JP2002008032A - Pattern detection device and method, image input device and method, neural network circuit - Google Patents
Pattern detection device and method, image input device and method, neural network circuitInfo
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 パターン検出の信頼性を高めるとともに、素
子間の配線問題を軽減して、回路の規模、消費電力を抑
えることができるようにする。
【解決手段】 パターン検出装置に、パターンを入力す
る手段と、複数のニューロン素子により、入力されたパ
ターンに含まれる所定のパターンを検出する手段とを備
え、複数のニューロン素子n1〜n4からの出力パルス信号
が、それぞれシナプス回路S1j〜S4jにより固有の遅延を
受けることで共通のバスライン301を介しても時間軸上
で識別可能にニューロン素子n'jへ伝達され、ニューロ
ン素子n'jは、所定時間窓内にニューロン素子n1〜n4か
ら入力された複数のパルス信号P4,P3,P2,P1の到着時間
パターンに応じた出力レベルでパルス信号を出力する。
(57) [Problem] To improve the reliability of pattern detection and reduce the wiring problem between elements, so that the circuit scale and power consumption can be suppressed. The A pattern detection apparatus, means for inputting the pattern, a plurality of neuron element, and means for detecting a predetermined pattern contained in the input pattern, from the plurality of neuron elements n 1 ~n 4 the output pulse signal of, is identifiably transmitted to neuron element n 'j even via a common bus line 301 time axis by receiving inherent delay by each synapse circuit S 1j to S 4j, neuron element n ' j outputs a pulse signal at an output level according to the arrival time pattern of a plurality of pulse signals P 4 , P 3 , P 2 , P 1 inputted from the neuron elements n 1 to n 4 within a predetermined time window .
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、神経回路網などの
並列演算デバイスにより、パターン認識、特定被写体の
検出等を行うパターン検出装置及び方法、ニューラルネ
ットワーク回路に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a pattern detecting apparatus and method for performing pattern recognition, detection of a specific subject, and the like using a parallel operation device such as a neural network, and a neural network circuit.
【0002】[0002]
【従来の技術】従来より、画像認識や音声認識の分野に
おいては、特定の認識対象に特化した認識処理アルゴリ
ズムをコンピュータソフトとして逐次演算して実行する
タイプ、或いは専用並列画像処理プロセッサ(SIM
D、MIMDマシン等)により実行するタイプに大別さ
れる。2. Description of the Related Art Conventionally, in the field of image recognition and voice recognition, a type in which a recognition processing algorithm specialized for a specific recognition target is sequentially calculated and executed as computer software, or a dedicated parallel image processor (SIM) is used.
D, MIMD machine, etc.).
【0003】画像認識アルゴリズムを例として、その代
表例を以下に挙げる。先ず、認識対象モデルとの類似度
に関する特徴量を算出して行うものとしては、認識対象
のモデルデータをテンプレートモデルとして表現してお
き、入力画像(或いはその特徴ベクトル)とのテンプレ
ートマッチング等による類似度算出や、高次相関係数の
算出などによる方法、対象のモデル画像を主成分分析し
て得られる固有画像関数空間へ入力パターンを写像して
モデルとの特徴空間内での距離を算出する方法(Sirovic
h, et al., 1987, Low-dimensional procedure for the
characterization of human faces, J. Opt. Soc. Am.
[A], vol. 3, pp.519-524)、複数の特徴抽出結果(特
徴ベクトル)およびその空間配置関係をグラフ表現し、
弾性的グラフマッチングによる類似度算出を行う方法
(Lades et al. 1993, DistortionInvariant Object Re
cognition in the Dynamic Link Architecture, IEEE T
rans. on Computers, vol.42, pp.300-311)、入力画像
に所定の変換を行って位置、回転、スケール不変な表現
を得た後にモデルとの照合を行う方法(Seibert, et a
l. 1992, Learning and recognizing 3D objects from
multiple views in aneural system, in Neural Networ
ks for Perception, vol. 1 Human and Machine Percep
tion(H. Wechsler Ed.) Academic Press, pp.427-444)
等がある。A typical example of the image recognition algorithm will be described below. First, as a feature to calculate and perform a feature amount related to the similarity with the recognition target model, model data of the recognition target is expressed as a template model, and similarity to the input image (or its feature vector) is determined by template matching or the like. Calculation of degree, calculation of higher-order correlation coefficient, etc., mapping of input pattern to eigenimage function space obtained by principal component analysis of target model image, and calculation of distance between model and feature space Method (Sirovic
h, et al., 1987, Low-dimensional procedure for the
characterization of human faces, J. Opt. Soc. Am.
[A], vol. 3, pp.519-524), graphically represent multiple feature extraction results (feature vectors) and their spatial arrangement,
A method of calculating similarity by elastic graph matching (Lades et al. 1993, DistortionInvariant Object Re
cognition in the Dynamic Link Architecture, IEEE T
rans. on Computers, vol.42, pp.300-311), a method of performing a predetermined transformation on an input image to obtain a position, rotation, and scale-invariant representation and then collating it with a model (Seibert, et a).
l. 1992, Learning and recognizing 3D objects from
multiple views in aneural system, in Neural Networ
ks for Perception, vol. 1 Human and Machine Percep
tion (H. Wechsler Ed.) Academic Press, pp.427-444
Etc.
【0004】生体の情報処理機構にヒントを得た神経回
路網モデルによるパターン認識方法としては、階層的テ
ンプレートマッチングを行う方法(特公昭60-712号公
報、Fukushima & Miyake, 1982 Neocognitron: A new a
lgorithm for pattern recognition tolerant of defor
mation and shifts in position, Pattern Recognitio
n, vol.15, pp.455-469)、ダイナミックルーティング
神経回路網により対象中心のスケール、位置不変な表現
を得て行う方法(Anderson, et al. 1995, RoutingNetwo
rks in Visual Cortex, in Handbook of Brain Theory
and Neural Networks (M. Arbib, Ed.), MIT Press, p
p.823-826)、その他多層パーセプトロン、動径基底関数
(Radial Basis Function)ネットワークなどを用いる方
法がある。As a pattern recognition method using a neural network model inspired by the information processing mechanism of a living body, a method of performing hierarchical template matching (Japanese Patent Publication No. 60-712, Fukushima & Miyake, 1982 Neocognitron: A new a)
lgorithm for pattern recognition tolerant of defor
mation and shifts in position, Pattern Recognitio
n, vol.15, pp.455-469), a method of obtaining a scale and position-invariant representation of the center of an object using a dynamic routing neural network (Anderson, et al. 1995, RoutingNetwo)
rks in Visual Cortex, in Handbook of Brain Theory
and Neural Networks (M. Arbib, Ed.), MIT Press, p
p.823-826), other multilayer perceptrons, radial basis functions
(Radial Basis Function) There is a method using a network or the like.
【0005】一方、生体の神経回路網による情報処理機
構をより忠実に取り入れようとする試みとして、アクシ
ョンポテンシャルに相当するパルス列による情報の伝達
表現を行う神経回路網モデル回路が提案されている(Mur
ray et al., 1991 Pulse-Stream VLSI Neural Networks
Mixing Analog and Digital Techniques, IEEE Trans.
on Neural Networks, vol.2, pp.193-204.;特開平7-2
62157号公報、特開平7-334478号公報、特開平8-153148
号公報、特許2879670号公報など)。On the other hand, as an attempt to more faithfully incorporate an information processing mechanism based on a biological neural network, a neural network model circuit has been proposed in which information is transmitted and represented by a pulse train corresponding to an action potential (Mur).
ray et al., 1991 Pulse-Stream VLSI Neural Networks
Mixing Analog and Digital Techniques, IEEE Trans.
on Neural Networks, vol.2, pp.193-204.
No. 62157, JP-A-7-334478, JP-A-8-153148
And Japanese Patent No. 2879767).
【0006】パルス列生成ニューロンからなる神経回路
網により特定対象の認識、検出を行う方法としては、結
合入力(linking inputs)と供給入力(feeding inputs)を
前提としたEckhornらによる高次(2次以上)のモデル
(Eckhorn, et al. 1990, Feature linking via synchr
onization among distributed assemblies: Simulation
of results from cat cortex, Neural Computation, V
ol.2, pp.293-307)、即ち、パルス結合神経回路網(以
下、PCNNと略す) を用いた方式がある(USP5,664,0
65、及び、Broussard, et al. 1999, Physiologically
Motivated Image Fusion for Object Detection using
a Pulse Coupled Neural Network, IEEE Trans. on Neu
ral Networks, vol. 10, pp.554-563、など)。As a method of recognizing and detecting a specific object by a neural network composed of pulse train generating neurons, a higher order (second or higher order) by Eckhorn et al. On the assumption of a linking input and a feeding input is used. ) Model (Eckhorn, et al. 1990, Feature linking via synchr
onization among distributed assemblies: Simulation
of results from cat cortex, Neural Computation, V
ol.2, pp.293-307), that is, a method using a pulse-coupled neural network (hereinafter abbreviated as PCNN) (US Pat. No. 5,664,0).
65 and Broussard, et al. 1999, Physiologically
Motivated Image Fusion for Object Detection using
a Pulse Coupled Neural Network, IEEE Trans. on Neu
ral Networks, vol. 10, pp. 554-563, etc.).
【0007】また、ニューラルネットワークにおける配
線問題を軽減する方法として、いわゆるパルス出力ニュ
ーロンのアドレスをイベント駆動型で符号化する方法
(Address Event Representation:以下、AERとい
う)がある(Lazzaro, et al. 1993, Silicon Auditory
Processors as Computer Peripherals, In Tourestzky,
D. (ed), Advances in Neural Information Processin
g Systems 5. San Mateo,CA:Morgan Kaufmann Publishe
rs)。この方法では、パルス列出力側のニューロンのI
Dをアドレスとして2値で符号化することにより、異な
るニューロンからの出力信号を共通バス上に時間的に配
列しても、それを入力する側のニューロンでは元のニュ
ーロンのアドレスを自動的にデコードすることができ
る。As a method of reducing the wiring problem in the neural network, there is a method of encoding the address of a so-called pulse output neuron in an event-driven manner (Address Event Representation: AER) (Lazzaro, et al. 1993). , Silicon Auditory
Processors as Computer Peripherals, In Tourestzky,
D. (ed), Advances in Neural Information Processin
g Systems 5. San Mateo, CA: Morgan Kaufmann Publishe
rs). In this method, the neuron I of the pulse train output side is
Even if output signals from different neurons are temporally arranged on a common bus by binary coding using D as an address, the input neuron automatically decodes the address of the original neuron. can do.
【0008】[0008]
【発明が解決しようとする課題】前述した従来方法を回
路等により実現する場合(特に画像認識への応用に関し
て)、各処理単位をなす機能(例えば、特徴抽出など)
を構成する、特に演算素子レベル、モジュールレベル、
或いはシステムレベルのいずれにおいても、時間軸での
動的特性を活用して2次元パターンに関する情報の表現
を行い、かつこれを認識等に活用する方法がなかった。When the above-mentioned conventional method is realized by a circuit or the like (particularly with respect to application to image recognition), a function constituting each processing unit (for example, feature extraction, etc.)
, Especially at the arithmetic element level, module level,
Alternatively, at any system level, there has been no method for expressing information relating to a two-dimensional pattern by utilizing the dynamic characteristics on the time axis and utilizing the information for recognition or the like.
【0009】即ち、多くの場合、空間的なパターン情報
を空間的に配置された演算素子(モジュール)のある時
刻での有限の状態数からなる遷移(典型的には発火、非
発火の2値)パターンにより処理が進行することを前提
とし、デジタルな情報表現のドメインでの処理に限られ
ていた。That is, in many cases, spatial pattern information is converted from a finite number of states at a certain time of a spatially arranged arithmetic element (module) (typically, a binary value of firing and non-firing). ) On the premise that processing proceeds according to a pattern, processing has been limited to processing in the domain of digital information expression.
【0010】このために情報処理能力が限られ、回路と
して実現する際、その規模が過大かつ高コストになりが
ちであった。特に、ニューロン間の結線に伴う膨大な数
の配線が占める面積の全体に占める割合が少なからず大
きく、問題となっていた。For this reason, the information processing capability is limited, and when it is realized as a circuit, its scale tends to be excessively large and expensive. In particular, the proportion of the area occupied by an enormous number of wirings associated with connections between neurons is not small but large, which has been a problem.
【0011】そこで、上記の問題を軽減すべく、前述の
AERが提案されたが、この方法では、ニューロンのア
ドレスを逐次符号化、復号化する機構が必要となり、回
路構成が煩雑であるという問題点があった。In order to alleviate the above-mentioned problems, the above-mentioned AER has been proposed. However, this method requires a mechanism for sequentially encoding and decoding the addresses of neurons, and the circuit configuration is complicated. There was a point.
【0012】一方、スパイク列の入出力、伝達により所
定の処理を行う神経回路網モデルにおいて、スパイク列
の時間軸ドメインでのアナログ情報(スパイク間の間隔
など)を画像情報の符号化などに活用して認識機能を実
現する方法について、上記PCNNに係る文献を含めて、神
経回路網による具体的な構成が示されていなかった。On the other hand, in a neural network model for performing predetermined processing by inputting / outputting / transmitting a spike train, analog information (such as an interval between spikes) in the time axis domain of the spike train is used for coding image information. As for the method of realizing the recognition function by using a neural network, no specific configuration including a document related to the PCNN described above is disclosed.
【0013】更に、アナログ回路素子による構成では、
デジタル方式に比べ、回路構成の簡素化(少ない素子
数)、高速化、低消費電力化がもたらされることが一般
に知られているが、その一方で、個々の素子特性のばら
つきによる入出力特性の信頼性、ノイズに対する耐性が
少なからず問題となっていた。Further, in the configuration using analog circuit elements,
It is generally known that simplification of the circuit configuration (small number of elements), high speed, and low power consumption are brought about as compared with the digital method. Reliability and resistance to noise have been considerable problems.
【0014】本発明は上述した課題を解決するためにな
されたものであり、パターンの検出に関する情報処理能
力を飛躍的に向上させ、所定のパターンの検出を、従来
より小さい回路規模で、高精度に実現可能なパターン検
出装置を提供することを目的とする。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned problem, and has dramatically improved the information processing ability for pattern detection, and has been able to detect a predetermined pattern with a smaller circuit scale and a higher accuracy. It is an object of the present invention to provide a pattern detection device which can be realized in the above.
【0015】また、他の目的は、ニューロン間の結線に
伴う配線の数を低減させ、簡単な構成で低コストのニュ
ーラルネットワーク回路を提供することである。It is another object of the present invention to provide a low-cost neural network circuit with a simple configuration by reducing the number of wirings required for connection between neurons.
【0016】[0016]
【課題を解決するための手段】上述した課題を解決する
ために、本発明によれば、パターン検出装置に、パター
ンを入力する入力手段と、複数の信号処理素子を備え、
前記入力手段より入力されたパターンに対して所定の複
数の特徴に関する検出を行なって、当該パターンに含ま
れる所定のパターンを検出するパターン検出手段とを有
し、前記複数の信号処理素子の各々が、前記入力手段ま
たは他の信号処理素子からの入力に応じて、更に他の信
号処理素子または外部にパルス信号を出力し、前記複数
の信号処理素子の所定の一部が、所定時間範囲内に入力
された複数のパルス信号の到着時間パターンに応じた出
力レベルでパルス信号を出力することを特徴とする。According to the present invention, there is provided, in accordance with the present invention, a pattern detecting apparatus comprising: an input means for inputting a pattern; and a plurality of signal processing elements.
Pattern detection means for detecting a plurality of predetermined features of the pattern input from the input means to detect a predetermined pattern included in the pattern, wherein each of the plurality of signal processing elements In response to an input from the input means or another signal processing element, a pulse signal is output to another signal processing element or to the outside, and a predetermined part of the plurality of signal processing elements is within a predetermined time range. A pulse signal is output at an output level according to an arrival time pattern of a plurality of input pulse signals.
【0017】また、本発明の他の態様によれば、パター
ン検出装置に、パターンを入力する入力手段と、前記入
力手段より入力されたパターンに含まれる所定のパター
ンを検出するパターン検出手段とを備え、前記パターン
検出手段に、前記入力されたパターンから所定の特徴を
抽出する特徴検出層と、前記特徴検出層からの出力を所
定の方法で統合して出力する特徴統合層と、前記特徴統
合層からの出力を受けて所定の特徴またはパターンの存
在する位置情報を出力する特徴位置検出層とを備える。According to another aspect of the present invention, an input means for inputting a pattern and a pattern detection means for detecting a predetermined pattern included in the pattern input from the input means are provided to the pattern detection device. A feature detection layer that extracts a predetermined feature from the input pattern; a feature integration layer that integrates and outputs an output from the feature detection layer by a predetermined method; And a feature position detection layer that receives the output from the layer and outputs position information where a predetermined feature or pattern exists.
【0018】また、本発明の他の態様によれば、ニュー
ラルネットワーク回路に、複数の信号を入力してパルス
信号の出力を行うニューロン素子を複数個並列に配して
構成される処理層を複数備え、所定の前記処理層の少な
くとも1つの前記ニューロン素子へ、他の層の複数のニ
ューロン素子から出力されるパルス信号が、当該複数の
ニューロン素子のそれぞれに対して設けられたシナプス
結合手段及び当該複数のニューロン素子に共通のバスラ
インを介して入力され、前記シナプス結合手段は、前記
複数のニューロン素子から出力されるパルス信号に、当
該複数のニューロン素子のそれぞれに固有のパルス位相
シフト量を与えることを特徴とする。According to another aspect of the present invention, a neural network circuit includes a plurality of processing layers each including a plurality of neuron elements for inputting a plurality of signals and outputting a pulse signal in parallel. A pulse signal output from a plurality of neuron elements in another layer to at least one of the neuron elements in the predetermined processing layer; a synapse coupling unit provided for each of the plurality of neuron elements; The synapse coupling means is input to a plurality of neuron elements via a common bus line, and applies a pulse phase shift amount unique to each of the plurality of neuron elements to a pulse signal output from the plurality of neuron elements. It is characterized by the following.
【0019】また、本発明の他の態様によれば、入力部
よりパターンを入力し、複数の信号処理素子を用いて、
入力された前記パターンに対して所定の複数の特徴に関
する検出を行なって、当該パターンに含まれる所定のパ
ターンを検出するパターン検出方法において、前記複数
の信号処理素子の各々が、前記入力部または他の信号処
理素子からの入力に応じて、更に他の信号処理素子また
は外部にパルス信号を出力し、前記複数の信号処理素子
の所定の一部が、所定時間範囲内に入力された複数のパ
ルス信号の到着時間パターンに応じた出力レベルでパル
ス信号を出力することを特徴とする。According to another aspect of the present invention, a pattern is input from an input unit, and a plurality of signal processing elements are used.
