherabschnitt 92 gespeichert sind, und alle Kovarianzmatrizen, die in dem Kovarianzmatrixspeicherabschnitt 93 gespeichert sind, und Schwellenwertprozessoren 85, um den Ausgangswert des Berechnungsabschnitts 94 für einen Gauß-Funktionswert auf einen gewissen Wertebereich zu beschränken.
Beim Betrieb erhält der Eingangsabschnitt 91 zuerst den Eingangssignalvektor X und gibt X an die m Berechnungsabschnitte 94 für einen Gauß-Funktionswert aus. Jeder der Berechnungsabschnitte 94 für einen Gauß-Funktionswert liest einen Bezugsvektor Vi(1 ≤ i ≤ m, m ist die Anzahl der Bezugsvektoren) aus, der einen repräsentativen Wert des Eingangssignalvektors X angibt, der in dem Bezugsvektorspeicherabschnitt 92 gespeichert ist, und liest eine Kovarianzmatrix Q (1 ≤ i ≤ m, m ist die Anzahl der Bezugsvektoren X) aus, die in dem Kovarianzmatrixspeicherabschnitt 93 gespeichert ist, um in einen Wert einer Wahrscheinlichkeitsdichtefunktion umzuwandeln, die eine mehrdimensionale Gauß-Verteilung aufweist, wie es durch die Gleichung (13) gezeigt ist (wo m die Anzahl der Elemente von X und Vi ist), und gibt das Ergebnis an jeden der Schwellenwertprozessoren 95 aus.
zi(1 ≤ i ≤ m)
Dann führt jeder Schwellenwertprozessor 85 die Schwellenwertverarbeitung durch, um den Ausgang z, von jedem Berechnungsabschnitt 94 für die Gauß-Funktion auf einen gewissen Wertebereich zu beschränken, und gibt das Ergebnis davon an den Wegsignalübertragungsabschnitt 1 als Weglastinformation wi aus (1 ≤ i ≤ m). Das heißt, die Weglastinformation w; kann als Gleichung (14) ausgedrückt werden.
W&sub1; = f(u&sub1;) (1 ≤ i ≤ m) (14)
worin f() eine Schwellenwertfunktion ist, die für die Eingangs/Ausgangscharakteristik der Schwellenwertprozessoren repräsentativ ist, und als die Schwellenwertfunktion können, um den Ausgang auf einen Bereich von (0,1) zu beschränken, stückweise lineare Funktionen, wie es in Gleichung (9) gezeigt ist, oder eine Sigmoid-Funktion, wie es in (10) gezeigt, ähnlich wie bei der Ausführungsform in Fig. 8 verwendet werden.
Übrigens kann die Kovarianzmatrix Ci unter Verwendung der Vektoren V und aller Eingangssignalvektoren gefunden werden, die zum Aufbau dieser Bezugsvektoren verwendet werden, wie es in Gleichung (15) gezeigt ist.
C&sub1; = E[(X - Vi)T(X - Vi)] (15)
Wo E die Berechnung eines Erwartungswerts ist, Ci eine positive, symmetrische Matrix ist, ein Diagonalelement ckk ein Varianz des k-ten Elements des Eingangssignalvektors ist und cjk (j = k) eine Kovarianz von xj und xk ist.
Somit findet die vorliegende Ausführungsform die Weglastinformation nicht einfach durch die Positionsbeziehung der Bezugsvektoren in dem Eingangssignalvektorraum, sondern auch unter Berücksichtigung eines Verteilungszustands der Eingangssignalvektoren, der den Bezugsvektoren entspricht. Demgemäß ermöglicht die vorliegende Erfindung, obgleich die Berechnung zum Auffinden der Weglastinformation komplex werden mag, die Anzahl der Bezugsvektoren zu verringern und die Speicherkapazität der Bezugsvektoren zu verringern.
Fig. 11 ist ein Blockdiagramm einer vierten Ausführungsform der Erkennungseinheit, die in der Erkennungs- und Beurteilungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung verwendet wird. Bei dieser Ausführungsform umfaßt die Erkennungseinheit einen Wegsignalübertragungsabschnitt, der einen Wegeingangsabschnitt 1a mit eine Mehrzahl von Wegein gangsklemmen 1a1 bis 1 aß zur Eingabe einer Mehrzahl Wegsignale umfaßt, und einen Addierer 1a0, um diese Eingangssignale zu addieren, eine Wegausgangsabschnitt 1b mit eine Schwellenwertprozessor 1b0 zur Ausführung einer Schwellenwertverarbeitung an einem Wegsignal und eine Wegausgangsklemme 1b1 zur Ausgabe des Wegsignals und einen Wegsignalübertrager 1c. Die Erkennungseinheit umfaßt auch den Vektorsignaleingangsabschnitt 11, die Vektorsignaleingangsklemme 11a und den Berechnungsabschnitt 12 für Wegsignalübertragungsinformationen, wobei der Aufbau davon der gleiche wie bei der ersten Ausführung der Erkennungseinheit ist, die in Fig. 2 gezeigt ist.
Beim Betrieb erhält der Wegsignalübertragungsabschnitt 1 Wegsignale von acht Erkennungseinheiten der oberen Schicht über die Wegeingangsklemmen 1a1 bis 1 aß des Wegeingangsabschnitts 1a. Der Addierer 1a0 summiert diese Wegsignale und gibt das Ergebnis an den Wegsignalübertrager 1c1 aus. Der Wegsignalübertrager 1c bestimmt, wie das Wegsignal, das durch den Addierer 1a0 aufsummiert wurde, gemäß der Wegsignalübertragungsfunktion ausgegeben wird. Der Wegsignalübertrager 1c ist bereits in Fig. 3 und 7 beschrieben worden und beide Konstruktionen des Übertragers 1c in den Fig. 3 und 7 können für den Wegsignalübertrager 1c bei dieser Ausführungsform verwendet werden. Jedoch weist der Wegausgangsabschnitt 1b bei dieser Ausführungsform nur eine Wegausgangsklemme auf, so daß der Wegsignalübertrager 1c bestimmt, ob er das Wegsignal gemäß der Wegauswählinformation ausgeben soll, wenn der Aufbau in Fig. 3 verwendet wird, oder ändert die Last, um auf das Wegsignal gemäß der Weglastinformation und dem Wegsignal ein Gewicht anzuwenden, wenn der Aufbau in Fig. 7 verwendet wird. Die Wegsignalübertragungsinformation (Wegauswählinformation oder Weglastinformation) ist das, in das ein Eingangssignalvektor, der von dem Vektorsignaleingangsabschnitt 11 eingegeben worden ist, in dem Wegsignalübertragungsinformationsabschnitt 12 umgewandelt wird, wie es in Fig. 2 (Fig. 3 oder Fig. 4) beschrieben wurde. Der Wegausgangsabschnitt 1b führt die Schwellenwertverarbeitung an dem Wegsignal durch, das von dem Wegsignalübertrager 1c ausgegeben worden ist, wobei der Schwellenwertprozessor 1b0 verwendet wird, und gibt das Wegsignal über die Wegausgangsklemme 1b1 aus. Für die Arbeitsweise der Schwellenwertverarbeitung können die stückweise linearen Funktionen, die in Gleichung (9) gezeigt sind, und die Sigmoid-Funktion verwendet werden, die in Gleichung (10) gezeigt ist.
Übrigens kann eine abgeänderte Einheit der in Fig. 11 gezeigten Erkennungseinheit so aufgebaut werden, daß das Wegauswählsignal auf "0" während des "Lernens" und auf "1" während der "Erkennung" gesetzt wird, und die Einheit während des "Lernens" nicht betrieben wird und während der "Erkennung" betrieben wird. Oder eine andere abgeänderte Einheit kann aufgebaut werden, die keine Wegauswählinformation verwendet, sondern nur den vorgenannten Addierer 1a0 und den Schwellenwertprozessor 1b0 verwendet.
Fig. 12 ist ein Blockdiagramm einer Erkennungs- und Beurteilungsvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Erkennungs- und Beurteilungsvorrichtung dieser Ausführungsform teilt einen zu erkennenden Gegenstand in zwei Teile auf und legt zwei Arten charakteristischer Vektordaten zugrunde, klassifiziert den Gegenstand in drei Kategorien, um eine Erkennung auszuführen. In der Erkennungs- und Beurteilungsvorrichtung ist ein Netz konstruiert, in dem eine Mehrzahl Erkennungseinheiten gemäß der vorliegenden Erfindung in einer mehrschichtigen hierarchischen Struktur miteinander verbunden werden. Das heißt, wenn z. B. die drei Buchstaben "A", "B" und "C" als die zu erkennenden Gegenstände erkannt werden sollen, wäre die erste charakteristische Date in diesem Fall die Konzentrationseigenschaft und die zweiten charakteristische Daten wären die Richtungen der Linien der Buchstaben. Des weiteren werden die zu erkennenden Buchstaben zur Hälfte in einen rechten und einen linken Bereich unterteilt, und der linke, halbe Abschnitt wird durch ein Netz von Erkennungseinheiten n11, n21, n22, n31, n32, n33 und n34 behandelt, und der rechte, halbe Abschnitt wird durch ein Netz von Erkennungseinheiten n12, n23, n24, n35, n36, n37 und n38 verarbeitet.
Hier ist die Anzahl der Schichten in dem Netz (die Anzahl der Arten von charakteristische Daten + 2) und deshalb ist die Anzahl der Schichten bei dieser Ausführungsform vier. Des weiteren entspricht die Erkennungseinheit in der letzten Schicht jeder Kategorie des Gegenstands. Beispielsweise entspricht die Erkennungseinheit n41 dem "A", n42 dem "B" und n43 dem "C". Bei dieser Ausführungsform entspricht eine Erkennungseinheit der vierten Schicht einer Kategorie und die Zahl hiervon ist drei. Bei dieser Ausführungsform wird die Erkennungseinheit, wie sie in Fig. 3 gezeigt ist, als die Erkennungseinheiten n11 - n12 und n21 - n24 verwendet, die die erste bzw. die zweite Schicht bilden, und umfaßt den Vektorquantisierer 21, der in Fig. 4 gezeigt ist, um cha rakteristische Vektordaten, die von dem Vektorsignaleingangsabschnitt 11 eingegeben werden, auf zwei Ebenen (d. h. m = 2) zu quantisieren, und den Wegsignalübertragungsabschnitt 1, der den Wegeingangsabschnitt 1a, der eine Wegeingangsklemme 1a1 aufweist, den Wegausgangsabschnitt 1b, der zwei Wegausgangsklemmen 1b1 und 1 b2 aufweist, und den Schalter 1c umfaßt.
Die Erkennungseinheit, die mit dem Wegsignalübertragungsabschnitt 1 versehen und in Fig. 3 gezeigt ist, wird auch als die Erkennungseinheiten n31 - n38 verwendet, die die dritte Schicht bilden, und umfaßt hier den Vektorquantisierer 21 um ein Lehrersignal, das von dem Vektorsignaleingangsabschnitt 11 eingegeben worden ist, auf drei Ebenen (d. h. m = 3) vektormäßig zu quantisieren, und den Wegsignalübertragungsabschnitt 1, der den Wegeingangsabschnitt 1a, der eine Wegeingangsklemme 1a1 aufweist, den Wegausgangsabschnitt 1b, der zwei Wegausgangsklemmen 1b1 und 1b2 aufweist, und den Schalter 1c umfaßt.
