Hn :Ý tƣởng hệ thống nhận dạng ảnh
Hn . Đƣa ảnh số 8 vào khối triệt nhiễu cộng của hệ thống để kiểm tra
Vậy khi đƣa ảnh số 8 vơ kiểm tra thì mạch sẽ thực hiện thế nào tiếp tục cùng nhau theo dõi nhƣ sau, 16 tín hiệu có mức logic „1‟ nhận điện áp 3,3 V đi vào 10 lớp mặt nạ khối triệt nhiễu cộng, quan sát toàn thể 10 ảnh và tập trung vào phần diện tích đƣợc bao phủ bởi viền màu đỏ nhƣ hình 5.15, lúc này chỉ có ảnh số 8 là tồn bộ diện tích trong viền đỏ điều có màu đen, màu đen là memristor có trở kháng
47
thấp, trong diện tích viền màu đỏ có nhiều pixel màu đen thì sẽ tiến đến ngƣỡng ngõ ra càng nhanh, vậy 16 tín hiệu có mức logic „1‟ nhận điện áp 3,3 V đi vào mơ hình ảnh số 8 đặt trên 16 memristor có trở kháng thấp, thì ngõ ra V_đốt_8 sẽ đạt ngƣỡng nhanh nhất trong tồn bộ 10 mơ hình trong khối memristor triệt nhiễu cộng, tín hiệu V_đốt_8 đƣợc gửi tới mạch quyết định ngõ ra.
H n . 6: Đƣa ảnh số 8 vào khối triệt nhiễu trừ của hệ thống để kiểm tra
Quan sát 10 mơ hình trong hình 5.16, tập trung vào phần diện tich màu đen
trong viền màu đỏ, nhƣ vậy trong trƣờng hợp này thì cả ba mơ hình số 7, số 8 và số 0 điều sẽ đạt ngƣỡng ngõ ra nhanh nhƣ nhau nên mạch quyết định ngõ ra sẽ nhận đƣợc cả V_đóng_băng_7, V_đóng_băng_8 và V_đóng_băng_10, nhƣng khối memristor mảng khối triệt nhiễu cộng chỉ gửi đến 1 tín hiệu là V_đốt_8, từ những cơ sở trên mạch quyết định ngõ ra sẽ quyết định đây là ảnh số 8 ( hình 5.8 ).
Để chứng minh mơ hình này ln đúng với bất kỳ hình nào đã liệt kê ở trên, ta
sẽ chọn 1 hình bất kỳ tiếp theo để kiểm tra, chọn tiếp hình số 5 vì hình số 5 rất dễ nhầm với hình số 3.
48
H n . 8: Đƣa ảnh số 5 vào khối triệt nhiễu trừ của hệ thống để kiểm tra
Quan sát tổng thể 10 mơ hình trong trƣờng hợp ảnh kiểm tra là ảnh số 5, sau đó hãy tập trung vào phần diện tích màu đen trong viền màu đỏ ảnh số 3 và ảnh số 5. Nhƣ vậy ảnh số 5 vẫn là ảnh sẽ đạt ngƣỡng nhanh nhất trong toàn bộ 10 mơ hình, ảnh số 3 muốn thành hình số 5 thì cần tối thiểu 1 pixel rơi đúng vào vị trí memristor số 9, xác suất để xảy ra trƣờng hợp này là 3,33 %, ngay lập tức tín hiệu V_đốt_5 đƣợc gửi tới mạch quyết định ngõ ra ( hình 5.8 ).
Tiếp tục quan sát hình 5.18, tập trung vào phần diện tích màu đen trong viền màu đỏ của 10 mơ hình khối memristor triệt nhiễu trừ của hệ thống, ảnh số 5 vẫn là ảnh đạt ngƣỡng ngõ ra nhanh nhất, ngay lập tức khối điều khiển nhận đƣợc tín hiệu V_đóng_băng_5 ( hình 5.10) kết hợp cả hai tín hiệu gửi về từ khối tích hợp triệt nhiễu cộng và khối tích hợp triệt nhiều trừ thì mạch quyết định ngõ ra sẽ quyết định đây là ảnh số 5.
Từ những gì đã phân tích ở trên rút ra các kết luận sau. Khối memristor triệt nhiễu cộng đƣa tín hiệu qua khối tích hợp triệt nhiễu cộng sẽ cho ra kết quả ảnh đang kiểm tra là ảnh nào, nếu ảnh đó là tập con của ảnh khác thì ngõ ra sẽ là ảnh tập con và ảnh chứa tập con đó, ví dụ ảnh số 7 là tập con của ảnh số 8, nên ngõ ra sẽ có cả 2 ảnh là số 7 và ảnh số 8. Khối memritor triệt nhiễu trừ đƣa tín hiệu qua khối tích hợp triệt nhiễu trừ để chốt lại ảnh đang kiểm tra, kết hợp cả hai khối memristor, khối tích hợp thì sẽ có ngõ ra cuối cùng là ảnh nào đang đƣa vào kiểm tra. Trƣờng hợp lý tƣởng mạch nhận dạng 10 ảnh đƣa vào hồn tồn chính xác.