In a pattern detection method of detecting a predetermined plurality of features with respect to the input pattern and detecting a predetermined pattern included in the pattern, each of the plurality of signal processing elements may include the input unit or another In response to an input from the signal processing element, a pulse signal is output to another signal processing element or to the outside, and a predetermined part of the plurality of signal processing elements includes a plurality of pulses input within a predetermined time range. A pulse signal is output at an output level according to a signal arrival time pattern.
【0020】また、本発明の他の態様によれば、パター
ンを入力し、入力された前記パターンに含まれる所定の
パターンを検出するパターン検出方法において、入力さ
れた前記パターンから特徴検出層により所定の特徴を抽
出し、前記特徴検出層からの出力を特徴統合層により所
定の方法で統合して出力し、前記特徴統合層からの出力
を受けて特徴位置検出層により所定の特徴またはパター
ンの存在する位置情報を出力することを特徴とする。According to another aspect of the present invention, in a pattern detection method for inputting a pattern and detecting a predetermined pattern included in the input pattern, a pattern detection method detects a predetermined pattern from the input pattern by a feature detection layer. The output from the feature detection layer is integrated and output in a predetermined manner by the feature integration layer, and the output of the feature integration layer is received. It outputs the position information to be performed.
【0021】[0021]
【発明の実施の形態】<第1の実施形態>以下、図面を
用いて本発明の1実施形態を詳細に説明する。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS <First Embodiment> An embodiment of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.
【0022】本実施形態では、神経回路網によりパター
ン認識を行う場合に、空間的なパターン情報の表現を、
構成要素であるニューロンの時間軸ドメインでの動的特
性(例えば、スパイクトレインの時空間発火特性、ニュ
ーロンの時空間的積算による入力特性、スパイクトレイ
ンのスパイク間隔など)を活用して行うことにより、空
間的なパターンの認識に関する情報処理能力を飛躍的に
向上させ、従来より小さい回路規模で、高精度に実現可
能なパターン検出装置を提供する。In the present embodiment, when performing pattern recognition using a neural network, the spatial pattern information is represented by
By utilizing the dynamic characteristics of the constituent neurons in the time domain (for example, spatio-temporal firing characteristics of spike train, input characteristics by spatio-temporal integration of neurons, spike train spike interval, etc.), Provided is a pattern detection device that dramatically improves the information processing capability related to spatial pattern recognition, and that can be realized with high accuracy with a smaller circuit scale than before.
【0023】図1は本実施形態のパターン検出・認識装
置の全体構成を示す図である。ここで、パターン情報は
What経路とWhere経路により処理される。Wh
at経路は対象または幾何学的特徴などの認識(検出)に
関与する情報を、Where経路は対象または特徴の位
置(配置)に関する情報を主として扱う。FIG. 1 is a diagram showing the overall configuration of the pattern detection / recognition apparatus of the present embodiment. Here, the pattern information is processed by a What route and a Where route. Wh
The at path mainly deals with information related to recognition (detection) of an object or a geometric feature, and the Where path mainly deals with information on the position (arrangement) of the object or feature.
【0024】What経路はいわゆるConvolutionalネ
ットワーク構造(LeCun, Y. and Bengio, Y., 1995, “C
onvolutional Networks for Images Speech, and Time
Series” in Handbook of Brain Theory and Neural Ne
tworks (M. Arbib, Ed.), MITPress, pp.255-258)を有
している。但し、同経路内の層間結合は相互結合をなし
得る点(後述)が、従来と異なる。What経路の最終出
力は認識結果、即ち認識された対象のカテゴリに相当す
る。また、Where経路の最終出力は、認識結果に対
応する場所を表す。What path is a so-called Convolutional network structure (LeCun, Y. and Bengio, Y., 1995, “C
onvolutional Networks for Images Speech, and Time
Series ”in Handbook of Brain Theory and Neural Ne
tworks (M. Arbib, Ed.), MIT Press, pp. 255-258). However, it differs from the conventional one in that the interlayer connection in the same path can form mutual connection (described later). The final output of the What path corresponds to a recognition result, that is, a recognized target category. The final output of the Where path indicates a location corresponding to the recognition result.
【0025】データ入力層101は、画像の検出認識など
を行う場合は、CMOSセンサー或いはCCD素子等の
光電変換素子であり、音声の検出認識などを行う場合に
は音声入力センサーである。また、所定データ解析部の
解析結果(例えば、主成分分析、ベクトル量子化など)
から得られる高次元のデータを入力するものであっても
よい。データ入力層101は、上記2経路に共通のデータ
入力を行う。The data input layer 101 is a photoelectric conversion element such as a CMOS sensor or a CCD element for detecting and recognizing an image, and is a voice input sensor for detecting and recognizing voice. Also, the analysis result of the predetermined data analysis unit (for example, principal component analysis, vector quantization, etc.)
May be inputted. The data input layer 101 performs data input common to the two paths.
【0026】以下、画像を入力する場合について説明す
る。What経路には、特徴検出層102((1,0)、
(1,1)、…、(1,N))と特徴統合層103((2,0)、
(2,1)、…、(2,N))とがある。Hereinafter, the case of inputting an image will be described. The What path includes the feature detection layer 102 ((1, 0),
(1, 1), ..., (1, N)) and the feature integration layer 103 ((2, 0),
(2, 1), ..., (2, N)).
【0027】最初の特徴検出層(1,0)は、Gabor wavel
et変換などにより、データ入力層101より入力された画
像パターンの局所的な低次の特徴(幾何学的特徴のほか
色成分特徴を含んでもよい)を、全画面の各位置(或い
は、全画面にわたる所定のサンプリング点の各点)にお
いて同一箇所で複数個(種類)検出する。そのために、各
々が受容野105を有し、それぞれ異なる特徴を検出する
検出モジュール104を複数備えている。各検出モジュー
ル104は、特徴量の種類(例えば、幾何学的特徴として
所定方向の線分を抽出する場合には、その幾何学的構造
である線分の傾き)に応じた受容野構造を有し、その程
度に応じたパルス列を発生するニューロン素子から構成
される。The first feature detection layer (1, 0) is Gabor wavel
The local low-order features (which may include the color component features in addition to the geometric features) of the image pattern input from the data input layer 101 by the et conversion or the like are transferred to each position on the full screen (or the full screen). (Each of the predetermined sampling points), a plurality of (types) are detected at the same location. For this purpose, each has a receptive field 105 and a plurality of detection modules 104 for detecting different characteristics. Each detection module 104 has a receptive field structure corresponding to the type of the feature amount (for example, in the case of extracting a line segment in a predetermined direction as a geometric feature, the gradient of the line segment which is the geometric structure). And a neuron element that generates a pulse train according to the degree.
【0028】特徴統合層103(2,0)は、複数の特徴統合
モジュール106を有する。各特徴統合モジュール106は、
所定の受容野構造を有し、パルス列を発生するニューロ
ン素子からなり、特徴検出層102(1,0)からの同一受容
野内の複数のニューロン素子出力の統合(局所平均化等
の演算)を行う。また、各受容野は同一層内のニューロ
ン間で共通の構造を有している。The feature integration layer 103 (2,0) has a plurality of feature integration modules 106. Each feature integration module 106
It has a predetermined receptive field structure, is composed of neuron elements that generate pulse trains, and integrates a plurality of neuron element outputs in the same receptive field from the feature detection layer 102 (1,0) (calculation such as local averaging). . Each receptive field has a common structure among neurons in the same layer.
【0029】後続の層である各特徴検出層102((1,
1)、(1,2)、…、(1,N))及び各特徴統合層103
((2,1)、(2,2)、…、(2,N))は、それぞれ学習に
より獲得した所定の受容野構造を持ち、上述した各層と
同様に前者((1,1)、…)は、各特徴検出モジュール1
04において複数の異なる特徴の検出を行い、後者((2,
1)、…)は、前段の特徴検出層102からの複数特徴に関
する検出結果の統合を行うもので、特徴統合層103(2,
0)と同様の機能と構造を有する。The subsequent feature detection layers 102 ((1, 1,
1), (1, 2),..., (1, N)) and each feature integration layer 103
((2,1), (2,2),..., (2, N)) each have a predetermined receptive field structure obtained by learning, and the former ((1,1,), …) Indicates each feature detection module 1
In 04, several different features were detected and the latter ((2,
1),...) Are for integrating detection results relating to a plurality of features from the preceding feature detection layer 102, and include a feature integration layer 103 (2,
It has the same function and structure as 0).
【0030】一方、Where経路には、特徴位置検出層107
((3,0)、…、(3,k))があり、What経路上の所定の
(全てである必要はない)特徴統合層103の出力を受
け、低次、中次、高次特徴の位置の出力に関与する。以
下では、Where経路の各層については、更に詳しい説明
を省略する。On the other hand, in the Where path, the characteristic position detecting layer 107 is provided.
((3, 0),..., (3, k)), receives the output of the predetermined (not necessarily all) feature integration layer 103 on the What path, and outputs low-order, middle-order, and high-order features. Involved in the output of the position. Hereinafter, a more detailed description of each layer of the Where path will be omitted.
【0031】各層間のニューロン素子201間を結合する
構造は、図2の(A)に示すように、神経細胞の軸索ま
たは樹状突起に相当する信号伝達部203(配線または遅
延線)、及びシナプス回路S202である。図2の(A)
では、ある特徴検出(統合)細胞(N)に対する受容野
を形成する特徴統合(検出)細胞のニューロン群(ni)か
らの出力(当該細胞Nから見ると入力)に関与する結合
の構成を示している。太線で示している信号伝達部203
は共通バスラインを構成し、この信号伝達ライン上に複
数のニューロンからのパルス信号が時系列に並んで伝達
される。出力先の細胞(N)からの入力を受ける場合も
同様の構成がとられる。この場合には、全く同じ構成に
おいて時間軸上で入力信号と出力信号とを分割して処理
してもよいし、或いは入力用(樹状突起側)と出力用
(軸索側)の2系統で、図2の(A)と同様の構成を与
えて処理してもよい。As shown in FIG. 2A, the structure for connecting the neuron elements 201 between the layers includes a signal transmission unit 203 (wiring or delay line) corresponding to an axon or a dendrite of a nerve cell. And the synapse circuit S202. (A) of FIG.
Here, the configuration of the connection related to the output (input from the viewpoint of the cell N) of the neuron group (ni) of the feature integration (detection) cell that forms the receptive field for a certain feature detection (integration) cell (N) is shown. ing. Signal transmission unit 203 indicated by bold line
Constitutes a common bus line, and pulse signals from a plurality of neurons are transmitted in time series on this signal transmission line. The same configuration is adopted when receiving an input from a cell (N) of an output destination. In this case, the input signal and the output signal may be divided and processed on the time axis with exactly the same configuration, or two systems for input (dendritic side) and output (axon side) may be used. The processing may be performed by providing the same configuration as that of FIG.
【0032】シナプス回路S202としては、層間結合
(特徴検出層102上のニューロンと特徴統合層103上のニ
ューロン間の結合であって、各層ごとにその後続の層及
び前段の層への結合が存在しうる)に関与するものと、
同一層内ニューロン間結合に関与するものとがある。後
者は必要に応じて、主に、後述するペースメーカーニュ
ーロンと特徴検出または特徴統合ニューロンとの結合に
用いられる。The synapse circuit S202 has an interlayer connection (a connection between a neuron on the feature detection layer 102 and a neuron on the feature integration layer 103, and each layer has a connection to a subsequent layer and a preceding layer. May be involved)
Some are involved in connections between neurons in the same layer. The latter is mainly used, if necessary, mainly for coupling a pacemaker neuron described later with a feature detection or feature integration neuron.
【0033】シナプス回路S202において、いわゆる興
奮性結合はパルス信号の増幅を行い、抑制性結合は逆に
減衰を与えるものである。パルス信号により情報の伝達
を行う場合、増幅及び減衰はパルス信号の振幅変調、パ
ルス幅変調、位相変調、周波数変調のいずれによっても
実現することができる。本実施形態においては、シナプ
ス結合回路S202を、主にパルスの位相変調素子として
用い、信号の増幅は、パルス到着時間の実質的な進み、
減衰は実質的な遅れとして変換される。In the synapse circuit S202, the so-called excitatory coupling amplifies the pulse signal, and the inhibitory coupling conversely attenuates. When transmitting information using a pulse signal, amplification and attenuation can be realized by any of amplitude modulation, pulse width modulation, phase modulation, and frequency modulation of the pulse signal. In the present embodiment, the synapse coupling circuit S202 is mainly used as a pulse phase modulation element, and amplification of a signal is substantially advanced in a pulse arrival time.
The decay is translated as a substantial delay.
【0034】図2の(A)において、各ニューロン素子
njは、パルス信号(スパイクトレイン)を出力し、後述
する様な、いわゆるintegrate-and-fire型のニューロン
素子を用いている。なお、図2の(C)に示すように、
シナプス回路とニューロン素子とを、それぞれまとめて
回路ブロックを構成してもよい。In FIG. 2A, each neuron element
n j outputs a pulse signal (spike train) and uses a so-called integral-and-fire type neuron element as described later. As shown in FIG. 2 (C),
The synapse circuit and the neuron element may be combined to form a circuit block.
【0035】Where経路内の各特徴位置検出層107
は、What経路の特徴統合層103の出力を受けて、デ
ータ入力層101上の位置関係を保持し、粗くサンプリン
グされた格子点上の各点で、What経路上の特徴抽出
結果のうち認識に有用な成分(認識カテゴリのパターン
から予め登録してあるもの)に対応するニューロンのみ
が、フィルタリングなどにより応答する。例えば、Wh
ere経路内の最上位層では、認識対象のカテゴリに対
応するニューロンが格子上に配列され、どの位置に該当
する対象が存在するかを表現する。また、Where経
路内の中間層のニューロンは、上位層からのトップダウ
ンの入力を受けて、対応する認識対象の存在位置を中心
として配置しうる特徴が検出された場合にのみ応答する
ように感度調整等が行われるようにすることができる。Each feature position detection layer 107 in the Where path
Receives the output of the What path feature integration layer 103, retains the positional relationship on the data input layer 101, and uses each point on the coarsely sampled grid points for recognition of the feature extraction results on the What path. Only neurons corresponding to useful components (pre-registered from recognition category patterns) respond by filtering or the like. For example, Wh
In the uppermost layer in the ere path, neurons corresponding to the category of the recognition target are arranged on a lattice, and represent at which position the corresponding target exists. Also, the neurons in the middle layer in the Where path receive sensitivity from the top down from the upper layer and respond only when a feature that can be arranged around the location of the corresponding recognition target is detected. Adjustment or the like can be performed.
【0036】位置関係が保持される階層的特徴検出をW
here経路で行う際には、受容野構造が局所的(例え
ば、楕円形状)であってサイズが上位層ほど徐々に大き
くなる(または、中間層から上位層にかけてはセンサー
面上の1画素より大きいサイズであって一定である)よ
うに構成すれば、特徴要素(図形要素、図形パターン)
間の位置関係は、センサー面上での位置関係をある程度
保存しつつ、各層において各特徴要素(図形要素)が検
出されるようにすることができる。The hierarchical feature detection in which the positional relationship is maintained is represented by W
When performing the here route, the receptive field structure is local (for example, elliptical) and the size gradually increases in the upper layer (or, from the middle layer to the upper layer, is larger than one pixel on the sensor surface). (The size is constant), the characteristic elements (graphic elements, graphic patterns)
The positional relationship between them can be such that each feature element (graphic element) is detected in each layer while preserving the positional relationship on the sensor surface to some extent.
【0037】なお、Where経路の他の出力形態とし
ては、特徴検出層(1,0)の出力結果に基づいて得られ
る特徴の顕著度マップから、データ入力層上での所定サ
イズの注視領域を設定し、当該領域の位置とサイズ及び
その中での認識対象カテゴリの有無を出力するものであ
ってもよい。更に他の形態としては、階層的に上位層ほ
ど受容野サイズが大きくなり、最上位層では検出された
対象のカテゴリに対応するニューロンのうち、最大値を
出力するものだけが発火するように構成された神経回路
網でもよい。このような系では、データ入力層での配置
関係(空間的位相)に関する情報を、最上位層(及び中
間の各層)においてもある程度保存するようになってい
る。As another output form of the Where path, a gaze area of a predetermined size on the data input layer is obtained from the saliency map of the feature obtained based on the output result of the feature detection layer (1, 0). It may be set and output the position and size of the area and the presence or absence of the recognition target category in the area. In still another embodiment, the size of the receptive field increases in the upper layer hierarchically, and only the neuron that outputs the maximum value among the neurons corresponding to the detected target category is fired in the uppermost layer. A neural network may be used. In such a system, information on the arrangement relationship (spatial phase) in the data input layer is stored to some extent in the uppermost layer (and each intermediate layer).
【0038】次に各層を構成するニューロンについて説
明する。各ニューロン素子は、いわゆるintegrate-and-
fireニューロンを基本として拡張モデル化したもので、
入力信号(アクションポテンシャルに相当するパルス
列)を時空間的に線形加算した結果が閾値を越したら発
火し、パルス状信号を出力する点では、いわゆるintegr
ate-and-fireニューロンと同じである。Next, the neurons constituting each layer will be described. Each neuron element is a so-called integrate-and-
This is an extended model based on fire neurons.
The point where the result of linearly adding the input signal (pulse train corresponding to the action potential) spatiotemporally exceeds the threshold value is fired, and a pulse-like signal is output.
Same as ate-and-fire neurons.
【0039】図2の(B)はニューロン素子としてのパ
ルス発生回路(CMOS回路)の動作原理を表す基本構
成の一例を示している。これは、公知の回路(IEEE Tran
s. on Neural Networks Vol. 10, pp.540)を拡張したも
のである。ここでは、入力として興奮性と抑制性の入力
を受けるものとして構成されている。FIG. 2B shows an example of a basic configuration representing the operation principle of a pulse generation circuit (CMOS circuit) as a neuron element. This is a known circuit (IEEE Tran
s. on Neural Networks Vol. 10, pp. 540). Here, it is configured to receive excitatory and inhibitory inputs as inputs.
【0040】以下、このパルス発生回路の動作原理につ
いて説明する。興奮性入力側のキャパシタC1及び抵抗R
1回路の時定数は、キャパシタC2及び抵抗R2回路の
時定数より小さく、定常状態では、トランジスタT1、
T2、T3は遮断されている。なお、抵抗は実際には、
ダイオードモードで結合するトランジスタで構成され
る。Hereinafter, the principle of operation of this pulse generation circuit will be described. Excitatory input side capacitor C1 and resistor R
The time constant of one circuit is smaller than the time constant of the capacitor C2 and the resistor R2.
T2 and T3 are shut off. Note that the resistance is actually
It is composed of transistors coupled in diode mode.