Die Erkennungseinheit, die in Fig. 11 gezeigt ist, wird als Erkennungseinheiten n41 - n43 verwendet, die die vierte Schicht bilden, und, wie es vorhergehend beschrieben worden ist, ist der Wegeingangsabschnitt 1a durch den Addierer 1 a0 zur Addition von Eingangssignalen von acht Wegeingangsklemmen 1a1-1a8 aufgebaut, und der Wegausgangsabschnitt 1b ist durch den Schwellenwertprozessor 1 b0 zur Ausführung einer Schwellenwertverarbeitung an einem Wegsignal ausgebildet.
Als nächstes wird der Lernvorgang der Erkennungs- und Beurteilungsvorrichtung, die in Fig. 12 gezeigt ist, beispielhaft an einem Fall beschrieben, wenn ein zu erkennender Gegenstand ein Buchstabe ist, und Buchstabendaten in drei Kategorien unterteilt werden, wobei zwei Arten charakteristischer Vektordaten der Buchstabendaten verwendet werden. Hier sind die charakteristischen Vektordaten, eine Mehrzahl charakteristische Daten der Buchstabendaten und zu einer Vektordate zusammengesetzt, die von den Bezugsbuchstabendaten abgetastet werden, die von einem Abtaster und Ähnlichem gelesen werden, wobei ein solches Abtastverfahren der Charakteristika, wie ein Gitterabtastverfahren, verwendet wird.
Wenn bspw. erste charakteristische Vektordaten 2n&sub1;, die charakteristischen Daten xk (1 ≤ k ≤ 2n&sub2;) haben, deren Charakteristika unter Verwendung von 2n, Maschen durch das Maschenabtasten abgetastet worden sind, in zwei Gruppen unterteilt werden, und alle n&sub1; charakteristischen Daten zusammengesetzt werden, können die ersten charakteristische Vektordaten X&sub1; und X&sub2; ausgedrückt werden durch:
X&sub1; = (X&sub1;, X&sub2;, ... Xn1)
X&sub2; = (Xn1+1, Xn1+2, ... X2n1)
Auch werden, wenn zweite charakteristische Vektordaten 2n&sub2; sind, die charakteristische Daten zk (1 ≤ k ≤ 2n&sub2;) haben, deren Charakteristika unter Verwendung einer Abtastung der Charakteristika abgetastet werden, die von der vorgenannten Maschenabtastung verschieden ist, in zwei Gruppen unterteilt werden, und alle n&sub2; charakteristische Daten in der gleichen Weise wie in dem Fall der Maschenabtastung zusammengesetzt werden, können die zweiten Eigenschaftsvektorendaten Z&sub1; und Z&sub2; ausgedrückt werden als:
Z&sub1; = (z&sub1;, z&sub2;, ... zn&sub1;)
Z&sub2; = (zn1+1, zn1+2, ...z2n1)
Unter Verwendung dieser charakteristischen Vektordaten X&sub1;, X&sub2;, Z, und Z&sub2; des Bezugsbuchstaben wird nun der Lernvorgang der Erkennungs- und Beurteilungsvorrichtung beschrieben.
"1" wird anfangs als ein Wegsignal an die Wegeingangsklemme 1a1 einer jeden der Erkennungseinheiten n11 und n12 der ersten Schicht gegeben. Des weiteren werden die ersten charakteristische Vektordaten X&sub1; und X&sub2; der Buchstabendaten den Signaleingangsklemmen 11a des Vektorsignaleingangsabschnitts 11 in diesen Erkennungseinheiten eingegeben. Der Vektorquantisierer 21 in den Erkennungseinheiten n11 und n12 quantisiert die charakteristischen Vektordaten vektormäßig auf zwei Ebenen, um die charakteristischen Vektordaten in Wegauswählinformationen umzuwandeln, um anzugeben, zu welcher Wegausgangsklemme von den Klemmen 1b1 und 1 b2 das eingegebene Wegsignal "1" übertragen werden sollte. Hier berechnet, wie es vorhergehend unter Bezugnahme auf Fig. 4 beschrieben worden ist, der Abstandsberechnungsab schnitt 33 in dem Vektorquantisierer 21 die Abstände zwischen zwei Bezugsvektoren, die in dem Bezugsvektorspeicherabschnitt 32 gespeichert sind, und der charakteristischen Vektordate. Dann vergleicht der Minimalwertauswählabschnitt 34 die Größen dieser Abstände und gibt einen Index des Bezugsvektors, bei dem der Wert des Abstands kleiner wird, als eine Wegauswählinformation an den Wegsignalübertragungsabschnitt 1 aus. Übrigens werden die Arten dieser Bezugsvektoren und die Anzahl der Wegausgangsklemmen im vornherein so nahe wie möglich in einem Bereich ausgewählt und bestimmt, der durch einen Konstrukteur (Hersteller) des Systems voraussagbar ist.
In dem Wegsignalübertragungsabschnitt 1 einer jeden Erkennungseinheit schaltet der Schalter 1c die Verbindung zwischen der Wegeingangsklemme 1a1 und den Wegausgangsklemmen 1b1 und 1 b2 auf der Grundlage der Wegauswählinformation und verteilt das Wegsignal, das von dem Wegeingangsabschnitt 1a eingegeben wurde, entweder auf die Wegausgangsklemme 1b1 oder die Wegausgangsklemme 1b2. Der Wegausgangsabschnitt 1b einer jeden Erkennungseinheit gibt das Wegsignal an die Wegeingangsklemme 1a1 der Erkennungseinheit der zweiten Schicht, die miteinander verbunden sind, mittels entweder der Wegausgangsklemme 1b1 oder der Wegausgangsklemme 1b2 aus. Das heißt, in Fig. 12 wird der Weg p11 durch den Schalter 1c gemäß der Wegauswählinformation ausgewählt, die durch die Vektorquantisierung der charakteristischen Vektordate X1 erhalten wurde, und das Wegsignal "1", das der Erkennungseinheit n11 zur Überdeckung des linken, halben Abschnitts des zu erkennenden Buchstabens eingegeben worden ist, wird der Wegeingangsklemme 1a1 der Erkennungseinheit n22 der zweiten Schicht eingegeben. In gleicher Weise wird der Weg p12 durch den Schalter 1c gemäß der Wegauswählinformation ausgewählt, die durch die Vektorquantisierung der charakteristischen Vektordate X2 erhalten wurde, und das Wegsignal "1", das der Erkennungseinheit n12 zum Überdecken des rechten halben Abschnitts des zu erkennenden Buchstabens eingegeben worden ist, wird der Wegeingangsklemme 1a1 der Erkennungseinheit n23 der zweiten Schicht eingegeben.
Dann wird die zweite charakteristische Vektordate 21 der Buchstabendaten der Signaleingangsklemme 11a des Vektorsignaleingangsabschnitts 11 der Erkennungseinheiten n21 und n22 eingegeben, und 22 wird der Signaleingangsklemme 11a des Vektorsignaleingangsabschnitts 11 der Erkennungseinheiten n23 und n24 eingegeben. Die Erkennungseinheiten n21, n22, n 23 und n24 der zweiten Schicht übertragen die Weg signale zu den Erkennungseinheiten der dritten Schicht, indem die gleiche Operation wie die bei den Erkennungseinheiten der ersten Schicht ausgeführt wird. Das heißt, in Fig. 12 wird der Weg p21 durch den Schalter 1c gemäß der Wegauswählinformation ausgewählt, die durch Vektorquantisierung der charakteristischen Vektordaten 21 erhalten wurde, und das Wegsignal "1", das der Erkennungseinheit n22 eingegeben worden ist, wird der Wegeingangsklemme 1a1 der Erkennungseinheit n34 der dritten Schicht eingegeben. In gleicher Weise wird der Weg p22 durch den Schalter 1c gemäß der Wegauswählinformation ausgewählt, die durch die Vektorquantisierung der charakteristischen Vektordaten 22 erhalten worden ist, und das Wegsignal "1", das der Erkennungseinheit n23 eingegeben worden ist, wird der Wegeingangsklemme 1a1 der Erkennungseinheit n36 der dritten Schicht eingegeben.
Hier sind die Erkennungseinheiten n31-n38 der dritten Schicht in einem Lernvorgang, und ein Lehrersignal, um anzugeben, zu welcher Kategorie von drei Kategorien die eingegebenen Buchstabendaten gehören, d. h., ein Signal, das angibt, welche Erkennungseinheit von den Erkennungseinheiten n41-n43 ausgewählt werden sollte, wird der Vektorsignaleingangsklemme 11a der Erkennungseinheiten n31-n38 der dritten Schicht eingegeben. Das heißt, wenn der eingegebene Bezugsbuchstabe "B" ist, wird ein Vektorsignal eingegeben, durch das n42 ausgewählt wird. In Fig. 12 wird das Lehrersignal zwei Erkennungseinheiten n34 und n36 eingegeben. In den Erkennungseinheiten n31 - n38 wandelt der Vektorquantisierer 21 anfangs das Lehrersignal in eine Wegauswählinformation um, die angibt, mit welcher Wegeingangsklemme 1a1 in jeder Erkennungseinheit verbunden werden soll, und dann schaltet der Schalter 1c die Verbindung zwischen der Wegeingangsklemme 1a1 und den Wegausgangsklemmen 1b1, 1b2 und 1b3 gemäß der Wegauswählinformation. Das heißt, in Fig. 12 wählt der Schalter 1c in den Erkennungseinheiten n34 und n36 die Wege p31 und p32 auf der Grundlage der Wegauswählinformation aus. Dann ist der Schalter 1c auf diese Auswahl festgelegt. Bei anderen Buchstaben wird der Schalter 1c in der gleichen Weise festgelegt. Somit wird das Lernen abgeschlossen. Übrigens sind während des Lernens die Erkennungseinheiten n41, n42 und n43 der vierten Schicht nicht eingeschlossen.
