Многие исходные положения теории опознания образов еще ждут четкой формулировки. Математические аспекты задачи тесно переплетаются с психофизиологическими интерпретациями, с гносеологическими проблемами восприятия и отображения. Вместе с тем, благодаря усилиям многих исследователей, к настоящему времени сформировались некоторые довольно четкие концепции, помогающие подойти к постановке и решению задачи опознания образов. В связи с этим нельзя не отметить исключительно большую роль академика А. А. Харкевича, которому принадлежит заслуга математической формулировки задачи опознания образов, организации широкого круга работ в этой области, формулировки ряда методологических определений, позднее принятых многими исследователями.

При обсуждении общих вопросов опознания образов широко пользуются геометрическими представлениями, хотя должно быть ясно, что всякого рода многомерные, а тем более бесконечномерные построения имеют лишь служебный характер пояснений, характер методических средств, и не предназначены для действительно схемного осуществления. Мы будем пользоваться геометрической интерпретацией.

Образом называется многомерный вектор s=(x1 х2, x3,. . ., хn) внутреннего состояния опознающей системы, которое определяется входным событием, воздействующим на рецепторы системы. Все образы принадлежат некоторому фазовому пространству Еп внутренних состояний, которое далее будем называть пространством образов. В тех простых опознающих системах, которые синтезируются в настоящее время, значительную работу по выявлению классификационных параметров и построению алгоритма опознания выполняет (в явном или неявном виде) конструктор, поэтому внутреннее пространство системы представляется относительно простым и нет необходимости вводить в рассмотрение более чем одно основное преобразование. Теоретически цепь промежуточных преобразований воспринятой информации должна быть достаточно большой, а сами преобразования – сложны. В таких случаях целесообразно различать по крайней мере две ступени внутреннего представления сигналов, воспринятых опознающей системой: 1) представление в пространстве рецепторов; 2) представление в пространстве образов. Если в пространстве рецепторов воспринятые сигналы могут располагаться как угодно, то в пространстве образов, вследствие специальных промежуточных преобразований, эти же сигналы как бы стягиваются в локальные области, представляющие отдельные классы. Ниже мы еще вернемся к этим вопросам.

Важным является выбор координатной системы пространства образов. Размерность этого пространства Еп определяется в каждом конкретном случае по-разному, и общие опенки здесь давать затруднительно. Почти всегда размерность n – это число параметров х1 х2, х3,. . ., хn, измеряемых рецепторными элементами сенсорного устройства. Как уже говорилось, сейчас чаще всего конструктор сам определяет те параметры, с помощью которых система должна производить измерения входных воздействий («воспринимать» внешнюю среду и изменения в ней). В соответствии с этим выбором и проектируется рецепторное устройство опознающей системы. Следует отметить, что неизвестны формальные правила выбора параметров и результативность этого этапа проектирования является следствием опыта и интуиции конструктора опознающей системы.

Осмысленный анализ, производимый человеком на этапе выбора рецепторного устройства, часто заставляет остановиться на системе самых рельефных, самых очевидных параметров. Как правило, выбранные параметры тесно коррелируют с основными признаками опознаваемых объектов. Не удивительно, что и сами параметры часто называют признаками, хотя семантически это далеко не всегда оправдано.

Выработка опознающей системой обобщенного образа возможна лишь в следующих двух случаях. Первый случай тривиален, не характерен для трудных задач опознания образов. Он состоит в том, что отдельные реализации каждого класса настолько незначительно отличаются друг от друга (например, из-за малой чувствительности рецепторов), что практически соответствующие им векторы совпадают, сливаются. Во втором случае имеет место существенная дисперсия параметров от реализации к реализации, но по результатам многократного восприятия могут быть определены центры распределения или средние значения (часто наиболее вероятные значения) параметров описания образа.

Иногда класс объединяет множество образов, которые объективно (или субъективно) не воспринимаются опознающей системой как сходные, похожие, подобные. Пусть, например, задано два класса – класс морских зверей и класс рыб. Ясно, что внутри каждого класса будут встречаться очень непохожие друг на друга представители, если их воспринимать по чисто внешним признакам. В таком случае класс может быть образован только как логическое соединение множества областей, каждая из которых в свою очередь объединяет в пространстве образов сходные между собой объекты. Тогда характеристикой класса является не обобщенный образ, а понятие. В этом смысле пространство Еп становится пространством понятий, а процедуры опознания образов – в некотором смысле исчислением понятий.

Можно привести много примеров, подтверждающих необходимость рассмотрения вероятностных аспектов опознания. В повседневной практике каждый часто сталкивается с ситуациями, когда отнесение опознаваемого объекта к тому или иному классу производится не абсолютно достоверно, а только с той или иной степенью достоверности, с той или иной вероятностью. Правда, эта вероятность не всегда оценивается количественно с высокой точностью. Таким образом, когда мы переходим к бионическим устройствам распознавания, мы должны предусмотреть их работу и для тех случаев, когда процедура распознавания протекает как вероятностный процесс.

Предыдущая глава: Задачи анализатора опознания

Следующая глава: Статистические и вероятностные аспекты модели опознания