【0041】キャパシタC1の電位が増加し、キャパシタ
C2のそれよりトランジスタT1の閾値だけ上回ると、ト
ランジスタT1はアクティブになり、更にトランジスタ
T2,T3をアクティブにする。トランジスタT2,T
3は、電流ミラー回路を構成し、図2の(B)の回路の
出力は、不図示の出力回路によりキャパシタC1側から出
力される。キャパシタC2の電荷蓄積量が最大となる
と、トランジスタT1は遮断され、その結果としてトラ
ンジスタT2及びT3も遮断され、上記正のフィードバ
ックは0となる様に構成されている。The potential of the capacitor C1 increases,
Above that of C2 by the threshold of transistor T1, transistor T1 becomes active, further activating transistors T2 and T3. Transistors T2, T
Reference numeral 3 denotes a current mirror circuit, and the output of the circuit shown in FIG. 2B is output from the capacitor C1 by an output circuit (not shown). When the amount of charge stored in the capacitor C2 becomes maximum, the transistor T1 is turned off, and as a result, the transistors T2 and T3 are also turned off, so that the positive feedback becomes zero.
【0042】いわゆる不応期には、キャパシタC2は放
電し、キャパシタC1の電位がキャパシタC2の電位よ
りも大で、その差がトランジスタT1の閾値分を超えな
い限り、ニューロンは応答しない。キャパシタC1、C
2の交互充放電の繰り返しにより周期的なパルスが出力
され、その周波数は一般的には興奮性入力のレベルに対
応して定まる。但し、不応期が存在することにより、最
大値で制限されるようにすることもできるし、一定周波
数を出力するようにもできる。In the so-called refractory period, the capacitor C2 discharges, and the neuron does not respond unless the potential of the capacitor C1 is higher than the potential of the capacitor C2 and the difference does not exceed the threshold value of the transistor T1. Capacitor C1, C
A periodic pulse is output by repeating the alternate charging and discharging of No. 2 and its frequency is generally determined according to the level of the excitatory input. However, depending on the presence of the refractory period, it is possible to limit the maximum value or to output a constant frequency.
【0043】キャパシタの電位、従って電荷蓄積量は、
基準電圧制御回路(時間窓重み関数発生回路)204によ
り時間的に制御される。この制御特性を反映するのが、
入力パルスに対する後述の時間窓内での重み付き加算で
ある(図7参照)。この基準電圧制御回路204は、後述
するペースメーカニューロンからの入力タイミング(又
は、後続層のニューロンとの相互結合入力)に基づき、
基準電圧信号(図7の(B)の重み関数に相当)を発生
する。The potential of the capacitor, and thus the amount of charge stored, is
It is temporally controlled by a reference voltage control circuit (time window weight function generation circuit) 204. Reflecting this control characteristic,
This is weighted addition within a time window to be described later for the input pulse (see FIG. 7). This reference voltage control circuit 204 is based on an input timing from a pacemaker neuron to be described later (or a mutual coupling input with a neuron in a subsequent layer).
A reference voltage signal (corresponding to the weight function of FIG. 7B) is generated.
【0044】抑制性の入力は、本実施形態においては必
ずしも要しない場合があるが、後述するペースメーカニ
ューロンから特徴検出層ニューロンへの入力を抑制性と
することにより、出力の発散(飽和)を防ぐことができ
る。In some embodiments, the input of suppressiveness is not always necessary. However, the divergence (saturation) of the output is prevented by making the input from the pacemaker neuron to the feature detection layer neuron to be suppressive as described later. be able to.
【0045】一般的に、入力信号の上記総和と出力レベ
ル(パルス位相、パルス周波数、パルス幅など)との関
係は、そのニューロンの感度特性によって変化し、ま
た、その感度特性は、上位層からのトップダウンの入力
により変化させることができる。以下では、説明の便宜
上、入力信号総和値に応じたパルス出力の周波数は、急
峻に立ち上がるように回路パラメータが設定されている
ものとし(従って周波数ドメインでは殆ど2値)、パル
ス位相変調により、出力レベル(位相変調を加えたタイ
ミングなど)が変動するものとする。In general, the relationship between the sum of the input signals and the output level (pulse phase, pulse frequency, pulse width, etc.) changes depending on the sensitivity characteristics of the neuron. Can be changed by the top-down input of. In the following, for convenience of explanation, it is assumed that the circuit parameters are set such that the frequency of the pulse output corresponding to the total value of the input signal rises sharply (thus, almost binary in the frequency domain), and the output is performed by pulse phase modulation. It is assumed that the level (eg, timing at which phase modulation is applied) fluctuates.
【0046】また、パルス位相の変調部としては、後述
する図5に示すような回路を付加して用いてもよい。こ
れにより、時間窓内の重み関数が上記基準電圧により制
御される結果、このニューロンからのパルス出力の位相
が変化し、この位相をニューロンの出力レベルとして用
いることができる。As a pulse phase modulating section, a circuit as shown in FIG. 5 to be described later may be added and used. As a result, the weight function within the time window is controlled by the reference voltage. As a result, the phase of the pulse output from this neuron changes, and this phase can be used as the output level of the neuron.
【0047】また、窓関数などを用いることにより得ら
れる入力の総和値が閾値を越えたときに、所定タイミン
グ遅れて発振出力を出すような公知の回路構成を用いて
もよい。A known circuit configuration may be used in which, when the sum of inputs obtained by using a window function or the like exceeds a threshold value, an oscillation output is output with a predetermined timing delay.
【0048】ニューロン素子の構成としては、特徴検出
層102または特徴統合層103に属するニューロンであっ
て、後述するペースメーカニューロンの出力タイミング
に基づき発火パターンが制御される場合には、ペースメ
ーカーニューロンからのパルス出力を受けた後、当該ニ
ューロンが、前段の層の受容野から受ける入力レベル
(上記の入力の単純または重み付き総和値)に応じた位
相遅れをもって、パルス出力するような回路構成であれ
ばよい。この場合、ペースメーカーニューロンからのパ
ルス信号が入力される前では、入力レベルに応じて各ニ
ューロンは互いにランダムな位相でパルス出力する過渡
的な遷移状態が存在する。The configuration of the neuron element is a neuron belonging to the feature detection layer 102 or the feature integration layer 103. When the firing pattern is controlled based on the output timing of a pacemaker neuron described later, a pulse from the pacemaker neuron is used. After receiving the output, the circuit configuration may be such that the neuron outputs a pulse with a phase delay according to the input level (simple or weighted sum of the above input) received from the receptive field of the preceding layer. . In this case, before the pulse signal is input from the pacemaker neuron, there is a transitional transition state in which the neurons output pulses at random phases with respect to each other according to the input level.
【0049】また、後述するようにペースメーカニュー
ロンを用いない場合には、ニューロン間(特徴検出層10
2と特徴統合層103の間)の相互結合とネットワークダイ
ナミックスによりもたらされる同期発火信号を基準と
し、上述したような入力レベルに応じた特徴検出ニュー
ロンの出力パルスの発火タイミングの制御がなされるよ
うな回路構成であってもよい。When a pacemaker neuron is not used, as described later, between the neurons (the feature detection layer 10
Based on the synchronizing firing signal caused by the mutual coupling between (2 and the feature integration layer 103) and the network dynamics, the firing timing of the output pulse of the feature detecting neuron according to the input level as described above is controlled. The circuit configuration may be simple.
【0050】特徴検出層102のニューロンは、前述した
ように特徴カテゴリに応じた受容野構造を有し、前段の
層(入力層101または特徴統合層103)のニューロンから
の入力パルス信号(電流値または電位)の時間窓関数に
よる荷重総和値(後述)が閾値以上となったとき、その
総和値に応じて、例えばシグモイド関数等の一定レベル
に漸近的に飽和するような非減少かつ非線形な関数、即
ちいわゆるsquashing関数値をとるような出力レベル
(ここでは位相変化で与えるが、周波数、振幅、パルス
幅基準での変化となる構成でもよい)でパルス出力を行
う。The neurons of the feature detection layer 102 have a receptive field structure according to the feature category as described above, and input pulse signals (current values) from the neurons of the preceding layer (the input layer 101 or the feature integration layer 103). Or a potential), a non-decreasing and non-linear function that asymptotically saturates to a certain level, such as a sigmoid function, according to the sum when the weighted sum (described later) of the time window function exceeds a threshold value. That is, pulse output is performed at an output level that takes a so-called squashing function value (in this case, the output is given by a phase change, but may be a change based on frequency, amplitude, and pulse width).
【0051】特徴検出層(1,0)には、局所的な、ある
大きさの領域で所定の空間周波数を持ち、方向成分が垂
直であるようなパターンの構造(低次特徴)を検出する
ニューロンN1があるとすると、データ入力層101上のニ
ューロンN1の受容野内に該当する構造が存在すれば、そ
の顕著度(コントラスト)に応じた位相でパルス出力す
る。このような機能はGabor filterにより実現すること
ができる。以下、特徴検出層(1,0)の各ニューロンが
行う特徴検出フィルタ機能について説明する。The feature detection layer (1, 0) detects a pattern structure (lower-order feature) having a predetermined spatial frequency in a local area of a certain size and having a vertical directional component. Assuming that there is a neuron N1, if a corresponding structure exists in the receptive field of the neuron N1 on the data input layer 101, a pulse is output with a phase corresponding to the saliency (contrast). Such a function can be realized by a Gabor filter. Hereinafter, a feature detection filter function performed by each neuron of the feature detection layer (1, 0) will be described.
【0052】特徴検出層(1,0)では、多重スケール、
多重方向成分のフィルタセットで表されるGaborウエー
ブレット変換を行うものとし、層内の各ニューロン(ま
たは複数ニューロンからなる各グループ)は、所定の G
aborフィルタ機能を有する。In the feature detection layer (1, 0), multi-scale,
It is assumed that Gabor wavelet transform represented by a filter set of multi-directional components is performed, and each neuron (or each group including a plurality of neurons) in a layer has a predetermined G value.
It has an abor filter function.
【0053】Gaborウエーブレットは、以下の式(1)
で与えられるように、一定の方向成分と空間周波数とを
有する正弦波をガウシアン関数で変調した形状を有し、
スケーリングレベルのインデックスmと方向成分のイン
デックスnで特定される。ウエーブレットとしてこのフ
ィルタのセットは互いに相似の関数形状を有し、また主
方向と大きさが互いに異なる。このウエーブレットは空
間周波数ドメインと実空間ドメインで関数形が局在して
いること、位置と空間周波数に関する同時不確定性が最
小となり、実空間でも周波数空間でも最も局在した関数
であることが知られている(J,G.Daugman (1985), Unce
rtainty relation for resolution in space, spatial
frequency, and orientation optimized by two-dimens
ional visual cortical filters, Journal of Optical
Society of America A, vol.2, pp. 1160-1169)。The Gabor wavelet is given by the following equation (1)
Has a shape obtained by modulating a sine wave having a constant directional component and a spatial frequency with a Gaussian function, as given by
It is specified by the index m of the scaling level and the index n of the direction component. As a wavelet, this set of filters has similar functional shapes and different main directions and sizes. This wavelet is that the function form is localized in the spatial frequency domain and the real space domain, the simultaneous uncertainty regarding the position and the spatial frequency is minimized, and it is the function that is most localized in the real space and the frequency space Known (J, G. Daugman (1985), Unce
rtainty relation for resolution in space, spatial
frequency, and orientation optimized by two-dimens
ional visual cortical filters, Journal of Optical
Society of America A, vol.2, pp. 1160-1169).
【0054】[0054]
【外1】 [Outside 1]
【0055】ここで、(x,y)が画像中の位置、aはスケー
リングファクター、θnはフィルタの方向成分を表し、W
は基本空間周波数、σx, σyはフィルタ関数のx方向、
y方向の広がりの大きさを与えるパラメータである。本
実施形態ではθnは6方向で0度、30度、60度、9
0度、120度、150度の値をとり、aは2とし、mは
1から4までの値をとる整数として与える。Here, (x, y) is a position in the image, a is a scaling factor, θ n is a directional component of the filter, and W
Is the fundamental spatial frequency, σ x and σ y are the x directions of the filter function,
It is a parameter that gives the size of the spread in the y direction. In the present embodiment, θ n is 0 degree, 30 degrees, 60 degrees, 9 in six directions.
Taking values of 0 degrees, 120 degrees, and 150 degrees, a is given as 2 and m is given as an integer taking a value from 1 to 4.
【0056】フィルタの特性を定めるパラメータσx,
σy、および、aはフーリエドメインで互いに適切に均質
に重なり合うことにより、特定の空間周波数及び方向へ
の偏り(感度)がないように設定されるのが望ましい。そ
のために例えば、フーリエ変換後の振幅最大値に対する
半値レベルがフーリエドメインで互いに接するように設
計すると、The parameters σ x , which determine the characteristics of the filter,
σ y and a are desirably set such that there is no bias (sensitivity) to a specific spatial frequency and direction by appropriately and homogeneously overlapping each other in the Fourier domain. Therefore, for example, if the half-value levels for the amplitude maximum value after the Fourier transform are designed to be in contact with each other in the Fourier domain,
【0057】[0057]
【外2】 となる。ここに、UH, ULはウエーブレット変換でカバー
する空間周波数帯域の最大値、最小値であり、Mはその
範囲でのスケーリングレベル数を与える。[Outside 2] Becomes Here, U H and U L are the maximum and minimum values of the spatial frequency band covered by the wavelet transform, and M gives the number of scaling levels in that range.
【0058】各フィルタgmn(x,y)と入力濃淡画像との2
次元畳み込み演算を行うことにより、Gaborウエーブレ
ット変換が行われる。即ち、Each of the filters g mn (x, y) and the input grayscale image
The Gabor wavelet transform is performed by performing the dimensional convolution operation. That is,
【0059】[0059]
【外3】 [Outside 3]
【0060】ここにIは入力画像、WmnはGaborウエーブ
レット変換係数である。Wmn (m=1,..,4; n=1,..., 6)の
セットを特徴ベクトルとして各点で求める。'*'は複素
共役をとることを示す。このようにして特徴検出層(1,
0)の各ニューロンは、gmnに対応する受容野構造を有
し、分布重み係数と画像データとの積和入力を行って得
られるウエーブレット変換係数値の非線型squashing関
数となる出力レベル(ここでは位相基準とするが、周波
数、振幅、パルス幅基準となる構成でもよい)でパルス
出力を行う。この結果、この層(1,0)全体の出力と
して、式(4)のGabor wavelet変換が行われたことに
なる。Here, I is an input image, and Wmn is a Gabor wavelet transform coefficient. A set of W mn (m = 1, .., 4; n = 1, ..., 6) is obtained at each point as a feature vector. ' * ' Indicates complex conjugate. Thus, the feature detection layer (1,
Each neuron of (0) has a receptive field structure corresponding to gmn, and has an output level (here, a non-linear squashing function of a wavelet transform coefficient value obtained by performing a product-sum input of a distribution weight coefficient and image data). In the embodiment, the pulse is output based on the phase, but may be based on the frequency, amplitude, and pulse width. As a result, the Gabor wavelet transform of Expression (4) is performed as the output of the entire layer (1, 0).
【0061】一方、後続の特徴検出層((1,1)、(1,
2)、…、(1,n))の各ニューロンは、上記検出層とは
異なり、認識対象のパターンに固有の特徴を検出する受
容野構造をいわゆるHebb学習則等により形成する。後の
層ほど特徴検出を行う局所的な領域のサイズが認識対象
全体のサイズに段階的に近くなり、幾何学的には中次ま
たは高次の特徴を検出する。例えば、顔の検出認識を行
う場合には中次(または高次)の特徴とは顔を構成する
目、鼻、口等の図形要素のレベルでの特徴を表す。な
お、特徴検出層ニューロンは、出力の安定化のために抑
制性(分流型抑制:shunting inhibition)の結合を前
段の層出力に基づいて受けるような機構を有してもよ
い。On the other hand, the subsequent feature detection layers ((1, 1), (1,
Each of the neurons 2),..., (1, n)) is different from the above-described detection layer and forms a receptive field structure for detecting a characteristic unique to a pattern to be recognized by a so-called Hebb learning rule or the like. The size of the local region where the feature detection is performed gradually becomes closer to the size of the entire recognition target in a later layer, and a medium-order or higher-order feature is geometrically detected. For example, in the case of performing face detection and recognition, the middle-order (or higher-order) features represent features at the level of graphic elements such as eyes, nose, and mouth that constitute the face. The feature detection layer neuron may have a mechanism for receiving a coupling of shunting inhibition (shunting inhibition) based on the output of the preceding layer in order to stabilize the output.
【0062】次に、特徴統合層103((2,0)、(2,
1)、…)のニューロンについて説明する。図1に示す
如く特徴検出層102(例えば(1,0))から特徴統合層10
3(例えば(2,0))への結合は、当該特徴統合ニューロン
の受容野内にある前段の特徴検出層の同一特徴要素(タ
イプ)のニューロンから興奮性結合の入力を受けるよう
に構成され、統合層の各ニューロンは各特徴カテゴリご
との局所平均化(特徴検出ニューロンの受容野を形成す
るニューロンからの入力の平均値算出等)などによるサ
ブサンプリングを行う。Next, the feature integration layer 103 ((2,0), (2,
The neurons 1),... Will be described. As shown in FIG. 1, the feature detection layer 102 (for example, (1, 0)) to the feature integration layer 10
The connection to 3 (for example, (2,0)) is configured to receive an excitatory connection input from a neuron of the same feature element (type) in the preceding feature detection layer in the receptive field of the feature integration neuron, Each neuron in the integrated layer performs sub-sampling by local averaging for each feature category (calculation of an average value of inputs from neurons forming a receptive field of a feature detection neuron, etc.).
【0063】即ち、特徴統合において、複数の同一種類
の特徴のパルスを入力し、それらを局所的な領域(受容
野)で統合して平均化などすることにより、その特徴の
位置のゆらぎ、変形に対しても確実に検出することがで
きる。このため、特徴統合層ニューロンの受容野構造
は、特徴カテゴリによらず一様(例えば、いずれも所定
サイズの矩形領域であって、かつ感度または重み係数が
その中で一様分布するなど)となるように構成してよ
い。In other words, in the feature integration, a plurality of pulses of the same type of feature are input, integrated in a local area (receptive field) and averaged, so that the position of the feature is fluctuated and deformed. Can be reliably detected. For this reason, the receptive field structure of the feature integration layer neuron is uniform regardless of the feature category (for example, each is a rectangular region of a predetermined size, and the sensitivity or the weight coefficient is uniformly distributed therein). You may comprise so that it may become.