Wie es oben beschrieben worden ist, werden bei dem Lernvorgang der Erkennungs- und Beurteilungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die in Fig. 12 gezeigt ist, verschiedene charakteristische Vektordaten eines Ge genstands, wie eines Buchstabens, anfangs dem Vektorsignaleingangsabschnitt 11 einer jeden Erkennungseinheit eingegeben, die ein mehrschichtiges (in der Figur die erste und zweite Schicht), hierarchisches Netzwerk bilden. Verbindungswege der Erkennungseinheiten werden gemäß einem Ausgangswert des Vektorquantisierers 21 geschaltet, d. h. einer Wegauswählinformation. Dann werden Wegsignale dem Wegeingangsabschnitt 1a der Erkennungseinheiten der erste Schicht eingegeben, und gemäß den Verbindungen zwischen den Erkennungseinheiten werden die Wegsignale von den Erkennungseinheiten der ersten Schicht zu den Erkennungseinheiten der Schicht (in der Figur die dritte Schicht) übertragen, die der untersten Schicht vorausgeht. Hier wird ein Lehrersignal, das angibt, welche Erkennungseinheit unter den Erkennungseinheiten der untersten Schicht ausgewählt werden soll, die jeder Kategorie entspricht, dem Vektorsignaleingangsabschnitt 11 der Erkennungseinheiten der Schicht eingegeben, die der untersten Schicht vorausgeht. Dann ändert der Schalter 1c die Verbindung zwischen der Wegeingangsklemme und der Wegausgangsklemmen, die durch die Wegauswählinformation angegeben ist, gemäß dem Lehrersignal in jeder der Erkennungseinheiten der Schicht, die der untersten Schicht vorausgeht. Das Lernen des Eingangsmusters wird somit ausgeführt. Das heißt, gemäß der Erkennungs- und Beurteilungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung müssen die Muster (Bezugsvektoren) selbst nicht abgeändert werden, und der Benutzer kann dies unmittelbar durch Auswahl des Schalters 1c der Erkennungseinheit der der untersten Schicht vorausgehenden Schicht lernen, so daß er das Lernen mit sehr großer Geschwindigkeit im Vergleich zu den Beispielen beim Stand der Technik ausführen kann.
Als nächstes wird ein Erkennungsvorgang durch die Erkennungs- und Beurteilungsvorrichtung, die in Fig. 12 gezeigt ist, beschrieben. In den Erkennungseinheiten n11, n12 und n21 - n24 von der ersten Schicht bis zu der zweite Schicht quantisiert, ähnlich wie bei dem Lernvorgang, der Vektorquantisierer 21 in jeder der Erkennungseinheiten die charakteristische Vektordate eines unbekannten Buchstabens, die dem Vektorsignaleingangsabschnitt 11 eingegeben worden ist, vektormäßig in zwei Ebenen, um sie in ein Wegauswählsignal zur Angabe umzuwandeln, zu welcher Wegausgangsklemme von den zwei Klemmen in jeder Erkennungseinheit das eingegebene Wegsignal übertragen werden soll, und der Schalter 1c schaltet in dem Wegsignalübertragungsabschnitt 1 die Verbindung zwischen jeder der Erkennungseinheiten gemäß der Wegausgangsinformation. Des weiteren wird das Wegsignal "1" dem Wegeingangsabschnitt 1a einer je den der Erkennungseinheiten der ersten Schicht eingegeben, und gemäß der Verbindung der vorgenannten Erkennungseinheiten wird das Wegsignal von den Erkennungseinheiten der ersten Schicht zu den Erkennungseinheiten der Schicht (die dritte Schicht in der Figur) übertragen, die der untersten Schicht vorausgeht. Das heißt, in Fig. 12 werden die Wegsignale der Reihe nach über die Wege p11 und p12 und p21 und p22 übertragen.
Bei dem Erkennungsvorgang wird kein Lehrersignal der Vektorsignaleingangsklemme 11a jeder der Erkennungseinheiten n34 und n36 der dritten Schicht eingegeben. Demgemäß wird der Zustand der Schalter 1c während des Lernens beibehalten, und die Wege p31 und p32 werden gemäß dem Zustand dieser Schalter 1c ausgewählt, und das Wegsignal "1" wird zu der Wegeingangsklemme der Erkennungseinheit n42 der vierten Schicht übertragen. Der Addierer 1a0 in dem Wegeingangsabschnitt 1a der Erkennungseinheit n42 addiert die Wegsignale auf, die durch die Wege p31 und p32 eingegeben worden sind. Des weiteren wird ein Signal "1", das einen Erkennungsmodus angibt, der Signaleingangsklemme 11a des Vektorsignaleingangsabschnitts 11 der Erkennungseinheit n42 eingegeben, und der Vektorquantisierer 21 quantisiert dieses Signal vektormäßig, so daß der Wegsignalübertrager 1b den Wegausgang ermöglichen kann. (Ein Signal "0" wird während des Lernmodus eingegeben, und der Wegsignalübertragungsabschnitt 1 schaltet so, daß der Wegausgang gesperrt ist.) Ein Wegsignal, das durch die Addition erhalten wird, wird zum dem Wegausgangsabschnitt 1b geschickt. In dem Wegausgangsabschnitt 1b führt der Schwellenwertprozessor 1b0 eine Schwellenwertverarbeitung in bezug auf das Signal durch und gibt das Verarbeitungsergebnis an der Wegeingangsklemme 1 b1 aus. Demgemäß wird, wenn der Wert des Signals nach der Addition größer als ein gewisser Schwellenwert ist, das Signal durch die Wegausgangsklemme ausgegeben. Auf diese Weise kann der Buchstabe auf der Grundlage seiner eingegebenen charakteristische Daten erkannt werden. Eine Sigmoid- Funktion, eine Schrittfunktion und Ähnliches können als eine Funktion verwendet werden, um die Schwellenwertverarbeitung auszuführen.
Wie es oben beschrieben worden ist, werden bei dem Erkennungsverfahren der Erkennungs- und Beurteilungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die in Fig. 12 gezeigt ist, verschiedene charakteristische Vektordaten eines Gegenstands wie eines Buchstabens, der erkannt werden soll, dem Signalein gangsabschnitt einer jeden Erkennungseinheit eingegeben, die ein mehrschichtes, hierarchisches Netz bildet. Der Verbindungsweg zwischen den Erkennungseinheiten wird gemäß einem Ausgangswert der entsprechenden Vektorquantisierer 21 geschaltet. Dann wird ein Wegsignal dem Wegeingangsabschnitt 1a einer jeden der Erkennungseinheiten der ersten Schicht eingegeben und wird von den Erkennungseinheiten der ersten Schicht den Erkennungseinheiten der Schicht (der dritten Schicht in der Figur), die der untersten Schicht vorausgeht, gemäß den Verbindungen der vorgenannten Erkennungseinheiten eingegeben. In der der untersten Schicht vorausgehenden Schicht kann ein Erkennungsergebnis nur dadurch erhalten werden, daß der Auswählweg zu der untersten Schicht (der vierten Schicht in der Figur) auf der Grundlage des Verbindungswegs bestimmt wird, der bei dem Lernvorgang eingestellt wird. Das heißt, in der Erkennungs- und Beurteilungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung müssen das Eingangssignalmuster des Gegenstands und alle die Muster, d. h. alle Bezugsvektoren, nicht verglichen und berechnet werden, wie bei den Beispielen nach dem Stand der Technik. Um die Erkennungsleistung insbesondere der Vorrichtung nach dem Stand der Technik zu verbessern, muß eine Mehrzahl Muster für jede Kategorie bereitgestellt werden, so daß eine übermäßige Menge an Berechnungen für den Vergleich und die Berechnung verlangt wird, und die Erkennung lange dauerte. Obgleich der Eingangssignalvektor und die Bezugsvektoren in jeder der Erkennungseinheiten auch bei der Erkennungs- und Beurteilungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung nicht verglichen und berechnet werden müssen, kann die Anzahl der Bezugsvektoren, die für den Vergleich notwendig sind, viel kleiner als verglichen mit den Beispielen nach dem Stand der Technik sein, da die Erkennung ausgeführt wird, indem jede der Erkennungseinheiten in der hierarchischen Weise kombiniert wird, wie es in Fig. 12 gezeigt ist. Da die für den Vergleich notwendige Zeit proportional zu der Anzahl der Bezugsvektoren zunimmt, kann der Erkennungsvorgang mit der Erkennungs- und Beurteilungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung bei sehr hoher Geschwindigkeit verglichen mit den Beispielen nach dem Stand der Technik ausgeführt werden. Des weiteren kann die Erkennungsgeschwindigkeit höher sein, weil der Gegenstand, der erkannt werden soll, in einen rechten und linken, halben Abschnitt bei dem Netz unterteilt ist.
Obgleich der Vektorquantisierer 21, der in Fig. 4 gezeigt ist, für die Erkennungseinheiten verwendet worden ist, die die ersten und zweite Schicht bei der vorgenannten Ausführungsform der Erkennungs- und Beurteilungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung bilden, kann der Vektorquantisierer 21, der in den Fig. 5 oder 6 gezeigt ist, auch statt dessen verwendet werden.
Fig. 13 ist ein Blockdiagramm einer Erkennungs- und Wiedergabevorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Ähnlich der Erkennungs- und Beurteilungsvorrichtung in Fig. 12 klassifiziert auch diese Erkennungs- und Beurteilungsvorrichtung einen zu erkennenden Gegenstand in drei Kategorien auf der Grundlage zweier Arten von charakteristischen Vektordaten des Gegenstands. Ein Netz ist in der gleichen Weise wie bei der Erkennungs- und Beurteilungsvorrichtung in Fig. 12 konstruiert, indem eine Mehrzahl von Erkennungseinheiten der vorliegenden Erfindung miteinander in einer mehrschichtigen, hierarchischen Struktur verbunden werden. Bei dieser Ausführungsform jedoch wird die Erkennungseinheit, die in Fig. 7 gezeigt ist, als die Erkennungseinheiten n11 und n12 und n21 - n24 verwendet, die die erste und die zweite Schicht bilden, und umfaßt den Berechnungsabschnitt 61 für Weglastinformationen, der in Fig. 8 gezeigt ist, um charakteristische Vektordaten, die von dem Vektorsignaleingangsabschnitt 11 eingegeben werden, in zwei Weglastinformationen umzuwandeln, und den Wegsignalübertragungsabschnitt 1, der mit dem Wegeingangsabschnitt 1a, der eine Wegeingangsklemme 1a1 aufweist, dem Wegausgangsabschnitt 1b, der zwei Wegausgangsklemmen 1b1 und 1b2 aufweist, und dem Weglastabschnitt 1c versehen, der zwei Lasten 1c1 und 1c2 aufweist, um ein Gewicht auf ein Wegsignal anzuwenden, das dem Wegeingangsabschnitt 1a eingegeben wird. Die Erkennungseinheit, die in Fig. 7 gezeigt ist, wird auch als die Erkennungseinheiten n31 - n38 verwendet, die die dritte Schicht bilden, und umfaßt hier den Berechnungsabschnitt 61 für eine Weglastinformation, um ein Lehrersignal, das von dem Vektorsignaleingangsabschnitt 11 eingegeben wird, in drei Weglastinformation umzuwandeln, und der Wegsignalübertragungsabschnitt 1, der mit dem Wegeingangsabschnitt 1a, der eine Wegeingangsklemme 1a1 aufweist, dem Wegausgangsabschnitt 1b, der drei Wegausgangsklemmen 1b1, 1b2 und 1b3 aufweist, und dem Weglastabschnitt 1c versehen, der drei Lasten 1c1, 1c2 und 1c3 aufweist, um ein Gewicht auf ein Wegsignal von der Erkennungseinheit der oberen Schicht anzuwenden, das dem Wegeingangsabschnitt 1a eingegeben worden ist. Die Erkennungseinheit, wie sie in Fig. 11 gezeigt ist, wird als die Erkennungseinheiten n41 - n43 verwendet, die die vierte Schicht bilden, und wie es vorhergehend beschrieben worden ist, ist der Wegeingangsabschnitt 1a durch den Addierer 1a0 zur Addition von Eingangssignalen von den acht Wegeingangsklemmen 1a1 - 1a8 ausge bildet, und der Wegausgangsabschnitt 1b ist durch den Schwellenwertprozessor 1b0 ausgebildet, um eine Schwellenwertverarbeitung an einem Wegsignal durchzuführen.
