Основные цели и задачи построения систем распознавания. Построение математической модели системы распознавания образов на примере алгоритма идентификации объектов военной техники в автоматизированных телекоммуникационных комплексах систем управления.
Краткое сожержание материала:

- 4 -

Размещено на

Размещено на

Содержание

• Введение 3
• 1. Современное состояние и перспективы распознавания образов. 9
• 1.1 Основные понятия. 9
• 1.2 Признаки образов. 11
• 1.3 Методы распознавания образов. 12
• 1.4 Статистические методы распознавания образов. 14
• 1.4.1 Введение в статистические методы. 14
• 1.4.2 Проверка статистических гипотез при распознавании образов. Вероятность ошибки при проверке гипотез. 16
• 1.4.3 Последовательная проверка гипотез. 23
• 1.4.4 Линейные классификаторы. 29
• 1.4.5 Оценивание параметров. 38
• 1.5.6 Оценивание вероятности ошибки. 46
• 1.5 Структурные методы в распознавании образов. 59
• 1.5.1 Введение. 59
• 1.5.2 Введение в формальные языки. 61
• 1.5.3 Типы распознающих устройств в системах синтаксического распознавания образов. 63
• 1.5.4 Модификации грамматик. 70
• 1.5.5 Языки описания образов. 73
• 1.6.6 Синтаксический анализ как распознающая процедура. 78
• 2. Описание системы опознавания. 86
• 2.1 Блок-схема системы опознавания. 86
• 2.2 Описание оптической системы. 88
• 2.3 Описание матрицы фотоэлементов. 91
• 2.4 Описание системы предварительной обработки. 92
• 2.5 Описание вычислительной системы. 96
• 2.6 Алгоритм распознавания. 98
• 2.6.1 Описание подклассов. 98
• 2.6.2 Описание признаков подклассов. 99
• Заключение. 102
• Литература. 104

Введение

В настоящее время перед вооружёнными силами различных государств возникла следующая проблема: несоответствие огневых возможностей современных образцов вооружения и возможностей систем, позволяющих дать более-менее достоверный ответ на вопрос о государственной принадлежности поражаемого объекта (систем опознавания). Дальность поражения превышает дальность действия систем опознавания, поэтому при ведении боя существует вероятность того, что поражаемый объект окажется принадлежащим к группировке союзных войск. Это значительно снижает боевую эффективность вооружения танковых и мотопехотных подразделений.

В качестве примера можно привести следующий факт. В ходе операции «Буря в пустыне» войска США потеряли 20 БМП «Брэдли» и 9 танков «Абрамс». Из них 17 БМП и 7 танков были уничтожены огнем американских войск. Причиной столь частого ведения огня по своим машинам стало отсутствие прицелов, имеющих большую кратность увеличения и высокую разрешающую способность, тогда как основное вооружение танков и БМП было способно поражать цели за пределами дальности опознавания.

Разумеется, в этом направлении ведутся исследования, имеются некоторые образцы систем боевого опознавания. В частности, предлагается совмещать прицел боевой машины с системой прямого опознавания, работающей по принципу «запрос-ответ». Однако такие системы имеют свои недостатки, основные из которых следующие:

1. Необходимо найти компромисс для величины диаграммы направленности излучателя, так как широкая диаграмма направленности запросного сигнала обуславливает его приём многими ответчиками и потенциально вызывает маскировку неотвечающих целей. В свою очередь, узкая диаграмма направленности означает возможность отсутствия приёма запросного сигнала, что влечёт за собой идентификацию априорно своих объектов как «чужих».

2. Ограниченная пропускная способность канала передачи информации не позволяет ответчикам принимать все запросные сигналы, что также может вызвать идентификацию своих объектов как «чужих».

3. Необходимо предусмотреть защиту от перехвата и расшифровки противником запросных и ответных сигналов и их имитации, поскольку это может означать демаскировку своего объекта.