【0064】次に、2次元図形パターンのパルス符号化
と検出方法について説明する。図3は、特徴統合層103
から特徴検出層102への(例えば、図1の層(2,0)から
層(1,1)への)パルス信号の伝播の様子を模式的に示
した図である。Next, a method of pulse encoding and detecting a two-dimensional graphic pattern will be described. FIG. 3 shows the feature integration layer 103.
FIG. 3 is a diagram schematically showing a state of propagation of a pulse signal from a to a feature detection layer 102 (for example, from a layer (2,0) to a layer (1,1) in FIG. 1).
【0065】特徴統合層103側の各ニューロンni(n1〜n
4)は、それぞれ異なる特徴量(或いは特徴要素)に対
応しており、特徴検出層102側のニューロンn'jは、同一
受容野内の各特徴を組み合わせて得られる、より高次の
特徴(図形要素)の検出に関与する。Each neuron n i (n 1 to n) on the feature integration layer 103 side
4 ) correspond to different feature amounts (or feature elements), respectively, and the neuron n ′ j on the feature detection layer 102 side uses higher-order features (graphics) obtained by combining the features in the same receptive field. Element).
【0066】各ニューロン間結合には、パルスの伝播時
間とニューロンniからニューロンn' jへのシナプス結合
(Sij)での時間遅れ等による固有(特徴に固有)の遅
延が生じ、その結果として、共通バスライン301を介し
てニューロンn'jに到着するパルス列Piは、特徴統合層1
03の各ニューロンからパルス出力がなされる限り、学習
によって決まるシナプス結合での遅延量により、所定の
順序(及び間隔)になっている(図3の(A)では、
P4,P3,P2,P1の順に到着することが示されている)。The connection between the neurons is performed when the pulse is propagated.
Between and neuron niFrom neuron n ' jSynaptic connection to
(Sij) Delay due to time delays etc.
Delay, and as a result, via the common bus line 301
The neuron n 'jPulse train P arriving atiIs the feature integration layer 1
Learning as long as pulse output is made from each neuron in 03
The amount of delay in synaptic connections determined by
(In FIG. 3A,
PFour, PThree, PTwo, P1In order of arrival).
【0067】図3の(B)は、ペースメーカニューロン
からのタイミング信号を用いて時間窓の同期制御を行う
場合において、層番号(2,k)上の特徴統合細胞n1、
n2、n3(それぞれ異なる種類の特徴を表す)から、層番
号(1,k+1)上のある特徴検出細胞(n'j)(より上位の特
徴検出を行う)へのパルス伝播のタイミング等を示して
いる。FIG. 3B shows the case where the time window synchronization control is performed using the timing signal from the pacemaker neuron, and the feature integrated cell n 1 ,
Pulse propagation from n 2 , n 3 (representing different types of features) to a certain feature detection cell (n ' j ) (which performs higher-order feature detection) on layer number (1, k + 1) The timing etc. are shown.
【0068】図6は、特徴検出層ニューロンにペースメ
ーカニューロンからの入力がある場合のネットワーク構
成を示す図である。図6において、ペースメーカニュー
ロン603(np)は、同一の受容野を形成し、かつ異なる種
類の特徴を検出する特徴検出ニューロン602(nj,nk等)
に付随し、それらと同一の受容野を形成して、特徴統合
層(または入力層)上のニューロン601からの興奮性結
合を受ける。そして、その入力の総和値(或いは受容野
全体の活動度レベル平均値など、受容野全体に固有の活
動特性を表す状態に依存するように制御するため)によ
って決まる所定のタイミング(または周波数)でパルス
出力を特徴検出ニューロン602及び特徴統合ニューロン
に対して行う。FIG. 6 is a diagram showing a network configuration when the feature detection layer neuron has an input from a pacemaker neuron. In FIG. 6, pacemaker neurons 603 (n p ) form feature receptive neurons 602 (n j , nk etc.) that form the same receptive field and detect different types of features.
, And form the same receptive field as those, and receive excitatory connections from the neurons 601 on the feature integration layer (or input layer). Then, at a predetermined timing (or frequency) determined by the sum of the inputs (or to control the state of the receptive field as a whole, such as an average activity level of the entire receptive field). Pulse output is performed to the feature detection neuron 602 and the feature integration neuron.
【0069】また、各特徴検出ニューロン602では、そ
の入力をトリガー信号として互いに時間窓が位相ロック
する様に構成されているが、前述したようにペースメー
カニューロン入力がある前は、位相ロックされず、各ニ
ューロンはランダムな位相でパルス出力する。また、特
徴検出ニューロン602では、ペースメーカニューロン603
からの入力がある前は後述する時間窓積分は行われず、
ペースメーカニューロン603からのパルス入力をトリガ
ーとして、同積分が行われる。Each feature detection neuron 602 is configured such that its time windows are phase-locked with each other using the input as a trigger signal. However, as described above, before the pacemaker neuron input, the phase is not locked. Each neuron outputs a pulse with a random phase. In the feature detection neuron 602, a pacemaker neuron 603 is used.
Before the input from, the time window integration described later is not performed.
The same integration is performed using a pulse input from the pacemaker neuron 603 as a trigger.
【0070】ここに、時間窓は特徴検出細胞(n'i)ごと
に定められ、当該細胞に関して同一受容野を形成する特
徴統合層内の各ニューロンおよび、ペースメーカニュー
ロン603に対して共通であり、時間窓積分の時間範囲を
与える。Here, the time window is determined for each feature detection cell (n ′ i ), and is common to each neuron in the feature integration layer that forms the same receptive field for the cell and the pacemaker neuron 603, Gives the time range for time window integration.
【0071】層番号(1,k)にあるペースメーカニューロ
ン603は(kは0以上の整数)、パルス出力を、層番号
(2,k-1)の各特徴統合細胞、及びそのペースメーカニュ
ーロン603が属する特徴検出細胞(層番号(1,k))に出力
することにより、特徴検出細胞が時間的に入力を加算す
る際の時間窓発生のタイミング信号を与えている。この
時間窓の開始時刻が各特徴統合細胞から出力されるパル
スの到着時間を図る基準時となる。即ち、ペースメーカ
ニューロン603は特徴統合細胞からのパルス出力時刻、
及び特徴検出細胞での時間窓積分の基準パルスを与え
る。The pacemaker neuron 603 at the layer number (1, k) (k is an integer of 0 or more) outputs the pulse output to the layer number (1, k).
By outputting to each feature-integrated cell of (2, k-1) and the feature detection cell (layer number (1, k)) to which the pacemaker neuron 603 belongs, the feature detection cell adds the input temporally. Is given. The start time of this time window is a reference time for determining the arrival time of the pulse output from each integrated cell. That is, the pacemaker neuron 603 outputs the pulse output time from the feature integrated cell,
And a reference pulse for time window integration in the feature detection cells.
【0072】層番号(2,k)の各特徴統合細胞(n1,n2,n3)
は、層番号(1,k+1)の特徴検出層のペースメーカニュー
ロンからのパルス入力を受け、かつ前段の特徴検出層ま
たはセンサー入力層(層番号(1,k))からの入力により
十分なレベルに活動電位が上昇している場合(例えば、
ある時間範囲または時間窓での平均入力パルス数が閾値
より大)には、ペースメーカからのパルスの立ち下がり
時に出力を行う。Each feature integrated cell (n 1 , n 2 , n 3 ) of layer number (2, k)
Receives the pulse input from the pacemaker neuron of the feature detection layer of layer number (1, k + 1), and the input from the preceding feature detection layer or sensor input layer (layer number (1, k)) is sufficient. If the action potential is rising to a level (for example,
In a certain time range or time window, the average number of input pulses is larger than a threshold value), the output is made at the time of the falling edge of the pulse from the pacemaker.
【0073】本実施形態では、この特徴統合細胞は、そ
の前の層番号(1,k)の特徴検出層上のペースメーカニュ
ーロンからのタイミング制御は受けるようには、構成し
ていない。なぜならば、特徴統合細胞においては、入力
パルスの到着時間パターンではなく、むしろ一定の時間
範囲での入力レベル(入力パルスの時間的総和値など)
によって決まる位相(周波数、パルス幅、振幅のいずれ
に依存してもよいが、本実施形態では位相とした)での
パルス出力をするため、時間窓の発生タイミングは余り
重要ではないからである。なお、このことは、特徴統合
細胞が前段の特徴検出層のペースメーカニューロンから
のタイミング制御を受ける構成を排除する趣旨ではな
く、そのような構成も可能であることはいうまでもな
い。In the present embodiment, the feature-integrated cell is not configured to receive timing control from the pacemaker neuron on the feature detection layer of the preceding layer number (1, k). This is because, in a feature-integrated cell, not the arrival time pattern of the input pulse, but rather the input level within a certain time range (such as the total time of the input pulse).
This is because the timing at which the time window is generated is not so important because the pulse is output at a phase determined by the above (which may depend on any of the frequency, the pulse width, and the amplitude, but the phase is used in the present embodiment). Note that this is not intended to exclude a configuration in which the feature-integrated cells receive timing control from the pacemaker neuron in the preceding feature detection layer, and it goes without saying that such a configuration is also possible.
【0074】各パルスは、シナプス回路を通過すると所
定量の位相遅延が与えられ、更に共通バスラインなどの
信号伝達線を通って特徴検出細胞に到着する。この時の
パルスの時間軸上の並びを、特徴検出細胞の時間軸上に
おいて点線で表したパルス(P1,P2,P3)により示
す。Each pulse is given a predetermined amount of phase delay when passing through the synapse circuit, and reaches the feature detecting cell through a signal transmission line such as a common bus line. The arrangement of the pulses on the time axis at this time is indicated by the pulses (P 1 , P 2 , P 3 ) indicated by the dotted lines on the time axis of the feature detection cells.
【0075】特徴検出細胞において各パルス(P1,
P2,P3)の時間窓積分(通常、一回の積分とする;但
し、多数回に渡る時間窓積分による電荷蓄積、または多
数回に渡る時間窓積分の平均化処理を行ってもよい)の
結果、閾値より大となった場合には、時間窓の終了時刻
を基準としてパルス出力(Pd)がなされる。なお、図
3の(B)に示した学習時の時間窓とは、後で説明する
学習則を実行する際に参照されるものである。Each pulse (P 1 ,
P 2 , P 3 ) time window integration (usually, one integration; however, charge accumulation by multiple time window integrations or averaging of multiple time window integrations may be performed. If the result is larger than the threshold value, a pulse output (P d ) is made based on the end time of the time window. The learning time window shown in FIG. 3B is referred to when a learning rule described later is executed.
【0076】図4は、シナプス回路Siの構成を示す図で
ある。図4の(A)は、シナプス回路202(Si)におい
て、ニューロンniの結合先である各ニューロンn'jへの
シナプス結合強度(位相遅延)を与える各小回路401
が、マトリクス的に配置されていることを示している。
このようにすると、シナプス回路から結合先ニューロン
への配線を各受容野に対応する同一ライン(局所的な共
通バス301)上で行う事ができ(ニューロン間の配線を
仮想的に行うことができ)、従来から問題となっていた
配線問題の軽減(除去)が図られる。[0076] Figure 4 is a diagram showing the structure of the synapse circuit S i. Figure (A) in 4, the synapse circuit 202 (S i), neuron n each subcircuit give a binding target synaptic to each neuron n 'j (phase delay) of the i 401
Indicates that they are arranged in a matrix.
In this way, wiring from the synapse circuit to the connection destination neuron can be performed on the same line (local common bus 301) corresponding to each receptive field (wiring between neurons can be performed virtually). ), It is possible to reduce (eliminate) the wiring problem which has conventionally been a problem.
【0077】また、結合先のニューロンでは、同一受容
野からの複数パルス入力を受けた際に、それぞれがどの
ニューロンから発せられたものかを時間窓基準でのパル
スの到着時間(特徴検出細胞が検出する特徴に対応し、
それを構成する低次特徴に固有の位相遅延)により、時
間軸上で識別することができる。Further, when a plurality of pulse inputs from the same receptive field are received, the connection destination neuron determines which neuron has emitted each pulse from the arrival time of the pulse with respect to the time window (the characteristic detection cell is Corresponding to the feature to be detected,
It can be identified on the time axis by the phase delay inherent to the low-order features that constitute it.
【0078】図4の(B)に示すように、各シナプス結
合小回路401は、学習回路402と位相遅延回路403とから
なる。学習回路402は、位相遅延回路403の特性を変化さ
せることにより、上記遅延量を調整し、また、その特性
値(或いはその制御値)を浮遊ゲート素子、或いは浮遊
ゲート素子と結合したキャパシタ上に記憶するものであ
る。As shown in FIG. 4B, each synapse coupling small circuit 401 includes a learning circuit 402 and a phase delay circuit 403. The learning circuit 402 adjusts the delay amount by changing the characteristics of the phase delay circuit 403, and also stores the characteristic value (or its control value) on the floating gate element or on a capacitor coupled to the floating gate element. It is something to memorize.
【0079】図5は、シナプス結合小回路の詳細構成を
示す図である。位相遅延回路403はパルス位相変調回路
であり、例えば、図5の(A)に示すように、単安定マ
ルチバイブレータ506、507、抵抗501、504、キャパシタ
503、505、トランジスター502を用いて構成できる。図
5の(B)は、単安定マルチバイブレータ506へ入力さ
れた方形波P1(図5の(B)の[1])、単安定マルチバイ
ブレータ506から出力される方形波P2(同[2])、単安定マ
ルチバイブレータ507から出力される方形波P3(同[3])の
各タイミングを表している。FIG. 5 is a diagram showing a detailed configuration of a synapse connection small circuit. The phase delay circuit 403 is a pulse phase modulation circuit. For example, as shown in FIG. 5A, monostable multivibrators 506 and 507, resistors 501 and 504, capacitors
503, 505 and a transistor 502 can be used. FIG. 5B shows a square wave P1 ([1] in FIG. 5B) input to the monostable multivibrator 506, and a square wave P2 (the same [2]) output from the monostable multivibrator 506. ), The respective timings of the square wave P3 (the same [3]) output from the monostable multivibrator 507.
【0080】位相遅延回路403の動作機構の詳細につい
ては説明を省略するが、P1のパルス幅は、充電電流に
よるキャパシタ503の電圧が予め定められた閾値に達す
るまでの時間で決まり、P2の幅は抵抗504とキャパシ
タ505による時定数で決まる。P2のパルス幅が(図5
の(B)の点線方形波のように)広がって、その立ち下
がり時点が後にずれるとP3の立ち上がり時点も同じ量
ずれるが、P3のパルス幅は変わらないので、結果的に
入力パルスの位相だけが変調されて出力されたことにな
る。The details of the operation mechanism of the phase delay circuit 403 are omitted, but the pulse width of P1 is determined by the time until the voltage of the capacitor 503 by the charging current reaches a predetermined threshold, and the width of P2 Is determined by the time constant of the resistor 504 and the capacitor 505. When the pulse width of P2 is
If the falling point shifts later, the rising point of P3 also shifts by the same amount, but the pulse width of P3 does not change. As a result, only the phase of the input pulse is changed. Is modulated and output.
【0081】制御電圧Ecを基準電圧のリフレッシュ回路
509と結合荷重を与えるキャパシタ508への電荷蓄積量制
御を行う学習回路402で変化させることにより、パルス
位相(遅延量)を制御することができる。この結合荷重
の長期保持のためには、学習動作後に図5の(A)の回
路の外側に付加される浮遊ゲート素子(図示せず)のチ
ャージとして、或いはデジタルメモリへの書き込み等を
行って結合荷重を格納してもよい。その他回路規模を小
さくなるように工夫した構成(例えば、特開平5-37317
号公報、特開平10-327054号公報参照)など周知の回路
構成を用いることができる。A refresh circuit that uses the control voltage Ec as a reference voltage
The pulse phase (delay amount) can be controlled by changing the learning circuit 402 that controls the amount of charge stored in the capacitor 508 that applies the connection weight to the capacitor 509. In order to maintain the connection weight for a long period of time, after the learning operation, as a charge of a floating gate element (not shown) added to the outside of the circuit of FIG. The coupling load may be stored. Other configurations designed to reduce the circuit scale (for example, see Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-37317)
A publicly known circuit configuration such as that described in Japanese Patent Application Laid-Open No. H10-327054 can be used.
【0082】ネットワークが結合荷重の共有結合形式
(1個の重み係数でシナプス結合を表す)になるような
構成をとる場合には、各シナプスでの遅延量(下記の式
(5)のPij)を同一受容野内で一様とすることができ
る。特に、特徴検出層102から特徴統合層103への結合
は、特徴統合層103がその前段の層である特徴検出層102
出力の局所平均化その他によるサブサンプリングに関与
するため、検出対象によらず(即ち、課題によらず)こ
のように構成することができる。In the case where the network takes a configuration of a covalent connection form of connection weight (one weight coefficient represents a synapse connection), the delay amount at each synapse (P ij of the following equation (5)) ) Can be uniform within the same receptive field. In particular, the connection from the feature detection layer 102 to the feature integration layer 103 is performed when the feature integration layer 103 is the preceding layer.
Since it is involved in sub-sampling by local averaging of the output and the like, it can be configured in this way regardless of the detection target (that is, regardless of the problem).
【0083】この場合、図4の(A)の各小回路は、図
4の(B)に示すように、局所共通バスライン401で結
合される単一の回路Sk,iで済み、特に経済的な回路構成
となる。一方、特徴統合層103(またはセンサー入力層1
01)から特徴検出層102への結合がこのようになってい
る場合、特徴検出ニューロンが検出するのは、複数の異
なる特徴要素を表すパルスの同時到着(或いは、略同時
到着)という、イベントである。In this case, as shown in FIG. 4B, each small circuit in FIG. 4A is a single circuit S k, i connected by the local common bus line 401. It becomes an economical circuit configuration. On the other hand, the feature integration layer 103 (or the sensor input layer 1
When the connection from (01) to the feature detection layer 102 is made like this, the feature detection neuron detects an event called simultaneous arrival (or almost simultaneous arrival) of pulses representing a plurality of different feature elements. is there.
【0084】なお、結合が対称性を有する場合には、同
一荷重(位相遅延)量を与える結合を同一のシナプス結
合用小回路で代表させることにより、相当数のシナプス
結合が少数の回路で代表されるように構成することがで
きる。特に幾何学的特徴量の検出においては、受容野内
での結合荷重の分布が対称性を有する場合が多いので、
シナプス結合回路を減少させ回路規模を大幅に縮小にす
ることが可能である。When the connections have symmetry, the connections giving the same load (phase delay) are represented by the same small synapse coupling circuit, so that a considerable number of synapse connections are represented by a small number of circuits. It can be configured to be. Especially in the detection of geometric features, since the distribution of the connection load in the receptive field often has symmetry,
The number of synapse connection circuits can be reduced, and the circuit scale can be significantly reduced.