Als nächstes wird ein Lernvorgang der Erkennungs- und Beurteilungsvorrichtung, die in Fig. 13 gezeigt ist, beschrieben, wobei ein beispielhafter Fall dargestellt wird, wenn ein Gegenstand, der erkannt werden soll, ein Buchstabe ist, und Buchstabendaten in drei Kategorien unterschieden werden, wobei zwei charakteristische Vektordaten von zwei Arten Buchstabendaten X&sub1;, X&sub2;, Y&sub1; und Y&sub3; verwendet werden, wie es in der Beschreibung der Erkennungs- und Beurteilungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform beschrieben worden ist, die in Fig. 12 gezeigt ist.
Zuerst wird der Lernvorgang der Erkennungs- und Beurteilungsvorrichtung beschrieben, wobei diese charakteristischen Vektordaten X&sub1;, X&sub2;, Y&sub1; und Y&sub3; verwendet werden.
"1" wird anfangs als ein Wegsignal dem Wegeingabeabschnitt 1a einer jeden der Erkennungseinheiten n11 und n12 der ersten Schicht gegeben. Erste charakteristische Vektordaten X&sub1; und X&sub2; der Buchstabendaten werden auch der Signaleingangsklemme 11a eines Vektorsignaleingangsabschnitt 11 dieser Einheiten eingegeben. In dem Berechnungsabschnitt 61 für Weglastinformationen der Erkennungseinheiten n11 und n12 berechnet der Berechnungsabschnitt 73 für den Innenproduktwert einen Innenproduktwert von zwei Bezugsvektoren, die in dem Bezugsvektorspeicherabschnitt 72 gespeichert sind, und den charakteristischen Vektordaten, wie es unter Bezugnahme auf Fig. 8 beschrieben worden ist, und der Schwellenwertprozessor 74 wandelt die charakteristischen Vektordaten in zwei Weglastinformationen um, indem eine Schwellenwertverarbeitung an dem Innenproduktwert ausgeführt wird. Das heißt, in dem Berechnungsabschnitt 61 für die Weglastinformationen der Erkennungseinheit n11 wird die charakteristische Vektordate X&sub1; in Weglastinformationen (wx&sub1;&sub1;, wx&sub1;&sub2;) umgewandelt, und in dem Berechnungsabschnitt 61 für die Weglastinformationen der Erkennungseinheit n12 wird die charakteristische Vektordate X&sub2; in Weglastinformationen (wx&sub2;&sub1; wx&sub2;&sub2;) umgewandelt. In dem Weglastabschnitt 1c einer jeden der Erkennungseinheiten ändert die Belastungseinrichtung 1c0 die Lasten 1c1 und 1c2 gemäß diesen Weglastinformationen und dem eingegeben Wegsignal, um ein Gewicht auf das Wegsignal anzuwenden, das von dem Wegeingangsabschnitt 1a eingegeben worden ist. Der Wegausgangsabschnitt 1b einer jeden der Erkennungseinheiten gibt das gewichtete Wegsignal an die Wegeingangs klemme der Erkennungseinheiten der zweiten Schicht, die gegenseitig verbunden sind, mittels der Wegausgangsklemmen 1b1 und 1b2 aus. Das heißt, das Wegsignal "1", das der Erkennungseinheit n11 eingegeben worden ist, wird durch die Lasten g111 und g112 gewichtet, die gemäß dem Wegsignal und der Weglastinformation (wx&sub1;&sub1;, wx&sub1;&sub2;) definiert sind, und das gewichtete Wegsignal "g111" wird der Erkennungseinheit n21 eingegeben, wohingegen das Wegsignal "g112" der Erkennungseinheit n22 eingegeben wird. In der gleichen Weise wird das Wegsignal "1", das der Erkennungseinheit n12 eingegeben worden ist, durch die Lasten g121 und g122 gewichtet, die gemäß dem Wegsignal und der Weglastinformation (wx&sub2;&sub1;, wx&sub2;&sub2;) definiert sind, und das gewichtete Wegsignal "g121" wird der Erkennungseinheit n23 eingegeben, wohingegen das Wegsignal "g122" der Erkennungseinheit n24 eingegeben wird.
Als nächstes wird die zweite charakteristische Vektordate Y1 der Buchstabendaten der Signaleingangsklemme 11a des Vektorsignaleingangsabschnitt 11 der Erkennungseinheiten n21 und n22 der zweiten Schicht eingegeben, und Y2 wird der Vektorsignaleingangsklemme 11a des Vektorsignaleingangsabschnitt 11 der Erkennungseinheiten n23 und n24 eingegeben. Jede der Erkennungseinheiten der zweiten Schicht überträgt das Wegsignal zu den Erkennungseinheiten der dritten Schicht, indem die gleichen Operationen wie jene der Erkennungseinheit der ersten Schicht ausgeführt werden. In dem Berechnungsabschnitt 61 für die Weglastinformationen der Erkennungseinheiten n21 und n22 in Fig. 13 wird die charakteristische Vektordate Y1 zuerst in Weglastinformationen (wy&sub1;&sub1;, wy&sub1;&sub2;) bzw. (wy&sub1;&sub3;, wy&sub1;&sub4;) umgewandelt, und in dem Berechnungsabschnitt 61 für Weglastinformationen der Erkennungseinheiten n23 und n24 wird die charakteristische Vektordate Y&sub2; in Weglastinformationen (wy&sub1;&sub1;, wy&sub1;&sub2;) bzw. (wy&sub1;&sub3;, wy&sub1;&sub4;) umgewandelt. Dann wird das Wegsignal "g111", das der Erkennungseinheit n21 eingegeben worden ist, durch die Lasten g211 und g212 gewichtet, die gemäß dem Wegsignal und den Weglastinformationen (wy&sub1;&sub1;, wy&sub1;&sub2;) definiert sind, und das gewichtete Wegsignal "g111* g211" wird der Erkennungseinheit n31 eingegeben, und das Wegsignal "g111*g212" wird der Erkennungseinheit n32 angegeben. Des weiteren wird das Wegsignal "g112", das der Erkennungseinheit n22 eingegeben worden ist, durch die Lasten g211 und g212, die gemäß dem Wegsignal und den Weglastinformationen (wy13, wy14) definiert sind, gewichtet, und das gewichtete Wegsignal "g112*g122" wird der Erkennungseinheit n33 eingegeben und das Wegsignal "g112*g222" wird der Erkennungseinheit n34 eingegeben. In gleicher Weise wird das Wegsignal "g121", das der Erkennungseinheit n23 eingegeben worden ist, durch die Lasten g231 und g232 gewichtet, die gemäß dem Wegsignal und den Weglastinformationen (wy&sub2;&sub1;, wy&sub2;&sub2;) definiert sind, und das gewichtete Wegsignal "g121*g231" wird der Erkennungseinheit n35 eingegeben und das Wegsignal "g121*g232" wird der Erkennungseinheit n36 eingegeben, und das Wegsignal "g122", das der Erkennungseinheit n24 eingegeben worden ist, wird durch die Lasten g241 und g242 gewichtet, die gemäß dem Wegsignal und den Weglastinformationen (wy23, wy24) definiert sind, und das gewichtete Wegsignal "g122*g241" wird der Erkennungseinheit n37 eingegeben und das Wegsignal "g122*g242" wird der Erkennungseinheit n38 eingegeben.
Hier wird ein Lehrersignal, um anzugeben, zu welcher Kategorie der drei Kategorien die eingegebenen Buchstabendaten gehören, d. h. ein Signal, das angibt, welche Erkennungseinheit aus den Erkennungseinheiten n41 - n43 ausgewählt werden soll, dem Vektorsignaleingangsabschnitt 11 der Erkennungseinheiten n31 - n38 eingegeben. Der Berechnungsabschnitt 61 für Weglastinformationen einer jeden der Erkennungseinheiten n31 - n38 wandelt das eingegebene Lehrersignal in Weglastinformationen um, die angeben, welche Festigkeit der Verbindung der Wegausgangsklemme mit der Wegeingangsabschnitt 1a einer jeden der Erkennungseinheiten geändert werden soll, d. h., welche Last in dem Weglastabschnitt 1c geändert werden soll. In dem Weglastabschnitt 1c der Erkennungseinheiten n31 - n38 ändert die Belastungseinrichtung 1 c0 die Last, die durch die Weglastinformation gemäß dem Wegsignal angegeben worden ist, das von dem Wegeingangsabschnitt eingegeben wurde. Bei der Ausführungsform in Fig. 13 ändert sich bspw., wenn ein Lehrersignal zur Auswahl der Erkennungseinheit n42 dem Vektorsignaleingangsabschnitt 11 der Erkennungseinheiten n31 - n38 eingegeben wird, die Last g312 der Erkennungseinheit n31, die die Festigkeit einer Verbindung des Weges p3142 angibt, gemäß dem Eingangswegsignal "g111*g211. Das heißt, die Last g3i2 (i = 1 bis 8) der Erkennungseinheit n31 (i = 1 bis 8), die die Festigkeit der Verbindung des Weges p3i42 (i = 1 bis 8) angibt, ändert sich gemäß dem Wegsignal, das durch diese Erkennungseinheiten eingegeben worden ist.