Приведённые недостатки говорят о том, что активная запросно-ответная система опознавания не является достаточным решением проблемы, поэтому необходима разработка пассивной системы опознавания, обрабатывающей оптическую информацию, поступающую с поля боя. Такая система свободна от перечисленных недостатков, так как она не излучает никаких сигналов, а лишь обрабатывает поступающие.

Задача пассивного опознавания объектов на поле боя относится к задачам распознавания образов, т.е. присвоения распознаваемому объекту однозначного понятия или классификации объектов. Классов объектов в данной задаче всего два: классы своих и чужих объектов.

Основные задачи построения систем распознавания. Система распознавания - сложная динамическая система, состоящая в общем случае из коллектива подготовленных специалистов и совокупности технических средств получения и обработки информации и предназначенная для решения задач распознавания соответствующих объектов и явлений на основе специально сконструированных алгоритмов. Каждая система распознавания приспособлена для распознавания только данного вида объектов и явлений. Перечислим основные задачи, возникающие при построении и проектировании системы распознавания [2].

Задача 1. Задача состоит в подробном и тщательном изучении объектов, для распознавания которых предназначена проектируемая система. Её цель - уяснить особенности изучаемых объектов и определить, что роднит и отличает их друг от друга.

Задача 2. Эта задача заключается в проведении классификации распознаваемых объектов и явлений. Основное в данной задаче - выбор надлежащего принципа классификации. Этот принцип определяется требованиями, предъявляемыми к системе распознавания, которые, в свою очередь, зависят от того, какие решения могут приниматься по результатам распознавания системой неизвестных объектов и явлений.

Задача 3. Эта задача состоит в составлении словаря признаков, используемого как для априорного описания классов, так и для апостериорного описания каждого неизвестного объекта или явления, поступающего на вход системы и подлежащего распознаванию.

При разработке словаря признаков сталкиваются с рядом ограничений:

1) В словарь могут быть включены только те признаки, относительно которых может быть получена априорная информация, достаточная для описания классов на языке этих признаков. Составленный из этих признаков словарь будем называть априорным. Другие признаки, которые либо совсем бесполезны, либо малополезны для разделения по классам, включать в словарь нецелесообразно.

2) Наличие или возможность создания технических средств наблюдений, обеспечивающих на основе проведения экспериментов определение предварительно отобранных признаков.

Эти ограничения часто превращают разработку словаря признаков в сложную задачу.

При проектировании системы распознавания сначала на языке признаков априорного словаря производится описание классов и после выбора алгоритмов распознавания оценивается информативность каждого признака. В результате из рассмотрения исключаются наименее полезные признаки. Затем вновь формируется модель системы распознавания, и анализируются качества оставшейся части признаков. После этого, учитывая ограничения, накладываемые на создание технических средств получения апостериорной информации, окончательно решается вопрос о создании рабочего словаря признаков системы распознавания.

Задача 4. Задача заключается в описании классов объектов на языке признаков. Она не имеет однозначного решения, и в зависимости от объёма априорной информации для её решения могут быть использованы методы непосредственной обработки исходных данных, обучения или самообучения. Рассмотрим суть данной задачи.

Пусть в словаре содержится упорядоченный набор параметров объектов или явлений - признаки x₁, x₂, …, x_N. Величины x₁, x₂, …, x_N можно рассматривать как составляющие вектора x={x₁, x₂, …, x_N}, характеризующего пространство признаков.

Множество векторов x образует пространство признаков размерности N, а точки этого пространства представляют собой распознаваемые объекты.

Пусть произведено разбиение объектов на классы C₁, C₂, ,…, C_m. Требуется выделить в пространстве признаков области D_i, i=1, 2, …,m, эквивалентные классам, т. е. характеризуемые следующей зависимостью: если объект характеризуется набором признаков x={x₁, x₂, …, x_N} и относится к классу C_i, то представляющая его в пространстве признаков точка принадлежит области D_i.

Помимо геометрической, существует и алгебраическая трактовка задачи, которая состоит в следующем. Требуется построить разделяющие функции F_i