【0085】パルスの同時到着、或いは所定の位相変調
量を実現するシナプスでの学習回路の例としては、図5
の(C)に示すような回路要素を有するものを用いれば
よい。即ち、学習回路402をパルス伝播時間計測回路510
(ここで、伝播時間とは、ある層のニューロンの前シナ
プスでのパルス出力時刻と次の層上にある出力先ニュー
ロンでの当該パルスの到着時刻との時間差をさす)、時
間窓発生回路511、及び伝播時間が一定値となるように
シナプス部でのパルス位相変調量を調整するパルス位相
変調量調整回路512から構成できる。FIG. 5 shows an example of a learning circuit at a synapse that achieves simultaneous arrival of a pulse or a predetermined amount of phase modulation.
What has a circuit element as shown in FIG. That is, the learning circuit 402 is connected to the pulse propagation time measurement circuit 510.
(Here, the propagation time refers to a time difference between a pulse output time at a pre-synapse of a neuron of a certain layer and an arrival time of the pulse at an output destination neuron on the next layer), a time window generating circuit 511. , And a pulse phase modulation amount adjustment circuit 512 that adjusts the pulse phase modulation amount at the synapse so that the propagation time becomes a constant value.
【0086】伝播時間計測回路510としては、後述する
ような同一局所受容野を形成するペースメーカーニュー
ロンからのクロックパルスを入力し、所定の時間幅(時
間窓:図3の(B)参照)において、そのクロックパル
スのカウンター回路からの出力に基づき伝播時間を求め
るような構成などが用いられる。なお、時間窓は出力先
ニューロンの発火時点を基準として設定することによ
り、以下に示すような拡張されたHebbの学習則が適用さ
れる。The propagation time measuring circuit 510 receives a clock pulse from a pacemaker neuron that forms the same local receptive field as described later, and sets a predetermined time width (time window: see FIG. 3B). A configuration in which the propagation time is obtained based on the output of the clock pulse from the counter circuit is used. By setting the time window based on the firing time of the output destination neuron, an extended Hebb's learning rule as described below is applied.
【0087】また、学習回路402は、同じカテゴリの物
体が提示される頻度が大きくなるほど上記時間窓の幅が
狭くなるようにしてもよい。このようにすることによ
り、見慣れた(すなわち呈示回数、学習回数の多い)カ
テゴリのパターンであるほど、複数パルスの同時到着の
検出(coincidence detection)モードに近づく様な動作
をすることになる。このようにすることにより、特徴検
出に要する時間を短縮できる(瞬時検出の動作が可能と
なる)が、特徴要素の空間配置の細かな比較分析や、類
似するパターン間の識別等を行うことには適さなくな
る。The learning circuit 402 may make the time window narrower as the frequency with which objects of the same category are presented increases. In this way, the more familiar the pattern (ie, the number of times of presentation and the number of times of learning) are, the closer to the detection mode of simultaneous arrival of a plurality of pulses (coincidence detection). By doing so, the time required for feature detection can be reduced (the operation of instantaneous detection becomes possible) .However, it is possible to perform detailed comparative analysis of the spatial arrangement of feature elements, identification between similar patterns, etc. Becomes unsuitable.
【0088】遅延量の学習過程は、例えば、複素数ドメ
インに拡張することにより、特徴検出層のニューロンni
と特徴統合層のニューロンnjとの間の複素結合荷重Cij
は、Cij=Sijexp(iPij) (5)のように与えられ
る。ここに、Sijは結合強度、Pijは位相、その前のiは
純虚数を表し、所定周波数でニューロンjからニューロ
ンiに出力されるパルス信号の時間遅れに相当する位相
である。Sijはニューロンiの受容野構造を反映し、認識
検出する対象に応じて一般に異なる構造を有する。これ
は学習(教師付き学習または自己組織化)により別途形
成されるか、或いは予め決められた構造として形成され
る。The learning process of the delay amount is extended, for example, to the complex number domain, so that the neuron n i of the feature detection layer is obtained.
Connection weight C ij between the feature integration layer neuron n j
Is given as C ij = S ij exp (iP ij ) (5). Here, S ij is the coupling strength, P ij is the phase, and i before it is a pure imaginary number, and is a phase corresponding to the time delay of the pulse signal output from the neuron j to the neuron i at a predetermined frequency. S ij reflects the receptive field structure of neuron i and generally has a different structure depending on the target to be recognized and detected. This is formed separately by learning (supervised learning or self-organization) or is formed as a predetermined structure.
【0089】一方、遅延量に関する自己組織化のための
学習則は、On the other hand, a learning rule for self-organization regarding the amount of delay is as follows:
【0090】[0090]
【外4】 で与えられる。但し、[Outside 4] Given by However,
【0091】[0091]
【外5】 はCの時間微分、τijは上記時間遅れ(予め設定された
量)、β(〜1)は定数を示す。[Outside 5] Is the time derivative of C, τ ij is the above time delay (preset amount), and β (β1) is a constant.
【0092】上式を解くと、Cijはβexp(-2πiτij)に
収束し、従って、Pijは−τijに収束する。学習則適用
の例を図3の(B)に示した学習時の時間窓を参照して
説明すると、シナプス結合の前側ニューロン(n1,n2,n
3)と後側ニューロン(特徴検出細胞)とが、その学習時
間窓の時間範囲において、ともに発火しているときにだ
け、式(6)に従って結合荷重が更新される。なお、図
3の(B)において、特徴検出細胞は時間窓の経過後に
発火しているが、同図の時間窓経過前に発火してもよ
い。[0092] Solving the above equation, C ij converges to βexp (-2πiτ ij), hence, P ij converges to-tau ij. An example of the application of the learning rule will be described with reference to the time window at the time of learning shown in FIG. 3 (B). The anterior neuron (n1, n2, n
The connection weight is updated according to equation (6) only when both 3) and the posterior neuron (feature detection cell) are firing within the time range of the learning time window. In FIG. 3B, the feature detection cells are fired after the elapse of the time window, but may be fired before the elapse of the time window in FIG.
【0093】学習則としては、他の方式を用いてもよ
い。また、競争学習の原理を導入することにより、互い
に所定間隔以上離れてパルスが到着する(時間遅れの差
が所定値以上となる)ようにしてもよい。As a learning rule, another method may be used. Also, by introducing the principle of competitive learning, the pulses may arrive at a predetermined interval or more apart from each other (the difference in time delay becomes a predetermined value or more).
【0094】各特徴検出層102においては、前述したよ
うに同一受容野からの複数の異なる特徴に関するパルス
信号を入力し、時空間的重み付き総和(荷重和)演算と
閾値処理を行う。各特徴量に対応するパルスは予め学習
により定められた遅延量(位相)により、所定の時間間
隔で到着する。As described above, each feature detection layer 102 receives a pulse signal relating to a plurality of different features from the same receptive field and performs spatio-temporal weighted summation (sum of weights) and threshold processing. Pulses corresponding to each feature amount arrive at predetermined time intervals according to a delay amount (phase) determined in advance by learning.
【0095】このパルス到着時間パターンの学習制御
は、本願の主眼ではないので詳しくは説明しないが、例
えば、ある図形パターンを構成する特徴要素がその図形
の検出に最も寄与する顕著な特徴であるほど先に到着
し、そのような顕著度がほぼ等しい特徴要素間では、互
いに一定量だけ時間的に離れて到着するような競争学習
を導入する。或いは、予め決められた特徴要素(認識対
象を構成する特徴要素であって、特に重要と考えられる
もの:例えば、平均曲率の大きい特徴、直線性の高い特
徴など)間で異なる時間間隔で到着する様に設計しても
よい。The learning control of the pulse arrival time pattern is not the focus of the present application and will not be described in detail. For example, as the characteristic element constituting a certain figure pattern is the most remarkable feature that contributes most to the detection of the figure. Introducing competitive learning is such that feature elements arriving first and having such similar saliency levels arrive at a certain amount of time apart from each other. Alternatively, it arrives at different time intervals between predetermined feature elements (feature elements constituting a recognition target and considered to be particularly important: for example, a feature having a large average curvature, a feature having a high linearity, and the like). It may be designed as follows.
【0096】顕著度は、当該図形が検出されるときの特
徴要素の検出細胞の反応強度(ここでは、パルス遅延
量)等が該当する。この場合、前段の層である特徴統合
層上の同一受容野内の各低次特徴要素に相当するニュー
ロンは、それぞれ所定の位相で同期発火(パルス出力)
することになる。特徴統合層103の同一ニューロンであ
って位置が異なるが同一の高次の特徴を検出する特徴検
出ニューロンへの結合を有する場合(この場合、受容野
は異なるが、高次の同じ特徴を構成する結合を有する)
も、同一ニューロンである限り同期発火することはいう
までもない。The saliency corresponds to the reaction intensity (here, the amount of pulse delay) of the detected cell of the characteristic element when the figure is detected. In this case, the neurons corresponding to each lower-order feature element in the same receptive field on the feature integration layer, which is the preceding layer, fire synchronously (pulse output) at a predetermined phase.
Will do. In the case where the same neuron of the feature integration layer 103 has a connection to a feature detection neuron that detects the same higher-order feature at a different position (in this case, the same higher-order feature is formed although the receptive field is different) Has a bond)
Needless to say, as long as the same neuron fires synchronously.
【0097】但し、その出力レベル(ここでは位相基準
とするが、周波数、振幅、パルス幅基準となる構成でも
よい)は、受容野ごとに与えられる複数ペースメーカニ
ューロンからの寄与の総和(或いは平均など)によって
決まる。また、特徴検出層102上の各ニューロンにおい
ては、入力パルスの時空間的重み付き総和(荷重和)の
演算は、ニューロンに到着したパルス列について所定幅
の時間窓においてのみ行われる。時間窓内の重み付き加
算を実現する手段は、図2に示したニューロン素子回路
に限らず、他の方法で実現してもよいことは言うまでも
ない。However, the output level (here, the phase is used as a reference, but the frequency, amplitude, and pulse width may be used as a reference) may be the sum (or average, etc.) of contributions from a plurality of pacemaker neurons given for each receptive field. ). In each neuron on the feature detection layer 102, the calculation of the spatiotemporally weighted sum of the input pulses (the sum of the weights) is performed only in a time window of a predetermined width for the pulse train arriving at the neuron. The means for realizing the weighted addition within the time window is not limited to the neuron element circuit shown in FIG. 2, and it goes without saying that it may be realized by other methods.
【0098】この時間窓は、実際のニューロンの不応期
(refractory period)以外の時間帯にある程度対応して
いる。即ち、不応期(時間窓以外の時間範囲)にはどのよ
うな入力を受けてもニューロンからの出力はないが、そ
の時間範囲以外の時間窓では入力レベルに応じた発火を
行うという点が実際のニューロンと類似している。This time window corresponds to the refractory period of the actual neuron.
(refractory period) It corresponds to the time zone to some extent. In other words, there is no output from the neuron regardless of any input during the refractory period (time range other than the time window), but the firing according to the input level occurs in the time window other than that time range. Is similar to the neuron.
【0099】図3の(B)に示す不応期は、特徴検出細
胞の発火直後から次の時間窓開始時刻までの時間帯であ
る。不応期の長さと時間窓の幅は任意に設定可能である
ことはいうまでもなく、同図に示したように、時間窓に
比べて不応期を短くとらなくてもよい。ペースメーカニ
ューロンを使わなくても、時間窓の開始時刻は、特徴検
出層と特徴統合層のニューロン間で、ニューロン間の弱
相互結合と所定の結合条件などにより同期発火するメカ
ニズム(E.M.Izhikevich, 1999 'Weakly Pulse-Coupled
Oscillation, FM Interactions, Synchronization, an
d OscillatoryAssociative Memory' IEEE Trans. on Ne
ural Networks, vol.10. pp.508-526.)を導入すること
により、これらニューロン間で同一となる。この同期発
火は、一般的にニューロン間での相互結合と引き込み現
象によりもたらされることが知られている。The refractory period shown in FIG. 3B is a time period from immediately after the firing of the feature detection cells to the start of the next time window. Needless to say, the length of the refractory period and the width of the time window can be arbitrarily set, and the refractory period need not be shorter than the time window as shown in FIG. Even without using a pacemaker neuron, the start time of the time window is determined by the mechanism of synchronous firing between the neurons in the feature detection layer and the feature integration layer due to weak mutual coupling between neurons and predetermined coupling conditions (EMIzhikevich, 1999 'Weakly Pulse-Coupled
Oscillation, FM Interactions, Synchronization, an
d OscillatoryAssociative Memory 'IEEE Trans.on Ne
ural Networks, vol.10. pp.508-526.), these neurons are identical. It is known that the synchronous firing is generally caused by a mutual coupling and a pull-in phenomenon between neurons.
【0100】従って、本実施形態においても、ニューロ
ン間の弱相互結合と所定のシナプス結合条件を満たすよ
うに構成することにより、ペースメーカニューロンなし
で、このような効果をもたらすことができる。Therefore, also in the present embodiment, such an effect can be obtained without a pacemaker neuron, by configuring so as to satisfy the weak mutual connection between neurons and a predetermined synaptic connection condition.
【0101】本実施形態では、図6に模式的に示すよう
に、既に説明したメカニズムとして、例えば各特徴検出
層ニューロンごとに、その同一受容野からの入力を受け
るようなペースメーカニューロン(固定周波数でパルス
出力)によるタイミング情報(クロックパルス)の入力
により、上述した開始時期の共通化をもたらすようにし
てもよい。In the present embodiment, as schematically shown in FIG. 6, as a mechanism already described, for example, a pacemaker neuron (for a fixed frequency) which receives an input from the same receptive field for each feature detection layer neuron. By inputting timing information (clock pulse) based on (pulse output), the above-described common start timing may be provided.
【0102】このように構成した場合には、時間窓の同
期制御は(仮に必要であったとしても)ネットワーク全
体にわたって行なう必要が無く、また、上記したような
クロックパルスの揺らぎ、変動があっても、局所的な同
一受容野からの出力に対して一様にその影響を受ける
(窓関数の時間軸上での位置の揺らぎは同一受容野を形
成するニューロン間で同一となる)ので、特徴検出の信
頼性は劣化することはない。このような局所的な回路制
御により信頼度の高い同期動作を可能にするため、回路
素子パラメータに関するばらつきの許容度も高くなる。In the case of such a configuration, it is not necessary to perform time window synchronization control over the entire network (if it is necessary), and there is fluctuation or fluctuation of clock pulses as described above. Is also uniformly affected by the output from the local receptive field (the fluctuation of the position of the window function on the time axis is the same between neurons forming the same receptive field). The reliability of detection does not degrade. Since a highly reliable synchronous operation is enabled by such local circuit control, the tolerance of variation regarding circuit element parameters is also increased.
【0103】以下、簡単のために、三角形を特徴として
検出する特徴検出ニューロンについて説明する。その前
段の特徴統合層103は、図7の(C)に示すような各種
向きを持ったL字パターン(f11, f12, …, )、L字パタ
ーンとの連続性(連結性)を有する線分の組み合わせパ
ターン(f21, f22,…)、三角形を構成する2辺の一部の
組み合わせ(f31,…)、などのような図形的特徴(特徴要
素)に反応するものとする。Hereinafter, for the sake of simplicity, a feature detection neuron that detects a triangle as a feature will be described. The feature integration layer 103 at the preceding stage has L-shaped patterns (f 11 , f 12 ,...) Having various orientations as shown in FIG. 7C, and continuity (connectivity) with the L-shaped pattern. Those that respond to graphical features (feature elements) such as a combination pattern (f 21 , f 22 ,...) Of the line segments, and a combination (f 31 ,. I do.
【0104】また、同図のf41,f42,f43は、向きの異な
る三角形を構成する特徴であって、f 11,f12,f13に対応
する特徴を示している。学習により層間結合をなすニュ
ーロン間に固有の遅延量が設定された結果、三角形の特
徴検出ニューロンにおいては、時間窓を分割して得られ
る各サブ時間窓(タイムスロット)(w1,w2,…)におい
て、三角形を構成する主要かつ異なる特徴に対応するパ
ルスが到着するように予め設定がなされる。Also, f in FIG.41, f42, f43Has a different orientation
Feature that constitutes a triangle 11, f12, f13Compatible with
The following shows the features to be performed. New layer connection by learning
The characteristic delay amount is set between the
In the sign detection neuron, the time window is divided
Sub time window (time slot) (w1, wTwo,…)smell
Corresponding to the main and different features that make up the triangle.
The setting is made in advance so that Luz arrives.
【0105】例えば、時間窓をn分割した後のw1, w2,
…、wnには、図7の(A)に示す如く、全体として三角形
を構成するような特徴のセットの組み合わせに対応する
パルスが初めに到着する。ここに、L字パターン(f11,
f12, f13)は、それぞれw1,w2,w3内に到着し、特徴要素
(f21,f22,f23)に対応するパルスは、それぞれw1, w2,w3
内に到着するように学習により遅延量が設定されてい
る。For example, w 1 , w 2 ,
..., the w n, as shown in FIG. 7 (A), pulses corresponding to the combination of a set of features as constituting a triangle as a whole arrive first. Here, the L-shaped pattern (f 11 ,
f 12 , f 13 ) arrive within w 1 , w 2 , w 3 respectively, and the feature element
pulse corresponding to (f 21, f 22, f 23) , respectively w 1, w 2, w 3
The amount of delay is set by learning so as to arrive within.
【0106】特徴要素(f31,f32,f33)に対応するパルス
も同様の順序で到着する。図7の(A)の場合、一つのサ
ブ時間窓(タイムスロット)にそれぞれ一つの特徴要素
に対応するパルスが到着する。サブ時間窓に分割する意
味は、各サブ時間窓で時間軸上に展開表現された異なる
特徴要素に対応するパルスの検出(特徴要素の検出)を
個別にかつ確実に行うことにより、それらの特徴を統合
する際の統合の仕方、例えば、すべての特徴要素の検出
を条件とするか、或いは一定割合の特徴検出を条件とす
るか等の処理モードの変更可能性や適応性を高めること
にある。例えば、認識(検出)対象が顔であり、それを
構成するパーツである目の探索(検出)が重要であるよ
うな状況(目のパターン検出の優先度を視覚探索におい
て高く設定したい場合)においては、高次の特徴検出層
からのフィードバック結合を導入することにより、選択
的に目を構成する特徴要素パターンに対応する反応選択
性(特定の特徴の検出感度)を高めたりすることができ
る。このようにすることにより、高次の特徴要素(パタ
ーン) を構成する低次の特徴要素により高い重要度を
与えて検出することができる。The pulses corresponding to the characteristic elements (f 31 , f 32 , f 33 ) arrive in the same order. In the case of FIG. 7A, a pulse corresponding to one characteristic element arrives in one sub time window (time slot). The meaning of dividing into sub-time windows is that, by performing pulse detection (detection of characteristic elements) corresponding to different characteristic elements developed and expressed on the time axis in each sub-time window individually and reliably, those characteristics are obtained. The purpose of the present invention is to increase the changeability and adaptability of the processing mode, such as whether the conditions of all feature elements are to be detected or a certain percentage of features are to be detected. . For example, in a situation where the recognition (detection) target is a face, and the search (detection) of the eyes, which is a part of the recognition (detection), is important (when the priority of the eye pattern detection is to be set high in the visual search) By introducing a feedback coupling from a higher-order feature detection layer, the reaction selectivity (detection sensitivity of a specific feature) corresponding to a feature element pattern constituting an eye can be selectively enhanced. By doing so, it is possible to give higher importance to lower-order feature elements constituting higher-order feature elements (patterns) and detect them.