Wie es oben beschrieben worden ist werden bei dem Lernverfahren der Erkennungs- und Beurteilungsvorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die in Fig. 13 gezeigt ist, verschiedene charakteristische Vektordaten eines Ge genstands, wie eines Buchstabens anfangs dem Vektorsignaleingangsabschnitt 11 einer jeden der Erkennungseinheiten eingegeben, die ein mehrschichtiges (die ersten und zweite Schicht in der Figur) hierarchisches Netz bilden. Lasten von Verbindungswegen der Erkennungseinheiten werden gemäß den Weglastinformationen geändert, die von dem Berechnungsabschnitt 61 für Weglastinformationen für jede der Erkennungseinheiten erhalten werden. Dann wird ein Wegsignal dem Wegeingangsabschnitt 1a einer jeden der Erkennungseinheiten der ersten Schicht eingegeben und gemäß der Festigkeit der Verbindung zwischen den vorgenannten Erkennungseinheiten wird, das Wegsignal von den Erkennungseinheiten der ersten Schicht zu den Erkennungseinheiten der Schicht (der dritten Schicht in der Figur) übertragen, die der untersten Schicht vorausgeht. Hier wird ein Lehrersignal, das angibt, welche Erkennungseinheit unter den Erkennungseinheiten der untersten Schicht, die jeder Kategorie entsprechen, ausgewählt werden soll, dem Vektorsignaleingangsabschnitt 11 der der untersten Schicht vorausgehenden Schicht eingegeben. Dann ändert die Belastungseinrichtung 1c0 die Festigkeit (Last) der Verbindung zwischen der Wegeingangsklemme und den Wegausgangsklemmen, die durch die Weglastinformationen gemäß dem Lehrersignal angeben ist, in jeder der Erkennungseinheiten in der der untersten Schicht vorausgehenden Schicht. Das Lernen von Eingangsmustern wird somit ausgeführt. Das heißt, gemäß der Erkennungs- und Beurteilungsvorrichtung der vorliegenden Ausführungsform müssen die Muster (Bezugsvektoren) selbst nicht wie bei dem Beispiel nach dem Stand der Technik abgeändert werden, so daß die Erkennungs- und Beurteilungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung das Lernen mit sehr hoher Geschwindigkeit im Vergleich zu Beispielen nach dem Stand der Technik ausführen kann.
Als nächstes wird ein Erkennungsvorgang mit der Erkennungs- und Beurteilungsvorrichtung beschrieben, die in Fig. 13 gezeigt ist. In den Erkennungseinheiten n11, n12 und n21 - n24 von der ersten Schicht bis zu der zweiten Schicht wandelt ähnlich wie beim dem Lernvorgang der Berechnungsabschnitt 61 für Weglastinformationen in jeder der Erkennungseinheiten die charakteristische Vektordate eines unbekannten Buchstabens, der dem Vektorsignaleingabeabschnitt 11 eingegeben worden ist, in eine Weglastinformation um, um anzugeben, wie ein eingegebenes Wegsignal zu gewichten ist, das zu zwei Wegausgangsklemmen in jeder der Erkennungseinheiten zu übertragen ist, und ändert die Festigkeit der Verbindung einer jeden der Erkennungseinheiten (d. h. die Last des Weglastabschnitts 1c in jeder Erkennungseinheit) auf der Grundlage der Weglastin formationen und des Wegsignals. Des weiteren wird das Wegsignal "1" dem Wegeingangsabschnitt 1a einer jeden der Erkennungseinheiten der ersten Schicht eingegeben, und gemäß der Festigkeit der Verbindung der vorgenannten Erkennungseinheiten wird das Wegsignal von den Erkennungseinheiten der ersten Schicht zu der Erkennungseinheit der Schicht (der dritten Schicht in der Figur) übertragen, die der untersten Schicht vorausgeht.
Bei dem Erkennungsvorgang wird kein Lehrersignal der Vektorsignaleingangsklemme einer jeden der Erkennungseinheiten n31 - n38 der dritten Schicht eingegeben. Demgemäß wird der Zustand der Last während des Lernens beibehalten, und die Wegsignale, die jeder der Erkennungseinheiten der dritten Schicht eingegeben werden, werden durch diese Lasten gewichtet und zu der Wegeingangsklemme aller Erkennungseinheiten n41 - n43 der letzten Schicht (der vierten Schicht in der Figur) übertragen. Der Addierer 1 a0 in dem Wegeingangsabschnitt 1a der Erkennungseinheiten n41 - n43 addiert alle eingegebenen Wegsignale. Ein Signal "1", das einen Erkennungsmodus angibt, wird der Signaleingangsklemme 11a des Vektorsignaleingangsabschnitt 11 einer jeden der Erkennungseinheiten der vierten Schicht eingegeben, und der Berechnungsabschnitt 61 für Weglastinformationen wandelt dieses Signal in eine Weglastinformation um, sodaß der Wegsignalübertrager 1c den Wegausgang ermöglichen kann. (Wenn ein Signal "0" eingegeben wird, schaltet der Wegsignalübertrager 1c, so daß der Wegausgang gesperrt wird.) Ein Wegsignal, das durch die Addition erhalten wird, wird zu dem Wegausgangsabschnitt 1b geschickt. In dem Wegausgangsabschnitt 1b führt der Schwellenwertprozessor 1b0 eine Schwellenwertverarbeitung an dem Signal durch und gibt das Verarbeitungsergebnis an der Wegausgangsklemme 1b1 aus. Demgemäß wird, wenn der Wert des Signals nach der Addition größer als ein gewisser Schwellenwert ist, das Signal durch die Wegausgangsklemme ausgegeben. Auf diese Weise kann der Buchstabe auf der Grundlage seiner eingegebenen charakteristische Daten erkannt werden.
Wie es oben beschrieben wurde, werden bei dem Erkennungsverfahren der Erkennungs- und Beurteilungsvorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die in Fig. 13 gezeigt ist, verschiedene charakteristische Vektordaten eines Gegenstands, wie eines Buchstaben, der erkannt werden soll, dem Signaleingangsabschnitt 11 einer jeden der Erkennungseinheiten eingegeben, die ein mehr schichtiges (die erste und zweite Schicht in der Figur) hierarchisches Netz bilden. Die Last der Verbindungswege zwischen den Erkennungseinheiten wird gemäß einem Ausgangswert des Berechnungsabschnitts 61 für Weglastinformationen geändert, d. h. einer Weglastinformation. Dann wird ein Wegsignal dem Wegeingangsabschnitt 1a einer jeden der Erkennungseinheiten der ersten Schicht eingegeben, und das Wegsignal wird von den Erkennungseinheiten der ersten Schicht zu den Erkennungseinheiten der Schicht (der dritten Schicht in der Figur), die der untersten Schicht vorausgeht, gemäß der Festigkeit der Verbindungen der vorgenannten Erkennungseinheiten übertragen. In der Schicht, die der untersten Schicht (der dritten Schicht in dieser Figur) vorausgeht, kann ein Erkennungsergebnis einfach dadurch erhalten werden, daß der Auswählweg der untersten Schicht (der vierten Schicht in der Figur) auf der Grundlage der Last des Verbindungswegs bestimmt wird, die bei dem Lernvorgang festgelegt wurde. Das heißt, in der Erkennungs- und Beurteilungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung müssen das Eingangssignalmuster des Gegenstands und alle die Muster, d. h. alle Bezugsvektoren, nicht wie bei den Beispielen nach dem Stand der Technik verglichen und berechnet werden. Um die Erkennungsleistung insbesondere der Vorrichtung nach dem Stand der Technik zu verbessern, muß eine Mehrzahl Muster für jede Kategorie vorgesehen werden, so daß ein übermäßiger Aufwand an Berechnung für den Vergleich und die Berechnung verlangt wird und es sehr lange Zeit dauert, die Erkennung auszuführen. Obgleich der Eingangssignalvektor und die Bezugsvektoren in jeder der Erkennungseinheiten auch in der Erkennungs- und Beurteilungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung verglichen und berechnet werden müssen, wenn der Eingangssignalvektor in die Weglastinformation umgewandelt wird, kann die Anzahl der Bezugsvektoren, die für jede Erkennungseinheit notwendig sind, kleiner als im Vergleich zu dem Beispiel nach dem Stand der Technik sein, da die Erkennung ausgeführt wird, indem eine Mehrzahl Erkennungseinheiten in der hierarchischen Weise kombiniert wird, die in Fig. 13 gezeigt ist. Da die für den Vergleich notwendige Zeit proportional zu der Anzahl der Bezugsvektoren zunimmt, kann der Erkennungsvorgang mit sehr hoher Geschwindigkeit im Vergleich zu dem Beispiel nach dem Stand der Technik mit der Erkennungs- und Beurteilungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung ausgeführt werden.
Obgleich der Berechnungsabschnitt 61 für Weglastinformationen, der in Fig. 8 gezeigt ist, für die Erkennungseinheiten verwendet worden ist, die die erste und zweite Schicht in der vorgenannten Ausführungsform der Erkennungs- und Beurteilungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung bilden, kann der Berechnungsabschnitt 61 für die Weglastinformationen, der in Fig. 9 oder 10 gezeigt ist, statt dessen verwendet werden.
Des weiteren kann die vierte Schicht fortgelassen werden, und in einem solchen Fall wäre ein Baumsystem (n11, n21, n22, n31, n32, n33 und n34) ein zu erkennender Gegenstand, und Buchstabenmarkierungen "A", "B" und "C" werden mit n31, n32, n33 bzw. n34 bezeichnet.
In dem Fall, wenn die vierte Schicht als solche fehlt, kann natürlich die abgeänderte Einheit, wie sie unter Bezugnahme auf Fig. 11 beschrieben ist, als die vierte Schicht verwendet werden oder die Erkennungseinheit der vorliegenden Erfindung kann als die vierte Schicht verwendet werden.
Obgleich die vorliegende Erfindung vollständig in beispielhafter Weise unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben worden ist, ist hier anzumerken, daß verschiedene Änderungen und Abänderungen für den Durchschnittsfachmann auf dem Gebiet offensichtlich sind. Deshalb sollen sie, es sei denn, solche Änderungen und Abänderungen weichen sonst von dem Bereich der beigefügten Ansprüche ab, als hier eingeschlossen betrachtet werden.

Claims

1. Eine Erkennungs- und Beurteilungsvorrichtung, die mit einer Mehrzahl Erkennungseinheiten konstruiert ist, die in einer mehrschichtigen hierarchischen Netzstruktur angeordnet sind, indem eine oder mehrere Wegausgangsklemmen der genannten Erkennungseinheiten der oberen Schicht mit einer oder mehreren Wegeingangsklemmen der genannten Erkennungseinheiten der unteren Schicht verbunden sind, wobei jede der genannten Erkennungseinheiten umfaßt:

eine Vektorsignaleingangseinrichtung (11) zur Eingabe einer Mehrzahl Eingangssignale, um Charakteristika eines zu erkennenden Gegenstands zu zeigen;

eine Berechnungseinrichtung (12) für Wegsignalübertragungsinformationen zur Umwandlung eines Eingangssignalvektors (X) von der genannten Vektorsignaleingangseinrichtung (11) in Wegsignalübertragungsinformationen (I); und

eine Wegsignalübertragungseinrichtung (1), die die genannte eine oder mehreren Wegeingangsklemmen (1a1) zur Eingabe eines Wegsignals, das von einer oberen Erkennungseinheit, die damit verbunden ist, übertragen wird, und die genannte eine oder mehreren Wegausgangsklemmen (1b1, 1bm) zur Ausgabe des genannten Wegsignals aufweist, um das genannte Wegsignal von den genannten Wegeingangsklemmen (1a1) zu den genannten Wegausgangsklemmen (1b1, 1bm) gemäß den genannten Wegsignalübertragungsinformationen zu übertragen;

wobei die genannte Berechnungseinrichtung (12) für Wegsignalübertragungsinformationen mit einem Vektorquantisierer (21) versehen ist, um den genannten Eingangssignalvektors (X) in die genannten Wegsignalübertragungsinformatio nen umzuwandeln, indem eine Vektorquantisierung an dem genannten Eingangssignalvektor (X) von der genannten Vektorsignaleingangseinrichtung (11) durchgeführt wird, und