【0107】また、重要な特徴ほど早いサブ時間窓にパ
ルスが到着するように、予め設定されているとすると、
当該サブ時間窓での重み関数値を他のサブ時間窓での値
より大きくすることにより、重要度の高い特徴ほど検出
されやすくすることができる。この重要度(特徴間の検
出優先度)は、学習により獲得されるか、予め定義して
おくこともできる。Further, if it is set in advance so that a pulse arrives in a sub-time window earlier as important features,
By making the weighting function value in the sub-time window larger than the value in the other sub-time windows, it is possible to make a feature with higher importance easier to be detected. The importance (detection priority between features) can be obtained by learning or can be defined in advance.
【0108】従って、一定割合の特徴要素の検出という
事象さえ起きればよいのであれば、サブ時間窓への分割
は殆ど意味が無くなり、一つの時間窓において行えばよ
い。なお、複数(3つ)の異なる特徴要素に対応するパ
ルスがそれぞれ到着して加算されるようにしてもよい
(図7の(D)参照)。即ち、一つのサブ時間窓(タイム
スロット)に複数の特徴要素(図7の(D))、或いは任
意の数の特徴要素に対応するパルスが入力されることを
前提としてもよい。この場合、図7の(D)では、初め
のサブ時間窓では、三角形の頂角部分f11の検出を支持
する他の特徴要素f21、f23に対応するパルスが到着
し、同様に2番目のサブ時間窓には頂角部分f12の検出
を支持するような他の特徴要素f22、f31のパルスが到
着している。Therefore, if it is only necessary to detect a certain percentage of characteristic elements, the division into sub-time windows is almost meaningless, and may be performed in one time window. Note that pulses corresponding to a plurality (three) of different characteristic elements may arrive and be added.
(See FIG. 7D). That is, it may be assumed that a pulse corresponding to a plurality of characteristic elements ((D) in FIG. 7) or an arbitrary number of characteristic elements is input to one sub-time window (time slot). In this case, in FIG. 7 (D), in the first sub-time window, pulses corresponding to the other feature elements f 21 and f 23 that support the detection of the apex portion f 11 of the triangle arrive, and similarly, 2 In the second sub-time window, pulses of other feature elements f 22 and f 31 arrive to support the detection of the apex angle portion f 12 .
【0109】なお、サブ時間窓(タイムスロット)への
分割数、各サブ時間窓(タイムスロット)の幅および特
徴のクラスおよび特徴に対応するパルスの時間間隔の割
り当てなどは上述した説明に限らず、変更可能であるこ
とはいうまでもない。例えば、上述した特徴要素の他
に'X','+'等の特徴要素に対応するサブ時間窓を設定
してもよい。三角形の図形検出にはこのような特徴要素
は冗長(又は不要)ともいえるが、逆に、これらが存在し
ないことを検出することにより、三角形という図形パタ
ーンの検出確度を高めることができる。The number of divisions into sub-time windows (time slots), the width of each sub-time window (time slot), the class of the feature, and the assignment of the pulse time interval corresponding to the feature are not limited to those described above. Needless to say, it can be changed. For example, a sub time window corresponding to a feature element such as 'X' or '+' may be set in addition to the above-described feature element. Such feature elements can be said to be redundant (or unnecessary) in the detection of a figure of a triangle, but conversely, the detection accuracy of a figure pattern of a triangle can be increased by detecting that they do not exist.
【0110】また、これら特徴要素の組み合わせでは表
されないような変形を加えた場合(例えば、一定範囲内
の回転を与えた場合)に対しても、上記特徴要素を表す
特徴統合層のニューロンの出力パルスは、理想的なパタ
ーンからのずれの程度に応じた連続的な位相遅れ(遅延
量:但し、予め定めたサブ時間窓(タイムスロット)に
パルスが到着する範囲)をもって反応する(いわゆるgr
aceful degradation)ため、検出される図形特徴の変形
に対する許容範囲が一定レベル以上になるよう出力の安
定化が図られている。例えば、図7(C)に示す特徴f
11、f12、f13に対応する特徴により形成される三角形
(Q1)とf41、f42、f43に対応する特徴により形成
される三角形(Q2)とでは、少なくとも向きが互いに
異なっている筈である。Further, even when a deformation not represented by the combination of these characteristic elements is applied (for example, when a rotation within a certain range is given), the output of the neuron of the characteristic integration layer representing the above-mentioned characteristic element is obtained. The pulse responds with a continuous phase delay (delay amount: a range in which the pulse arrives in a predetermined sub-time window (time slot)) according to the degree of deviation from the ideal pattern (so-called gr).
For aceful degradation, the output is stabilized so that the allowable range for the deformation of the detected graphic feature becomes a certain level or more. For example, a feature f shown in FIG.
11, f 12, than f 13 and triangle (Q1) which is formed by the features corresponding to f 41, f 42, triangular and (Q2) which is formed by the features corresponding to f 43, at least the direction are different from each other It should be.
【0111】この場合、各特徴に対応する検出(統合)
細胞が存在するとき、両三角形の中間的な向きに相当す
る三角形(Q3)に対しては、f11、f12、f13に対応
する検出(統合)細胞とf41、f42、f43に対応する検出
(細胞)とは、いずれも最大応答出力より低く、直接的
には特徴の種類に応じて決まる受容野構造としてのフィ
ルタカーネルとの畳み込み演算値に応じた出力レベルと
なり、これら全ての細胞からの出力としてのベクトル量
は、中間的な図形に固有なものとして統合すると、2つ
の三角形の状態の中間的な図形(回転を与えた場合)の
検出が可能になる。In this case, detection (integration) corresponding to each feature
When cells are present, for a triangle (Q3) corresponding to an intermediate orientation of the two triangles, f 11, f 12, f 13 corresponding to the detection (integration) cells and f 41, f 42, f 43 The detection (cells) corresponding to the above are all lower than the maximum response output, and are directly at the output level according to the convolution operation value with the filter kernel as the receptive field structure determined according to the type of feature. If the vector quantity as an output from the cell is integrated as a value unique to the intermediate figure, it is possible to detect an intermediate figure (when rotation is applied) in the state of two triangles.
【0112】例えば、定性的には、回転角度が小さく、
Q1に近いほどf11、f12、f13に対応する細胞からの
出力が相対的に大きく、逆にQ2に近いほどf41、
f42、f 43に対応する細胞からの出力が大きくなる。For example, qualitatively, the rotation angle is small,
F closer to Q111, F12, F13From cells corresponding to
The output is relatively large, and conversely, the closer it is to Q2, the more f41,
f42, F 43The output from the cell corresponding to is increased.
【0113】次に入力パルスの時空間的重み付き総和
(荷重和)の演算について説明する。図7の(B)に示
す如く、各ニューロンでは、上記サブ時間窓(タイムス
ロット)毎に所定の重み関数(例えばGaussian)で入力
パルスの荷重和がとられ、各荷重和の総和が閾値と比較
される。τjはサブ時間窓jの重み関数の中心位置を表
し、時間窓の開始時刻基準(開始時間からの経過時間)
で表す。重み関数は一般に所定の中心位置(検出予定の
特徴が検出された場合のパルス到着時間を表す)からの
距離(時間軸上でのずれ)の関数としてもよいが、関数形
状としては他の非対称関数としてもよい。Next, the calculation of the spatiotemporally weighted sum of input pulses (sum of weights) will be described. As shown in FIG. 7B, in each neuron, the weighted sum of the input pulses is calculated by a predetermined weighting function (for example, Gaussian) for each of the sub time windows (time slots), and the sum of the weighted sums is a threshold value. Be compared. τ j represents the center position of the weighting function of the sub time window j, and is based on the start time of the time window (elapsed time from the start time)
Expressed by In general, the weighting function may be a function of a distance (deviation on a time axis) from a predetermined center position (representing a pulse arrival time when a feature to be detected is detected). It may be a function.
【0114】重み関数が上述した距離の関数の場合、ニ
ューロンの各サブ時間窓(タイムスロット)の重み関数
の中心位置τが、ニューロン間の学習後の時間遅れとす
ると、入力パルスの時空間的重み付き総和(荷重和)を
行う神経回路網は一種の時間軸ドメインの動径基底関数
ネットワーク(Radial Basis Function Network;以下
RBFと略す)とみなすことができる。Gaussian関数を
重み関数に用いたニューロンniの時間窓FTiは、各サブ
時間窓毎の広がりをσ、係数因子をbijで表すと、When the weight function is the above-described distance function, assuming that the center position τ of the weight function of each sub-time window (time slot) of the neuron is a time delay after learning between neurons, A neural network that performs weighted summation (sum of weights) can be considered as a kind of time-axis domain Radial Basis Function Network (hereinafter abbreviated as RBF). The time window F Ti of the neuron n i using the Gaussian function as the weight function is represented by σ for the spread of each sub time window and b ij for the coefficient factor.
【0115】[0115]
【外6】 となる。[Outside 6] Becomes
【0116】なお、重み関数としては、負の値をとるも
のであってもよい。例えば、ある特徴検出層のニューロ
ンが三角形を最終的に検出することが予定されている場
合に、その図形パターンの構成要素でないことが明らか
な特徴(Ffaulse)(例えば、前述した'X','+'等)
が検出された場合には、他の特徴要素からの寄与が大き
くても三角形の検出出力が最終的になされないように、
入力の総和値算出処理において、当該特徴(Ffaulse)
に対応するパルスからは、負の寄与を与えるような重み
関数及び特徴検出(統合)細胞からの結合を与えておくこ
とができる。The weight function may take a negative value. For example, when a neuron of a certain feature detection layer is to finally detect a triangle, a feature (F faulse ) that is clearly not a component of the figure pattern (for example, “X”, '+' Etc.)
Is detected, the detection output of the triangle is not finally made even if the contribution from other feature elements is large,
In the input sum calculation processing, the characteristic (F faulse )
Can be given a weighting function that gives a negative contribution and a coupling from the feature detection (integrated) cells.
【0117】特徴検出層のニューロンniへの入力信号の
時空間和Xi(t)は、[0117] space sum when the input signal to the neuron n i of the feature detection layer X i (t) is
【0118】[0118]
【外7】 と表せる。ここに、εjは、ニューロンnjからの出力パ
ルスの初期位相であり、ニューロンniとの同期発火によ
り、0に収束するか、又はペースメーカニューロンから
のタイミングパルス入力により、時間窓の位相を0に強
制同期する場合には、εjは常に0としてよい。図7の
(A)のパルス入力と同(B)に示す重み関数による荷
重和とを実行すると、図7の(E)に示すような荷重和
値の時間的遷移が得られる。特徴検出ニューロンは、こ
の荷重和値が閾値(Vt)に達するとパルス出力を行う。[Outside 7] Can be expressed as Here, ε j is the initial phase of the output pulse from the neuron n j , and converges to 0 by synchronous firing with the neuron n i , or changes the phase of the time window by the timing pulse input from the pacemaker neuron. When forcibly synchronizing to 0, ε j may always be 0. When the pulse input of FIG. 7A and the weighted sum by the weight function shown in FIG. 7B are executed, a temporal transition of the weighted sum value as shown in FIG. 7E is obtained. The feature detection neuron outputs a pulse when the weighted sum reaches a threshold value (Vt).
【0119】ニューロンniからの出力パルス信号は、前
述したように、入力信号の時空間和(いわゆる総入力
和)のsquashing非線形関数となる出力レベルと学習に
より与えられた時間遅れ(位相)をもって上位層のニュ
ーロンに出力される(パルス出力は固定周波数(2値)と
し、学習によって決まる固定遅延量に相当する位相に入
力信号の時空間和についてのsquashing非線形関数とな
る位相変調量を加えて出力される)。[0119] The output pulse signal from the neuron n i, as described above, with the spatio-temporal sum squashing nonlinear function to become an output level and time delay given by learning (the so-called total input sum) of the input signal (phase) Output to neurons in the upper layer (pulse output is fixed frequency (binary), and phase modulation amount which becomes a squashing nonlinear function for spatio-temporal sum of input signal is added to phase corresponding to fixed delay amount determined by learning. Output).
【0120】図8は、上述した各層の処理手順を示すフ
ローチャートである。低次特徴検出から高次特徴検出ま
での処理の流れをまとめて示すと、同図のようになる。
先ず、ステップS801で、低次特徴検出(例えば、各位置
でのGabor wavelet変換係数の算出など)を行なう。次
に、ステップS802で、それらの特徴の局所平均化等を行
う低次特徴の統合処理を行う。更に、ステップS803〜80
4で中次特徴の検出と統合、ステップS805〜806で高次特
徴の検出と統合を行う。そして、ステップS807では、最
終層の出力として、認識(検出)対象の有無またはその検
出位置出力が行われる。ステップS803〜804とS805〜806
に割り当てる層数は、課題(認識対象など)に応じて任
意に設定又は変更することができる。FIG. 8 is a flowchart showing the processing procedure of each layer described above. The flow of processing from low-order feature detection to high-order feature detection is summarized as shown in FIG.
First, in step S801, low-order feature detection (for example, calculation of a Gabor wavelet transform coefficient at each position) is performed. Next, in step S802, low-order feature integration processing for performing local averaging of those features and the like is performed. Further, steps S803 to 80
In step S4, detection and integration of secondary features are performed. In steps S805 to S806, detection and integration of high-order features are performed. Then, in step S807, the presence or absence of a recognition (detection) target or the detection position output is performed as the output of the final layer. Steps S803-804 and S805-806
Can be arbitrarily set or changed according to the task (such as a recognition target).
【0121】図9は、各特徴検出ニューロン602の処理
の手順を示すフローチャートである。まず、ステップS9
01で、複数の特徴カテゴリに応じたパルスを、前層であ
る入力層101または特徴統合層103において同一受容野10
5を形成するニューロン601から入力を受け、ステップS9
02で、ペースメーカニューロン603から入力される(又
は前層ニューロンとの相互作用により得られる)局所同
期信号に基づき、時間窓及び重み関数を発生させ、ステ
ップS903で、それぞれについての所定の時間的重み関数
による荷重和をとり、ステップS904で、閾値に達したか
否かの判定を行い、閾値に達した場合には、ステップS9
05で、パルス出力を行う。なお、ステップS902と903は
時系列的に示したが、実際にはほぼ同時に行われる。FIG. 9 is a flowchart showing the processing procedure of each feature detection neuron 602. First, step S9
In 01, a pulse corresponding to a plurality of feature categories is applied to the same receptive field 10 in the input layer 101 or the feature integration layer 103 as the preceding layer.
Step S9: receiving input from the neuron 601 forming 5
In step 02, a time window and a weighting function are generated based on a local synchronization signal input from the pacemaker neuron 603 (or obtained by interaction with a preceding layer neuron). The sum of the weights by the function is obtained, and it is determined in step S904 whether or not the threshold has been reached.
At 05, pulse output is performed. Although steps S902 and S903 are shown in time series, they are actually performed almost simultaneously.
【0122】また、各特徴統合ニューロンの処理の手順
は、図10のフローチャートに示す通りである。すなわ
ち、ステップS1001において、同一カテゴリをなす特徴
検出の処理モジュール104であって、当該ニューロンに
固有の局所受容野をなす特徴検出ニューロンからのパル
ス入力を受け、ステップS1002で、所定の時間幅(不応
期以外の時間範囲)において入力パルスの加算を行う。
ステップS1003で、入力パルスの総和値(例えば、電位
基準で測る)が閾値に達したか否かの判定を行ない、閾
値に達した場合、ステップS1004で、その総和値に応じ
た位相でパルス出力をする。The processing procedure of each feature integration neuron is as shown in the flowchart of FIG. That is, in step S1001, a pulse is input from the feature detection processing module 104 in the same category, which is a feature detection neuron that forms a local receptive field specific to the neuron. Input pulses are added in a time range other than the initial period.
In step S1003, a determination is made as to whether the total value of the input pulses (measured on the basis of potential, for example) has reached a threshold value. If the threshold value has been reached, in step S1004, a pulse is output at a phase corresponding to the total value. do.
【0123】入力パルスは空間ドメインの各位置での特
徴(或いは、特徴要素の空間的配置関係)に対応するも
のであるから、時空間的RBFを構成することも可能で
ある。Since the input pulse corresponds to the feature at each position in the spatial domain (or the spatial arrangement relationship of the feature elements), it is possible to form a spatiotemporal RBF.
【0124】具体的には、各ニューロン出力値に対して
更に重み付けを行って加算を行うことにより、十分な数
の予め定められた特徴要素のセット(特徴検出細胞)お
よび十分な数のサブ時間窓(タイムスロット)での重み
付き総和(荷重和)の演算とから任意の図形パターンに
対応するパルスパターンの時空間関数を表現することが
できる。認識対称のカテゴリ及びその形状の変化がある
程度限られていれば、必要な特徴検出細胞やサブ時間窓
(タイムスロット)の数を少なくすることができる。More specifically, by weighting each neuron output value and performing addition, a sufficient number of a predetermined set of feature elements (feature detection cells) and a sufficient number of sub-time values are obtained. A spatio-temporal function of a pulse pattern corresponding to an arbitrary figure pattern can be expressed by calculating a weighted sum (load sum) in a window (time slot). If the category of recognition symmetry and its shape change are limited to some extent, necessary feature detection cells and sub-time windows
(Time slots) can be reduced.
【0125】本実施形態では、共通バスは同一受容野に
対して一つ割り当てられるような局所的なバスラインと
したが、これに限らずある層から次の層への層間結合は
同一バスラインで行うように時間軸上でパルス位相遅延
量を分割設定してもよい。また、重なり割合が比較的大
きい隣接受容野間では共通のバスラインを用いるように
構成しても良い。In the present embodiment, the common bus is a local bus line which is assigned to the same receptive field. However, the present invention is not limited to this, and the interlayer connection from one layer to the next layer is the same bus line. , The pulse phase delay amount may be divided and set on the time axis. Further, a common bus line may be used between adjacent receptive fields having a relatively large overlapping ratio.