die genannte Wegsignalübertragungseinrichtung (1) mit einer Wegeingangseinrichtung (1), die die genannte eine oder mehreren Wegeingangsklemmen (1a1) zur Eingabe des genannten Wegsignals aufweist, einer Wegausgangseinrichtung (1b), die die genannte eine oder mehreren Wegausgangsklemmen (1b1, 1bm) zur Ausgabe des genannten Wegsignals zu einer Erkennungseinheit einer niedrigeren Schicht aufweist, die damit verbunden ist, und einer Schaltereinrichtung (1c) versehen ist, um die Verbindung zwischen den genannten Wegeingangsklemmen (1a1) der genannten Wegeingangseinrichtung (1a) und den genannten Wegausgangsklemmen (1b1, 1bm) der genannten Wegausgangseinrichtung (1b) gemäß der genannten Wegsignalübertragungsinformation (I) umzuschalten,

und wobei der genannte Vektorquantisierer (21) umfaßt:

eine Bezugsvektorspeichereinrichtung (32) zur Speicherung einer Mehrzahl Bezugsvektoren (Vi), die einen repräsentativen Wert eines Eingangssignalvektors (X) angeben, in dem eine Mehrzahl Eingangssignale zusammengesetzt ist,

eine Mehrzahl Abstandsberechnungseinrichtungen (33) zur Berechnung von Abständen (di) zwischen dem genannten Eingangssignalvektor (X) und den genannten sämtlichen Bezugsvektoren (Vi), die in der genannten Bezugsvektorspeichereinrichtung gespeichert sind, und

eine Minimalwert-Auswähleinrichtung (34) zur Auswahl eines minimalen Wertes (I) unter sämtlichen Ausgangssignalen der genannten Abstandsberechnungseinrichtung, wobei der genannte Wert zu der Wegsignalübertragungsabschnittseinrichtung (1) als eine Wegauswählinformation ausgegeben wird.

2. Eine Erkennungs- und Beurteilungsvorrichtung, die mit einer Mehrzahl Erkennungseinheiten konstruiert ist, die in einer mehrschichtigen hierarchischen Netz struktur angeordnet sind, indem eine oder mehrere Wegausgangsklemmen der genannten Erkennungseinheiten der oberen Schicht mit einer oder mehreren Wegeingangsklemmen der genannten Erkennungseinheiten der unteren Schicht verbunden sind, wobei jede der genannten Erkennungseinheiten umfaßt:

eine Wegsignalübertragungseinrichtung (1), die die genannte eine oder mehreren Wegeingangsklemmen (1a1) zur Eingabe eines Wegsignals, das von einer Erkennungseinheit einer oberen Schicht, die damit verbunden ist, übertragen wird, und die genannte eine oder mehreren Wegausgangsklemmen (1b1, 1 bm) zur Ausgabe des genannten Wegsignals aufweist, um das genannte Wegsignal von den genannten Wegeingangsklemmen (1a1) zu den genannten Wegausgangsklemmen (1b1, 1 bm) gemäß den genannten Wegsignalübertragungsinformationen (I) zu übertragen;

wobei die genannte Berechnungseinrichtung (12) für Wegsignalübertragungsinformationen mit einem Vektorquantisierer (21) versehen ist, um den genannten Eingangssignalvektors (X) in die genannten Wegsignalübertragungsinformationen umzuwandeln, indem eine Vektorquantisierung an dem genannten Eingangssignalvektor (X) von der genannten Vektorsignaleingangseinrichtung (11) durchgeführt wird, und

die genannte Wegsignalübertragungseinrichtung (1) mit einer Wegeingangseinrichtung (1), die die genannte eine oder mehreren Wegeingangsklemmen (1a1) zur Eingabe des genannten Wegsignals aufweist, einer Wegausgangseinrichtung (1b), die die genannte eine oder mehreren Wegausgangsklemmen (1b1, 1bm) zur Ausgabe des genannten Wegsignals zu einer Erkennungseinheit einer niedrigeren Schicht aufweist, die damit verbunden ist, und einer Schaltereinrich tung (1c) versehen ist, um die Verbindung zwischen den genannten Wegeingangsklemmen (1a1) der genannten Wegeingangseinrichtung (1a) und den genannten Wegausgangsklemmen (1b1, 1bm) der genannten Wegausgangseinrichtung (1b) gemäß der genannten Wegsignalübertragungsinformation (I) umzuschalten,

und wobei der genannte Vektorquantisierer (21) umfaßt:

eine Bezugsvektorspeichereinrichtung (42) zur Speicherung einer Mehrzahl Bezugsvektoren (Vi), die einen repräsentativen Wert eines Eingangssignalvektors (X) angeben, in dem eine Mehrzahl Eingangssignale zusammengesetzt ist,

eine Mehrzahl Berechnungseinrichtungen (43) für Innenproduktwerte zur Berechnung von Innenproduktwerten (Wi) des genannten Eingangssignalvektors (X) und aller genannten Bezugsvektoren (Vi), die in der genannten Bezugsvektorspeichereinrichtung (42) gespeichert sind, und

eine Maximalwert-Auswähleinrichtung (44) zur Auswahl eines Maximalwerts (I) unter allen Ausgangssignalen der genannten Berechnungseinrichtung für Innenproduktwerte, wobei der genannte Wert an die genannte Wegsignalübertragungsabschnittseinrichtung (1) als Wegauswählinformation ausgegeben wird.

3. Eine Erkennungs- und Beurteilungsvorrichtung, die mit einer Mehrzahl Erkennungseinheiten konstruiert ist, die in einer mehrschichtigen hierarchischen Netzstruktur angeordnet sind, indem eine oder mehrere Wegausgangsklemmen der genannten Erkennungseinheiten der oberen Schicht mit einer oder mehreren Wegeingangsklemmen der genannten Erkennungseinheiten der unteren Schicht verbunden sind, wobei jede der genannten Erkennungseinheiten umfaßt:

eine Berechnungseinrichtung (12) für Wegsignalübertragungsinformationen zur Umwandlung eines Eingangssignalvektors (X) von der genannten Vektorsignaleingangseinrichtung (11) in Wegsignalübertragungsinformationen (1); und

eine Wegsignalübertragungseinrichtung (1), die die genannte eine oder mehreren Wegeingangsklemmen (1a1) zur Eingabe eines Wegsignals, das von einer Erkennungseinheit einer oberen Schicht, die damit verbunden ist, übertragen wird, und die genannte eine oder mehreren Wegausgangsklemmen (1b1, 1 bm) zur Ausgabe des genannten Wegsignals aufweist, um das genannte Wegsignal von den genannten Wegeingangsklemmen (1a1) zu den genannten Wegausgangsklemmen (1b1, 1bm) gemäß den genannten Wegsignalübertragungsinformationen zu übertragen;

die genannte Wegsignalübertragungseinrichtung (1) mit einer Wegeingangseinrichtung (1a), die die genannte eine oder mehreren Wegeingangsklemmen (1 a1) zur Eingabe des genannten Wegsignals aufweist, einer Wegausgangseinrichtung (1b), die die genannte eine oder mehreren Wegausgangsklemmen (1b1, 1bm) zur Ausgabe des genannten Wegsignals zu einer Erkennungseinheit einer niedrigeren Schicht aufweist, die damit verbunden ist, und einer Schaltereinrichtung (1c) versehen ist, um die Verbindung zwischen den genannten Wegeingangsklemmen (1a1) der genannten Wegeingangseinrichtung (1a) und den genannten Wegausgangsklemmen (1b1, 1bm) der genannten Wegausgangseinrichtung (1b) gemäß der genannten Wegsignalübertragungsinformation (I) umzuschalten,

und wobei der genannte Vektorquantisierer (21) umfaßt:

eine Mehrzahl skalarer Quantisierer (52) zur Umwandlung des genannten Eingangssignalvektors (X) in Indexe (ik) quantisierter Ausgangssignale in jeder Dimension, indem jedes Element des genannten Eingangssignalvektors (X) quantisiert wird, und

eine Weginformationsintegrationseinrichtung (53) zur Integration der genannten Mehrzahl Indexes zu einem Indexwert (I), um eine Wegauswählinformation zu erzeugen, wobei der genannte Wert an die genannte Wegsignalübertragungsabschnittseinrichtung (1) als Wegauswählinformation ausgegeben wird.