【0126】なお、上述した時空間的RBFによらず
に、各サブ時間窓(タイムスロット)内での重み付き積
和演算の結果が非線形なsquashing関数値となるように
処理(或いは、閾値処理)して、それらの積をとっても
よい。例えば、不図示の回路構成により、閾値処理結果
(2値)を各サブ時間窓ごとに得て、一時記憶部に格納
するとともに、順次求まる閾値処理結果の論理積を時系
列的に求めるようにすればよい。It is to be noted that the processing (or the threshold processing) is performed so that the result of the weighted product-sum operation within each sub-time window (time slot) becomes a nonlinear squashing function value without using the above-mentioned spatiotemporal RBF. ) And take the product of them. For example, with a circuit configuration (not shown), a threshold processing result (binary) is obtained for each sub time window, stored in the temporary storage unit, and a logical product of the threshold processing results sequentially obtained is obtained in a time-series manner. do it.
【0127】閾値処理して積をとる場合には、パターン
の欠損や低コントラスト条件下での特徴検出の許容度が
小さくなることは言うまでもない。When the product is obtained by performing the threshold processing, it goes without saying that the tolerance of feature detection under a pattern loss or low contrast condition is reduced.
【0128】また、上述した処理(時空間的RBFによ
る図形パターンの検出)は、連想記憶の想起過程に類似
する動作として実現することもできる。即ち、ある局所
領域(または全体領域)で検出されるべき低次(または
中次)の特徴要素の欠損が生じても、他の幾つかの特徴
要素が検出され、上記総和値(8)が閾値を上回れば、
時空間RBFネットワーク全体としては中次(または高
次)の特徴要素の検出(該当するニューロンの発火)が
行われる様にすることができる。The above-described processing (detection of a graphic pattern by spatiotemporal RBF) can be realized as an operation similar to the associative memory recall process. That is, even if a defect of a low-order (or medium-order) feature element to be detected in a certain local area (or entire area) occurs, some other feature elements are detected, and the sum value (8) is calculated. If the threshold is exceeded,
For the entire spatiotemporal RBF network, detection of medium-order (or higher-order) feature elements (firing of the corresponding neurons) can be performed.
【0129】なお、ネットワークの構成としては、図1
に示したものに限定される必要はなく、所定の幾何学的
特徴要素を検出する層を含む構成であればMLPその他
のものであってもよいことはいうまでもない。Note that the configuration of the network is as shown in FIG.
It is needless to say that the present invention is not limited to the above, and may be MLP or the like as long as the configuration includes a layer for detecting a predetermined geometric feature element.
【0130】次に、本実施形態の構成に係るパターン検
出(認識)装置を撮像装置に搭載させることにより、特
定被写体へのフォーカシングや特定被写体の色補正、露
出制御を行う場合について、図11を参照して説明す
る。図11は、実施形態に係るパターン検出(認識)装
置を撮像装置に用いた例の構成を示す図である。Next, FIG. 11 shows a case in which focusing on a specific subject, color correction of the specific subject, and exposure control are performed by mounting the pattern detection (recognition) device according to the configuration of the present embodiment on the imaging device. It will be described with reference to FIG. FIG. 11 is a diagram illustrating a configuration of an example in which the pattern detection (recognition) device according to the embodiment is used for an imaging device.
【0131】図11の撮像装置1101は、撮影レンズおよ
びズーム撮影用駆動制御機構を含む結像光学系1102、CC
D又はCMOSイメージセンサー1103、撮像パラメータ
の計測部1104、映像信号処理回路1105、記憶部1106、撮
像動作の制御、撮像条件の制御などの制御用信号を発生
する制御信号発生部1107、EVFなどファインダーを兼ね
た表示ディスプレイ1108、ストロボ発光部1109、記録媒
体1110などを具備し、更に上述したパターン検出装置を
被写体検出(認識)装置1111として備える。An imaging apparatus 1101 shown in FIG. 11 includes an imaging optical system 1102 including a photographing lens and a driving control mechanism for zoom photographing,
D or CMOS image sensor 1103, imaging parameter measurement unit 1104, video signal processing circuit 1105, storage unit 1106, control signal generation unit 1107 that generates control signals such as control of imaging operation, control of imaging conditions, and viewfinders such as EVF And a recording medium 1110, and the above-described pattern detection device is provided as a subject detection (recognition) device 1111.
【0132】この撮像装置1101は、例えば撮影された映
像中から予め登録された人物の顔画像の検出(存在位
置、サイズの検出)を被写体検出(認識)装置1111により
行う。そして、その人物の位置、サイズ情報が被写体検
出(認識)装置1111から制御信号発生部1107に入力される
と、同制御信号発生部1107は、撮像パラメータ計測部11
04からの出力に基づき、その人物に対するピント制御、
露出条件制御、ホワイトバランス制御などを最適に行う
制御信号を発生する。The image pickup apparatus 1101 detects, for example, a face image of a person registered in advance (detection of the position and size of a person) from a captured image by using a subject detection (recognition) apparatus 1111. When the position and size information of the person is input from the subject detection (recognition) device 1111 to the control signal generation unit 1107, the control signal generation unit 1107
Focus control for that person based on the output from 04,
A control signal for optimally controlling exposure condition control, white balance control, and the like is generated.
【0133】上述したパターン検出(認識)装置を、この
ように撮像装置に用いた結果、低消費電力で、かつ高速
(リアルタイム)に人物検出とそれに基づく撮影の最適
制御を行うことができるようになる。As a result of using the above-described pattern detection (recognition) apparatus in an image pickup apparatus, it is possible to perform low-power consumption, high-speed (real-time) optimal control of person detection and photographing based on the person detection. Become.
【0134】(第2の実施形態)実施形態1では、シナ
プスは位相変調を行なうように構成したが、本実施形態
では、図1に示すようなネットワーク構成のもとで、パ
ルス幅(アナログ値)変調動作を行うシナプス素子と実施
形態1に示したようなintegrate-and-fireニューロンで
構成されるネットワークにより、図形パターン等の認識
を行う。(Second Embodiment) In the first embodiment, the synapse is configured to perform phase modulation. However, in the present embodiment, the pulse width (analog value) is controlled under the network configuration shown in FIG. ) Recognition of a graphic pattern or the like is performed by a network composed of a synapse element performing a modulation operation and an integrate-and-fire neuron as described in the first embodiment.
【0135】シナプスによる変調はシナプス前信号のパ
ルス幅とシナプス後のパルス幅をそれぞれ、Wb,Waとす
るとWa = SijWbで与えられる。ここに、Sijは実施形態
1の結合強度(式(5))と同じ意味である。変調のダ
イナミックレンジを大きくとる為には、パルス信号の基
本パルス幅を周期(基本パルス間隔)と比べて十分に小
さくとる必要がある。[0135] modulation by synaptic each pulse width and the pulse width of the postsynaptic the presynaptic signal, W b, is given by W a = S ij W b when the W a. Here, S ij has the same meaning as the coupling strength (Equation (5)) in the first embodiment. In order to increase the dynamic range of the modulation, it is necessary to make the basic pulse width of the pulse signal sufficiently smaller than the period (basic pulse interval).
【0136】ニューロンの発火(パルス出力)は、所定
の特徴要素を表す複数のパルス電流の流入に伴う電荷の
蓄積により、電位が所定の閾値を越したときに生じる。
本実施形態においては、サブ時間窓ごとの到着パルスの
重み付き加算(実施形態1参照)は特に要しないが、所
定の幅の時間窓での積分は実行される。この場合、検出
されるべき特徴要素(図形パターン)は、特徴検出層ニ
ューロンに入力される信号の時間的総和(パルス電流値
の総和)のみに依存する。また、入力パルスの幅は実施
形態1における重み関数の値に相当するものである。な
お、サブ時間窓ごとの到着パルス重み付き加算を行う場
合には、実施形態1と同様、到着パルスの時間間隔、到
着時間パターン自体に検出される特徴の有無、変形など
の情報が表されている。The firing (pulse output) of the neuron occurs when the potential exceeds a predetermined threshold value due to accumulation of electric charges accompanying the inflow of a plurality of pulse currents representing predetermined characteristic elements.
In the present embodiment, weighted addition of arrival pulses for each sub time window (see Embodiment 1) is not particularly required, but integration is performed in a time window having a predetermined width. In this case, the feature element (figure pattern) to be detected depends only on the temporal sum of the signals input to the feature detection layer neurons (sum of the pulse current values). Further, the width of the input pulse corresponds to the value of the weight function in the first embodiment. In addition, when performing the addition with weighting of the arrival pulse for each sub time window, information such as the time interval of the arrival pulse, the presence / absence of a feature detected in the arrival time pattern itself, deformation, etc. is displayed as in the first embodiment. I have.
【0137】ここで、特徴検出層ニューロンの出力特性
は、該当する特徴の顕著度(実施形態1参照)が大きい
ほど、その周波数が大となるようにしてもよいし、その
パルス幅或いは振幅が大となる特性を有してもよい。Here, the output characteristic of the feature detection layer neuron may be such that the greater the saliency of the corresponding feature (see Embodiment 1), the greater the frequency, or the pulse width or amplitude. It may have great properties.
【0138】図12の(A)は本実施形態で用いるシナ
プス素子401の構成単位を示す。実施形態1と同様の学
習回路402と、パルス幅変調回路1201とを有する。後者
は周知の回路(例えば、本出願人による特許27176
62号公報)を用いることができる。FIG. 12A shows a structural unit of a synapse element 401 used in this embodiment. A learning circuit 402 similar to that of the first embodiment and a pulse width modulation circuit 1201 are provided. The latter is a well-known circuit (for example, see Patent No. 27176 by the present applicant).
62 publication) can be used.
【0139】また、上述したパルス幅変調に代えて、パ
ルス周波数の変調を各シナプス素子で行ってもよい。こ
の場合、上記構成に対応するシナプス素子401の構成
は、図12の(B)のように、学習回路402とパルス周
波数変調回路1202から構成される。パルス周波数変調回
路1202としては公知の構成を用いることができる。ま
た、シナプスによる変調は、シナプス前のパルス周波数
とシナプス後のパルス周波数をそれぞれfb、faとすると
fa = Sijfbで与えられる。In addition, instead of the above-described pulse width modulation, the modulation of the pulse frequency may be performed by each synapse element. In this case, the configuration of the synapse element 401 corresponding to the above configuration includes a learning circuit 402 and a pulse frequency modulation circuit 1202 as shown in FIG. As the pulse frequency modulation circuit 1202, a known configuration can be used. In addition, the modulation by the synapse is assuming that the pulse frequency before the synapse and the pulse frequency after the synapse are f b and f a , respectively.
f a = S ij f b .
【0140】なお、ニューロン出力が周波数変調又はパ
ルス幅変調による変調を伴う場合には、パルス幅が最大
で上限値(パルス周期)に飽和するような制御機構をパ
ルス変調回路等が備えることは言うまでもない。When the neuron output is modulated by frequency modulation or pulse width modulation, it goes without saying that the pulse modulation circuit or the like is provided with a control mechanism for maximizing the pulse width and saturating it to the upper limit (pulse period). No.
【0141】(第3の実施形態)本実施形態で用いる特
徴検出ニューロンは、パルス到着の時間間隔(アナログ
値)、順序に基づき図形特徴及びその変形量の検出を行
い、或いは、重要度(後述)に応じた図形特徴の検出を
行う。(Third Embodiment) The feature detecting neuron used in the present embodiment detects a graphic feature and its deformation amount based on a pulse arrival time interval (analog value) and an order, or a degree of importance (described later). ) Is detected.
【0142】ネットワーク構成は図1に示したものと同
様とする。但し、各受容野内の位置に応じた位相オフセ
ット(変調量)が各層間シナプス結合に付与される。図
13は、本実施形態で用いる特徴検出ニューロンの受容
野内でのサンプリング構造を示す図である。例えば、図
13に示すように受容野の形状が楕円であるとすると、
その中心位置からスパイラル状にサンプリングした格子
点(S1,S2,...)位置での位相変調量が漸増するように
構成する(任意の点での位相変調量はその最近傍格子点
での位相変調量とする)。The network configuration is the same as that shown in FIG. However, a phase offset (modulation amount) according to the position in each receptive field is given to each interlayer synaptic connection. FIG. 13 is a diagram showing a sampling structure in the receptive field of the feature detection neuron used in the present embodiment. For example, if the shape of the receptive field is an ellipse as shown in FIG.
The phase modulation amount at a lattice point (S 1 , S 2 ,...) Sampled spirally from the center position is configured to gradually increase (the phase modulation amount at any point is determined by the nearest lattice point ).
【0143】図14は、特徴要素の受容野内での位置に
応じた位相変調量の例を示す図である。このように、受
容野内の位置に応じた位相変調量(p1,p2, ...)が、該当
する特徴が所属すべきサブ時間窓の範囲の変調範囲で与
えられるので、特徴の配置情報をスパイク列の各サブ時
間窓内での位置から抽出することができる。なお、サン
プリングの仕方は、スパイラル状以外の方法によっても
良いことはいうまでもない。FIG. 14 is a diagram showing an example of the amount of phase modulation according to the position of the characteristic element in the receptive field. As described above, the phase modulation amount (p 1 , p 2 , ...) according to the position in the receptive field is given in the modulation range of the sub-time window to which the corresponding feature belongs, so that the arrangement of the feature is Information can be extracted from the position within each sub-time window of the spike train. Needless to say, the sampling may be performed by a method other than the spiral shape.
【0144】また、実施形態1のようなニューロン内で
の時間窓関数による重み付け加算、或いは実施形態2の
ようなパルス幅変調信号の所定時間窓内の時間的積分を
行うものとし、各特徴要素ごとに対応するサブ時間窓が
存在するものと仮定する。このようにすることにより、
各サブ時間窓内のスパイクの位置が特徴要素の同一受容
野内での空間的位置を示し、その結果として複数のスパ
イクの時間的間隔のパターンが特徴要素(或いは高次の
図形パターン)の配置を表すようににすることが可能と
なる。Further, weighted addition using a time window function in a neuron as in the first embodiment, or temporal integration of a pulse width modulation signal within a predetermined time window as in the second embodiment is performed. It is assumed that there is a corresponding sub-time window for each. By doing this,
The position of the spike in each sub-time window indicates the spatial position of the feature element in the same receptive field, and as a result, the pattern of the time intervals of the plurality of spikes determines the arrangement of the feature element (or higher-order graphic pattern). Can be represented as follows.
【0145】更に、特徴の重要度に応じた窓関数、或い
は位相変調を与えることができる。ここで、重要度と
は、検出(認識)されるべきパターンと他のパターンと
の識別を容易にする「顕著な」特徴要素(又は図形パタ
ーン)であり、パターンのカテゴリごとに異なる。これ
は、学習により経験的に獲得され、例えば、その特徴検
出の寄与を大きく評価するようなパラメータの摂動を与
えたとき(対応する特徴のサブ窓関数値を大にする、ま
たは位相変調量を変化させるなど)に、より検出(認
識)の信頼度が高くなる方向にパラメータを更新する等
により実現することができる。Further, a window function or phase modulation according to the importance of the feature can be given. Here, the importance is a “remarkable” characteristic element (or graphic pattern) that facilitates discrimination between a pattern to be detected (recognized) and another pattern, and differs for each pattern category. This is obtained empirically by learning, for example, when a perturbation of a parameter that greatly evaluates the contribution of the feature detection is given (by increasing the sub-window function value of the corresponding feature, or reducing the amount of phase modulation). Change, etc.), the parameter can be updated in a direction in which the reliability of detection (recognition) increases.
【0146】以上説明した実施形態では、同一受容野内
からの複数の異なる特徴に対応するスパイク列を2次元
パターン情報の表現、検出、認識などの目的に用いる方
法を示した。ここで、低次または高次の特徴要素(また
は図形パターン要素)の検出をパルス列の時間窓内での
重み付き荷重和の閾値処理により行うことにより、複雑
多様な背景下において、検出(認識)すべき対象の変形
(位置変動、回転等を含む)や照明、ノイズの影響等に
よる特徴検出の欠損等が生じても、確実に所望のパター
ンを検出することができる。この効果は、特定のネット
ワーク構造によらず実現することができるものである。In the embodiment described above, a method has been described in which spike trains corresponding to a plurality of different features from the same receptive field are used for the purpose of expressing, detecting, and recognizing two-dimensional pattern information. Here, low-order or high-order feature elements (or graphic pattern elements) are detected by performing threshold processing of a weighted weighted sum within a time window of a pulse train, so that detection (recognition) can be performed in a complicated and diverse background. Even if deformation (including position fluctuation, rotation, etc.) of the target to be performed, loss of feature detection due to illumination, noise, or the like occurs, a desired pattern can be reliably detected. This effect can be realized regardless of the specific network structure.
【0147】更に、検出(認識)対象周囲に存在するパタ
ーンに応じた処理、検出認識対象の特定部分に優先度を
与えるような処理、検出されない筈のパターンが検出さ
れた場合の対応など、いわゆる文脈に依存した処理が可
能となる。一方、見慣れたパターンほど瞬時に検出(識
別)するように構成することもできる。Further, a process corresponding to a pattern existing around the detection (recognition) target, a process of giving a priority to a specific portion of the detection / recognition target, and a process to be performed when a pattern that should not be detected is detected, etc. Processing depending on the context becomes possible. On the other hand, it may be configured such that a familiar pattern is detected (identified) instantaneously.
【0148】また、特徴の検出の有無を、所定ニューロ
ンからの所定時間範囲内でのパルスの到着(デジタル情
報)により検出することができるとともに、その特徴の
理想的なパターンからのずれ(変形)の度合いに応じた
アナログ情報(パルス遅延量、パルス幅、周波数など)
により明示的にネットワーク中で内部表現したことによ
り、類似度の高いパターン間の識別精度とその処理時間
を飛躍的に向上させることができる。In addition, the presence / absence of detection of a feature can be detected by the arrival of a pulse (digital information) within a predetermined time range from a predetermined neuron, and the deviation (deformation) of the feature from an ideal pattern. Information (pulse delay amount, pulse width, frequency, etc.) according to the degree of delay
As a result, the accuracy of discrimination between patterns having high similarity and the processing time can be dramatically improved.
【0149】更に、上述した構成では、所定ニューロン
の単一の入力線上に時間的に配列されるパルス列の時間
窓内での各位置が、所定のパターンの特徴に相当するよ
うにしたことにより、ニューロン素子間の配線問題を軽
減することができ、信頼性を高い程度に保ちながら、2
次元パターン処理により所定物体の認識検出を行う回路
の規模、消費電力が従来より格段に抑えることができる
という効果がある。Further, in the above-described configuration, each position in the time window of a pulse train temporally arranged on a single input line of a predetermined neuron corresponds to a characteristic of a predetermined pattern. The wiring problem between the neuron elements can be reduced, and the reliability can be maintained at a high level.
There is an effect that the scale and power consumption of a circuit for performing recognition and detection of a predetermined object by the dimensional pattern processing can be significantly reduced compared to the related art.
【0150】[0150]
【発明の効果】以上説明したように、本発明のパターン
検出装置によれば、検出すべき対象について、特徴の欠
損等が生じても、確実に所望のパターンを検出すること
ができる。As described above, according to the pattern detecting apparatus of the present invention, a desired pattern can be reliably detected even if a feature to be detected or the like is lost.
【0151】また、類似度の高いパターン間の識別精度
とその処理時間を飛躍的に向上させることができる。In addition, the accuracy of discrimination between patterns having a high degree of similarity and the processing time can be drastically improved.
【0152】更に、本発明のニューラルネットワーク回
路によれば、ニューロン素子間の配線を低減でき、信頼
性を高い程度に保ちながら、回路の規模及び消費電力を
従来より格段に抑えることができるという効果がある。Further, according to the neural network circuit of the present invention, the wiring between neuron elements can be reduced, and the circuit size and power consumption can be significantly reduced while maintaining high reliability. There is.
【図1】本発明に係る一実施形態のネットワーク構成を
示すブロック図である。FIG. 1 is a block diagram illustrating a network configuration according to an embodiment of the present invention.
【図2】シナプス部とニューロン素子部の構成を示す図
である。FIG. 2 is a diagram showing a configuration of a synapse section and a neuron element section.
【図3】実施形態1において特徴統合層または入力層か
ら特徴検出層ニューロンへの複数パルス伝播の様子を示
す図である。FIG. 3 is a diagram showing how multiple pulses propagate from a feature integration layer or an input layer to a feature detection layer neuron in the first embodiment.
【図4】シナプス回路の構成図を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing a configuration diagram of a synapse circuit.
【図5】シナプス結合小回路の構成図、及び実施形態1
で用いるパルス位相遅延回路の構成図を示す図である。FIG. 5 is a configuration diagram of a synapse connection small circuit, and Embodiment 1
FIG. 3 is a diagram showing a configuration diagram of a pulse phase delay circuit used in FIG.
【図6】特徴検出層ニューロンにペースメーカニューロ
ンからの入力がある場合のネットワーク構成を示す図で
ある。FIG. 6 is a diagram showing a network configuration in a case where an input from a pacemaker neuron is provided to a feature detection layer neuron.
【図7】特徴検出ニューロンに入力される異なる特徴要
素に対応する複数パルスを処理する際の時間窓の構成、
重み関数分布の例、特徴要素の例を示す図である。FIG. 7 shows a configuration of a time window when processing a plurality of pulses corresponding to different feature elements input to the feature detection neuron,
It is a figure which shows the example of a weight function distribution, and the example of a characteristic element.
【図8】各層の処理手順を示すフローチャートである。FIG. 8 is a flowchart showing a processing procedure of each layer.
【図9】各特徴検出ニューロンの処理手順を示すフロー
チャートである。FIG. 9 is a flowchart illustrating a processing procedure of each feature detection neuron.
【図10】各特徴統合ニューロンの処理手順を示すフロ
ーチャートである。FIG. 10 is a flowchart illustrating a processing procedure of each feature integration neuron.
【図11】実施形態に係るパターン検出(認識)装置を
撮像装置に用いた例の構成を示す図である。FIG. 11 is a diagram illustrating a configuration of an example in which the pattern detection (recognition) device according to the embodiment is used for an imaging device.
【図12】実施形態2で用いるシナプス小回路の構成を
示す図である。FIG. 12 is a diagram illustrating a configuration of a synapse small circuit used in the second embodiment.
【図13】実施形態3で用いる特徴検出ニューロンの受
容野内でのサンプリング構造を示す図である。FIG. 13 is a diagram showing a sampling structure in a receptive field of a feature detection neuron used in the third embodiment.
【図14】特徴要素の受容野内での位置に応じた位相変
調量の例を示す図である。FIG. 14 is a diagram illustrating an example of a phase modulation amount according to a position of a feature element in a receptive field.
Claims (34)
たパターンに対して所定の複数の特徴に関する検出を行
なって、当該パターンに含まれる所定のパターンを検出
するパターン検出手段とを有し、 前記複数の信号処理素子の各々が、前記入力手段または
他の信号処理素子からの入力に応じて、更に他の信号処
理素子または外部にパルス信号を出力し、 前記複数の信号処理素子の所定の一部が、所定時間範囲
内に入力された複数のパルス信号の到着時間パターンに
応じた出力レベルでパルス信号を出力することを特徴と
するパターン検出装置。An input means for inputting a pattern, and a plurality of signal processing elements, wherein detection is performed on a plurality of predetermined features of the pattern input from the input means, and a predetermined number of features included in the pattern are detected. Pattern detection means for detecting a pattern, wherein each of the plurality of signal processing elements, in response to an input from the input means or another signal processing element, further pulse signal to another signal processing element or external Pattern detection, wherein predetermined portions of the plurality of signal processing elements output pulse signals at output levels according to arrival time patterns of the plurality of pulse signals input within a predetermined time range. apparatus.
と、当該特徴検出層からの出力を所定の方法で統合して
出力する特徴統合層に属する特徴統合素子とを有し、 前記所定の一部の信号処理素子は、複数の前記特徴統合
素子からの入力を受ける前記特徴検出素子であることを
特徴とする請求項1に記載のパターン検出装置。2. The method according to claim 1, wherein the plurality of signal processing elements include: a feature detection element belonging to a feature detection layer for extracting a predetermined feature; and a feature integration layer for integrating and outputting an output from the feature detection layer by a predetermined method. 2. The pattern detection device according to claim 1, wherein the predetermined part of the signal processing devices is the feature detection device that receives inputs from a plurality of the feature integration devices. 3. apparatus.
又は特徴の配置に応じた出力レベルでパルス信号を出力
することを特徴とする請求項2に記載のパターン検出装
置。3. The pattern detection apparatus according to claim 2, wherein the feature detection element outputs a pulse signal at an output level according to the saliency of the feature or the arrangement of the feature.
同一の特徴に対応する複数の前記特徴検出素子からの入
力の総和に応じた出力レベルでパルス信号を出力するこ
とを特徴とする請求項2に記載のパターン検出装置。4. The feature integration device outputs a pulse signal at an output level according to a sum of inputs from a plurality of feature detection devices corresponding to the same feature within a predetermined time range. Item 3. The pattern detection device according to Item 2.
互にカスケード的にそれぞれ複数接続されていることを
特徴とする請求項2に記載のパターン検出装置。5. The pattern detection apparatus according to claim 2, wherein a plurality of the feature detection layers and the feature integration layers are alternately connected in a cascade.
該層内の位置に応じた前段の特徴検出層内の局所的範囲
に存在し、それぞれが同一の特徴を検出する複数の特徴
検出素子からの信号を入力する局所受容野構造を有する
ことを特徴とする請求項5に記載のパターン検出装置。6. A plurality of feature detection elements each of which detects the same feature in a local range in a preceding feature detection layer corresponding to a position in the feature integration layer. The pattern detecting apparatus according to claim 5, further comprising a local receptive field structure for inputting a signal from an element.
段の特徴統合層内の異なる特徴に対応する特徴統合素子
からの信号を入力して、より高次の特徴を検出すること
を特徴とする請求項5に記載のパターン検出装置。7. Each of the feature detection elements of the feature detection layer receives a signal from a feature integration element corresponding to a different feature in the preceding feature integration layer and detects a higher-order feature. The pattern detection device according to claim 5, wherein
方向成分に関する局所空間周波数解析を行う複数フィル
タを備えることを特徴とする請求項2に記載のパターン
検出装置。8. The pattern detection apparatus according to claim 2, wherein at least a part of the feature detection layers includes a plurality of filters that perform a local spatial frequency analysis on a predetermined directional component.
bor wavelet変換を行うことを特徴とする請求項2に記
載のパターン検出装置。9. The method according to claim 1, wherein at least a part of said feature detection layer is Ga
The pattern detection device according to claim 2, wherein bor wavelet conversion is performed.
複数の前記特徴検出素子は、所定のパターンに対して互
いに位相同期してパルス出力することを特徴とする請求
項2に記載のパターン検出装置。10. The pattern detection method according to claim 2, wherein the plurality of feature detection elements in the same receptive field of the feature integration element output pulses in phase synchronization with a predetermined pattern. apparatus.
ス信号の到着時間パターンにおいて、各パルスに固有の
所定時間窓範囲内に該当パルスが存在するか否かによ
り、対応する所定の特徴の有無を検出することを特徴と
する請求項2に記載のパターン検出装置。11. The feature detecting element determines whether or not a predetermined feature corresponding to the pulse exists within a predetermined time window range unique to each pulse in an arrival time pattern of the plurality of pulse signals. 3. The pattern detection device according to claim 2, wherein the pattern is detected.
検出素子に付随して前段の層上の特徴統合素子であって
同一受容野上にある素子からの総出力に基づいて、所定
のパルス間隔でパルスを出力して前記特徴検出演算素子
の位相同期信号を与えるタイミング素子を備えているこ
とを特徴とする請求項2に記載のパターン検出装置。12. The feature detection layer according to claim 1, further comprising: a feature integration element on a preceding layer, which is associated with each feature detection element in the layer, and which is based on a total output from elements on the same receptive field. 3. The pattern detecting apparatus according to claim 2, further comprising a timing element that outputs a pulse at a pulse interval to provide a phase synchronization signal of the feature detection operation element.
グ素子が備えられた前記特徴検出層内の特徴検出素子
と、当該特徴検出素子の同一受容野内にある前段の前記
特徴統合層内の特徴統合素子とに所定のタイミングパル
スを出力することを特徴とする請求項12に記載のパタ
ーン検出装置。13. The feature detection element in the feature detection layer provided with the timing element, and a feature integration element in the preceding feature integration layer in the same receptive field of the feature detection element. 13. The pattern detection device according to claim 12, wherein a predetermined timing pulse is output to the device.
は、それぞれの検出する特徴に応じた位相でパルス状の
信号を出力することを特徴とする請求項2に記載のパタ
ーン検出装置。14. The pattern detection apparatus according to claim 2, wherein each of the feature detection elements in the feature detection layer outputs a pulse-like signal with a phase corresponding to the feature to be detected.
合層を備え、最終層の信号処理素子より前記所定パター
ンの検出結果を表わす信号を出力することを特徴とする
請求項2に記載のパターン検出装置。15. The pattern according to claim 2, further comprising a plurality of the feature detection layers and the feature integration layer, wherein a signal representing a detection result of the predetermined pattern is output from a signal processing element of a last layer. Detection device.
段を介して結合されており、当該結合手段が一方の前記
信号処理素子の出力パルス信号に所定の変調を施して他
方の前記信号処理素子へ伝達することを特徴とする請求
項1に記載のパターン検出装置。16. The plurality of signal processing elements are coupled via coupling means, and the coupling means performs a predetermined modulation on an output pulse signal of one of the signal processing elements, and the other of the signal processing elements. The pattern detection device according to claim 1, wherein the pattern is transmitted.
ことを特徴とする請求項16に記載のパターン検出装
置。17. The pattern detection device according to claim 16, wherein the modulation is a delay of a pulse phase.
ンを表わすパルスの入力回数が増すほど、前記パルス位
相の遅延量を小さくすることを特徴とする請求項17に
記載のパターン検出装置。18. The pattern detecting apparatus according to claim 17, wherein said coupling means reduces the amount of delay of said pulse phase as the number of times of inputting pulses representing patterns of the same category increases.
によらず略一定であることを特徴とする請求項17に記
載のパターン検出装置。19. The pattern detection apparatus according to claim 17, wherein the delay amount of the pulse phase is substantially constant irrespective of the type of the feature.
を特徴とする請求項16に記載のパターン検出装置。20. The pattern detection device according to claim 16, wherein the modulation is pulse width modulation.
特徴とする請求項16に記載のパターン検出装置。21. The pattern detection device according to claim 16, wherein the modulation is frequency modulation.
間範囲内に入力した複数のパルス信号を時間的に変化す
る所定の重み係数値を乗じて加算した荷重和に応じた出
力レベルでパルス信号を出力することを特徴とする請求
項1に記載のパターン検出装置。22. An output level according to a weighted sum obtained by multiplying a plurality of pulse signals input within the predetermined time range by a predetermined weighting coefficient value that changes over time and adding the plurality of pulse signals input within the predetermined time range. The pattern detection device according to claim 1, wherein the pattern detection device outputs a pulse signal.
位相、周波数、振幅またはパルス幅であることを特徴と
する請求項1に記載のパターン検出装置。23. The pattern detection apparatus according to claim 1, wherein the output level is a phase, frequency, amplitude, or pulse width of the pulse signal.
よって処理対象画像のパターンより所定のパターンを検
出した結果に基づき、当該処理対象画像の処理動作を制
御することを特徴とする画像処理装置。24. An image processing apparatus for controlling a processing operation of a processing target image based on a result of detecting a predetermined pattern from a pattern of the processing target image by the pattern detection apparatus according to claim 1.
パターンを検出するパターン検出手段とを有し、 前記パターン検出手段が、 前記入力されたパターンから所定の特徴を抽出する特徴
検出層と、 前記特徴検出層からの出力を所定の方法で統合して出力
する特徴統合層と、 前記特徴統合層からの出力を受けて所定の特徴またはパ
ターンの存在する位置情報を出力する特徴位置検出層と
を備えることを特徴とするパターン検出装置。25. An input unit for inputting a pattern, and a pattern detecting unit for detecting a predetermined pattern included in the pattern input from the input unit, wherein the pattern detecting unit detects a predetermined pattern from the input pattern. A feature detection layer that extracts a predetermined feature; a feature integration layer that integrates and outputs an output from the feature detection layer by a predetermined method; and the presence of a predetermined feature or pattern in response to the output from the feature integration layer And a feature position detection layer that outputs position information to be performed.
交互にカスケード的にそれぞれ複数接続されていること
を特徴とする請求項25に記載のパターン検出装置。26. The pattern detection apparatus according to claim 25, wherein a plurality of the feature detection layers and the feature integration layers are alternately connected in a cascade.
合層よりも少なく、当該特徴位置検出層は当該特徴統合
層の所定の一部にそれぞれ接続されていることを特徴と
する請求項26に記載のパターン検出装置。27. The method according to claim 26, wherein the number of the feature position detection layers is smaller than that of the feature integration layer, and the feature position detection layers are respectively connected to predetermined portions of the feature integration layer. 3. The pattern detection device according to 1.
によって処理対象画像のパターンより所定のパターンと
その位置を検出した結果に基づき、当該処理対象画像の
処理動作を制御することを特徴とする画像処理装置。28. An image processing apparatus, wherein a processing operation of an image to be processed is controlled based on a result of detecting a predetermined pattern and its position from a pattern of the image to be processed by the pattern detection device according to claim 25. Processing equipment.
力を行うニューロン素子を複数個並列に配して構成され
る処理層を複数有し、 所定の前記処理層の少なくとも1つの前記ニューロン素
子へ、他の層の複数のニューロン素子から出力されるパ
ルス信号が、当該複数のニューロン素子のそれぞれに対
して設けられたシナプス結合手段及び当該複数のニュー
ロン素子に共通のバスラインを介して入力され、 前記シナプス結合手段は、前記複数のニューロン素子か
ら出力されるパルス信号に、当該複数のニューロン素子
のそれぞれに固有のパルス位相シフト量を与えることを
特徴とするニューラルネットワーク回路。29. A plurality of processing layers configured by arranging a plurality of neuron elements for inputting a plurality of signals and outputting pulse signals in parallel, wherein at least one of the predetermined processing layers has the neuron element. A pulse signal output from a plurality of neuron elements in another layer is input via a synapse coupling means provided for each of the plurality of neuron elements and a bus line common to the plurality of neuron elements. The neural network circuit according to claim 1, wherein the synapse coupling means applies a pulse phase shift amount unique to each of the plurality of neuron elements to a pulse signal output from the plurality of neuron elements.
9に記載のニューラルネットワーク回路によって処理し
た結果の出力信号に基づき、当該処理対象画像の処理動
作を制御することを特徴とする画像処理装置。30. A signal representing an image to be processed.
An image processing apparatus, wherein the image processing apparatus controls a processing operation of an image to be processed based on an output signal as a result of processing by the neural network circuit according to claim 9.
に対して所定の複数の特徴に関する検出を行なって、当
該パターンに含まれる所定のパターンを検出するパター
ン検出方法であって、 前記複数の信号処理素子の各々が、前記入力部または他
の信号処理素子からの入力に応じて、更に他の信号処理
素子または外部にパルス信号を出力し、 前記複数の信号処理素子の所定の一部が、所定時間範囲
内に入力された複数のパルス信号の到着時間パターンに
応じた出力レベルでパルス信号を出力することを特徴と
するパターン検出方法。31. A pattern is input from an input unit, and a plurality of signal processing elements are used to detect a plurality of predetermined features of the input pattern, and a predetermined pattern included in the pattern is detected. A pattern detection method for detecting, wherein each of the plurality of signal processing elements, in response to an input from the input unit or another signal processing element, further outputs a pulse signal to another signal processing element or external, A pattern detection method, wherein a predetermined part of the plurality of signal processing elements outputs a pulse signal at an output level according to an arrival time pattern of a plurality of pulse signals input within a predetermined time range.
によって処理対象画像のパターンより所定のパターンを
検出した結果に基づき、当該処理対象画像の処理動作を
制御することを特徴とする画像処理方法。32. An image processing method, comprising: controlling a processing operation of an image to be processed based on a result of detecting a predetermined pattern from a pattern of the image to be processed by the pattern detection method according to claim 31.
出するパターン検出方法であって、 入力された前記パターンから特徴検出層により所定の特
徴を抽出し、 前記特徴検出層からの出力を特徴統合層により所定の方
法で統合して出力し、 前記特徴統合層からの出力を受けて特徴位置検出層によ
り所定の特徴またはパターンの存在する位置情報を出力
することを特徴とするパターン検出方法。33. A pattern detection method for inputting a pattern and detecting a predetermined pattern included in the input pattern, wherein a predetermined characteristic is extracted from the input pattern by a characteristic detection layer, The output from the detection layer is integrated by a predetermined method by the feature integration layer and output, and the output from the feature integration layer is output by the characteristic position detection layer to output the position information where the predetermined feature or pattern exists. Characteristic pattern detection method.
によって処理対象画像のパターンより所定のパターンと
その位置を検出した結果に基づき、当該処理対象画像の
処理動作を制御することを特徴とする画像処理方法。34. An image processing method for controlling a processing operation of a processing target image based on a result of detecting a predetermined pattern and its position from a pattern of the processing target image by the pattern detection method according to claim 33. Processing method.
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