4. Eine Erkennungs- und Beurteilungsvorrichtung, die mit einer Mehrzahl Erkennungseinheiten konstruiert ist, die in einer mehrschichtigen hierarchischen Netzstruktur angeordnet sind, indem eine oder mehrere Wegausgangsklemmen der genannten Erkennungseinheiten der oberen Schicht mit einer oder mehreren Wegeingangsklemmen der genannten Erkennungseinheiten der unteren Schicht verbunden sind, wobei jede der genannten Erkennungseinheiten umfaßt:

eine Berechnungseinrichtung (12) für Wegsignalübertragungsinformationen zur Umwandlung eines Eingangssignalvektors (X) von der genannten Vektorsignaleingangseinrichtung (11) in Wegsignalübertragungsinformationen; und

eine Wegsignalübertragungseinrichtung (1), die die genannte eine oder mehreren Wegeingangsklemmen (1a1) zur Eingabe eines Wegsignals, das von einer Erkennungseinheit einer oberen Schicht, die damit verbunden ist, übertragen wird, und die genannte eine oder mehreren Wegausgangsklemmen (1b1, 1bm) zur Ausgabe des genannten Wegsignals aufweist, um das genannte Wegsignal von den genannten Wegeingangsklemmen (1a1) zu den genannten Wegausgangsklemmen (1b1, 1bm) gemäß den genannten Wegsignalübertragungsinformationen zu übertragen;

wobei die genannte Berechnungseinrichtung (12) für Wegsignalübertragungsinformationen mit einer Berechnungseinrichtung (81) für Weglastinformationen versehen ist, um den genannten Eingangssignalvektor (X) von der genannten Vektorsignaleingangseinrichtung (1) in Weglastinformationen umzuwandeln, und

die genannte Wegsignalübertragungseinrichtung (1) eine Wegeingangseinrichtung (1a), die eine oder mehrere Wegeingangsklemmen (1a1) zur Eingabe des genannten Wegsignals aufweist, eine Wegausgangseinrichtung (1b), die eine oder mehrere Wegausgangsklemmen (1b1, 1bm) zur Ausgabe des genannten Wegsignals zu einer Erkennungseinheit einer niedrigeren Schicht aufweist, die damit verbunden ist, und eine Weglasteinrichtung (1c) umfaßt, um die Festigkeit der Verbindung zwischen den genannten Wegeingangsklemmen (1a1) der genannten Wegeingangseinrichtung (1a) und den genannten Wegausgangsklemmen (1b1, 1bm) der genannten Wegausgangseinrichtung (1b) gemäß der genannten Wegsignal, das von der Wegeingangseinrichtung (1a) eingegeben wird, und der Weglastinformation (Wi) zu ändern,

und wobei die genannte Berechnungseinrichtung (61) für Weglastinformationen umfaßt:

eine Bezugsvektorspeichereinrichtung (72) zur Speicherung einer Mehrzahl Bezugsvektoren (Vi), die einen repräsentativen Wert eines Eingangssignalvektors (X) angeben, in dem eine Mehrzahl Eingangssignale zusammengesetzt ist, und

eine Mehrzahl Berechnungseinrichtungen (73) für Innenproduktwerte zur Ausgabe von Innenproduktwerten (21) des genannten Eingangssignalvektors (X) und aller genannten Bezugsvektoren (Vi), die in der genannten Bezugsvektorspeichereinrichtung gespeichert sind, und

eine Mehrzahl Schwellenwertprozessoren (74), um eine Schwellenwertverarbeitung an dem genannten Innenproduktwert auszuführen und dann das Ergebnis eines jeden Schwellenwertprozessors an die Wegsignalübertragungsabschnitts einrichtung (1) als Weglastinformation (Wi) an eine damit verbundene Erkennungseinheit einer niedrigeren Schicht auszugeben.

5. Eine Erkennungs- und Beurteilungsvorrichtung, die mit einer Mehrzahl Erkennungseinheiten konstruiert ist, die in einer mehrschichtigen hierarchischen Netzstruktur angeordnet sind, indem eine oder mehrere Wegausgangsklemmen der genannten Erkennungseinheiten der oberen Schicht mit einer oder mehreren Wegeingangsklemmen der genannten Erkennungseinheiten der unteren Schicht verbunden sind, wobei jede der genannten Erkennungseinheiten umfaßt:

eine Berechnungseinrichtung (12) für Wegsignalübertragungsinformationen zur Umwandlung eines Eingangssignalvektors (X) von der genannten Vektorsignaleingangseinrichtung (11) in Wegsignalübertragungsinformationen (Wi); und

wobei die genannte Berechnungseinrichtung (12) mit einer Berechnungseinrichtung (61) für Weglastinformationen versehen ist, um den genannten Eingangssignalvektor (X) von der genannten Vektorsignaleingangseinrichtung in Weglastinformationen (Wi) umzuwandeln, und

die genannte Wegsignalübertragungseinrichtung (1) eine Wegeingangseinrichtung (1a), die eine oder mehrere Wegeingangsklemmen (1a1) zur Eingabe des genannten Wegsignals aufweist, eine Wegausgangseinrichtung (16), die eine oder mehrere Wegausgangsklemmen (1b1, 1bm) zur Ausgabe des genannten Wegsignals an eine Erkennungseinheit einer unteren Schicht aufweist, die damit verbunden ist, und eine Weglasteinrichtung (1c) umfaßt, um die Festigkeit der Verbindung zwischen den genannten Wegeingangsklemmen (1a1) der Wegeingangseinrichtung (1a) und den genannten Wegausgangsklemmen (1b1, 1bm) der Wegausgangseinrichtung (1b) gemäß dem genannten Wegsignal, das von der genannten Wegeingangseinrichtung (1a) eingegeben wird, und den genannten Weglastinformationen zu ändern,

und wobei die Berechnungseinrichtung (61) für Weglastinformationen umfaßt,

eine Bezugsvektorspeichereinrichtung (82) zur Speicherung einer Mehrzahl Bezugsvektoren (Vi), die einen repräsentativen Wert eines Eingangssignalvektors (X) angeben, in dem eine Mehrzahl Eingangssignale zusammengesetzt ist, und

eine Mehrzahl Abstandsberechnungseinrichtungen (83) zur Berechnung von Abständen (di) zwischen dem genannten Eingangssignalvektor (X) und allen genannten Bezugsvektoren (Vi), die in der genannten Bezugsvektorspeichereinrichtung gespeichert sind, und

eine Mehrzahl erster Divisionseinrichtungen (84) zur Berechnung einer umgekehrten Zahl des Ausgangs der genannten Abstandsberechnungseinrichtung,

einen Addierer (85), um jeden Ausgang der genannten Divisionseinrichtung zu addieren,

eine Mehrzahl Multiplikationseinrichtungen (86), um einen Ausgang des genannten Addierers mit den Ausgängen der genannten Abstandsberechnungseinrichtungen zu multiplizieren, und

eine Mehrzahl zweiter Divisionseinrichtungen (87) zur Berechnung einer umgekehrten Zahl eines Ausgangs der genannten Multiplikationseinrichtungen, und eine Mehrzahl Schwellenwertprozessoren (88), um eine Schwellenwertverarbeitung an Ausgängen der genannten zweiten Divisionseinrichtungen auszuführen und dann das Ergebnis eines jeden Schwellenwertprozessors zu der Wegsignalübertragungsabschnittseinrichtung (1) als Weglastinformation (Wi) zu einer damit verbundenen Erkennungseinheit einer niedrigeren Schicht zu übertragen.

6. Eine Erkennungs- und Beurteilungsvorrichtung, die mit einer Mehrzahl Erkennungseinheiten konstruiert ist, die in einer mehrschichtigen hierarchischen Netzstruktur angeordnet sind, indem eine oder mehrere Wegausgangsklemmen der genannten Erkennungseinheiten der oberen Schicht mit einer oder mehreren Wegeingangsklemmen der genannten Erkennungseinheiten der unteren Schicht verbunden sind, wobei jede der genannten Erkennungseinheiten umfaßt:

die genannte Wegsignalübertragungseinrichtung (1) eine Wegeingangseinrichtung (1a), die eine oder mehrere Wegeingangsklemmen (1a1) zur Eingabe des genannten Wegsignals aufweist, eine Wegausgangseinrichtung (16), die eine oder mehrere Wegausgangsklemmen (1b1, 1bm) zur Ausgabe des genannten Wegsignals an eine Erkennungseinheit einer unteren Schicht aufweist, die damit verbunden ist, und eine Weglasteinrichtung (1c) umfaßt, um die Festigkeit der Verbindung zwischen den genannten Wegeingangsklemmen (1a1) der Wegeingangseinrichtung (1a) und den genannten Wegausgangsklemmen (1b1, 1bm) der Wegausgangseinrichtung (1b) gemäß dem genannten Wegsignal, das von der genannten Wegeingangseinrichtung (1a) eingegeben wird, und den genannten Weglastinformationen (Wi) zu ändern,

und wobei die Berechnungseinrichtung (61) für Weglastinformationen umfaßt,

eine Bezugsvektorspeichereinrichtung (92) zur Speicherung einer Mehrzahl Bezugsvektoren (Vi), die einen repräsentativen Wert eines Eingangssignalvektors (X) angeben, in dem eine Mehrzahl Eingangssignale zusammengesetzt ist, und

eine Kovarianzmatrix-Speichereinrichtung (93) zur Speicherung einer Mehrzahl Kovarianzmatrizen (c1), die eine Fortsetzung des genannten Eingangssignalvektors (X) angegeben, die allen genannten Bezugsvektoren (Vi) entspricht,

eine Berechnungseinrichtung (94) für Gauß-Funktionswerte zur Umwandlung des genannten Eingangssignalvektors in einen Wert einer Wahrscheinlichkeitsdichtefunktion (21), die eine mehrdimensionale Gauß-Verteilung aufweist, wobei die genannten Bezugsvektoren (Vi) und die Kovarianzmatrizen (c1) verwendet werden, die in der genannten Bezugsvektorspeichereinrichtung (92) bzw. in der genannten Kovarianzmatrix-Speichereinrichtung (93) gespeichert sind, und

eine Mehrzahl Schwellenwertprozessoren (95) zur Ausführung einer Schwellenwertverarbeitung an Ausgängen der genannten Berechnungseinrichtung (93) für Gauß-Funktionswerte und dann zur Ausgabe des Ergebnisses eines jeden Schwellenwertprozessors an die Wegsignalübertragungsabschnittseinrichtung (1) als Weglastinformation (Wi) zu einer damit verbundenen Erkennungseinheit einer niedereren Schicht.