5.2.1 Trƣờng hợp nhiễu cộng
Trƣờng hợp không lý tƣởng nhiễu cộng xuất hiện trong quá trình kiểm tra, khối memristor triệt nhiễu cộng sẽ triệt tiêu nhiễu, với nhiễu cộng 1 pixel vào bất cứ điểm nào trên ảnh kiểm tra thì hệ thống cũng nhận ra ảnh đang kiểm tra là ảnh nào.
49
Ví dụ: Ảnh kiểm tra là ảnh số 1, nếu thêm 1 pixel nhiễu vào bất cứ điểm nào thì ảnh nhiễu sẽ có 9 pixel nhƣ hình bên dƣới, khi đƣa vào mơ hình số 1 thì sẽ có 8 pixel đi vào memristor có trở kháng thấp và 1 pixel đi vào memristor có trở kháng cao. Yếu tố quan trọng làm cho mơ hình số 1 đạt ngƣỡng 3,3 volt đầu tiên so với những mơ hình cịn lại vì ảnh kiểm tra hội tụ đủ 8 vị trí pixel mà mơ hình số 1 có sẵn, việc thêm 1 pixel vào bất kỳ vị trí nào trên các mơ hình cịn lại thì cũng khơng làm cho các mơ hình cịn lại có đủ 8 vị trí nhƣ hình mơ số 1. Tiếp tục quan sát hình dƣới để minh chứng điều này.
H n . : Cộng thêm 1 pixel nhiễu vào ảnh số 1
H n . : Đƣa ảnh số 1 có 1 pixel nhiễu cộng vào khối triệt nhiễu cộng
Nhƣ vậy nếu cộng 1 pixel nhiễu vào ảnh huấn luyện là ảnh số 1 thì mơ hình nhận dạng đúng tỷ lệ thành cơng là 100 %, các ảnh mơ hình số 2, 3, 5, 6, 8, 9, nếu muốn ngõ ra đạt ngƣỡng 3,3 V cùng lúc với mơ hình số 1 thì cần ít nhất là cộng thêm 2 pixel nhiễu vào đúng vị trí màu trắng trong phần diện tích viền đỏ xác suất để xảy ra trƣờng hợp này là P(2 pixel ) =
= 0,69 % , tƣơng tự với mơ hình ảnh số 4 thì phải cộng tối thiểu là 3 pixel vào đúng 3 vị trí màu trắng trong viền đỏ xác suất để xảy ra trƣờng hợp này là P(3 pixel ) =( ) + ( ) + (
50 suất xảy ra là P(4 pixel ) = (
) + ( ) +
( ) + 1,06 + 0,69 = 1,75 %, tƣơng tự nhƣ vậy sẽ tính cho các
trƣờng hợp còn lại.
H n . : Đƣa ảnh số 1 có 1 pixel nhiễu cộng vào khối triệt nhiễu trừ
Tiếp tục quan sát khối memristor thứ hai nhƣ hình 5.21, chú ý phần diện tích bên trong viền màu đỏ loại bỏ phần diện tích viền màu xanh, trong hình 5.21, số pixel viền màu xanh là pixel nhiễu có điện áp đƣa vơ mơ hình khối triệt nhiễu trừ là 0 V. Tín hiệu V_đóng_băng_1 sẽ đạt ngƣỡng 5 V nhanh nhất trong tất cả các mơ hình cịn lại, trong tất cả 10 mơ hình trong hình 5.21 thì chỉ có ảnh số 9 là cần tối thiểu 3 pixel vào đúng 3 vị trí màu trắng còn lại trong viền màu đỏ mới làm nhiễu đƣợc ảnh số 1, xác suất để xảy ra trƣờng hợp này là P(3 pixel ) =
= 0,0037 %.
Trong trƣờng hợp ảnh kiểm tra là tập con của ảnh khác thì sao, ví dụ trong mơ hình này mơ hình số 7 là tập con của mơ hình số 8, khi thêm nhiễu vào mơ hình số 7, những điểm nhiễu đó nằm vào vị trí của mơ hình số 8 thì tín hiệu đạt ngƣỡng 3,3 volt nhanh nhất sẽ là số 8 chứ không phải là mơ hình số 7 ở khối memristor triệt nhiễu cộng, giải quyết vấn đề này thì ta chú ý trƣờng hợp ảnh khơng có nhiễu xét ở trên, nếu ảnh số 7 đƣa vào thì ngõ ra khối tích hợp triệt nhiễu cộng sẽ có cả V_đốt_7 và V_đốt_8 nhƣng khối tích hợp triệt nhiễu trừ chỉ có tín hiệu V_đóng_băng_7, chính vì điều này mới biết đó là hình số 7, khối triệt nhiễu trừ loại bỏ trƣờng hợp ảnh là tập con, trong trƣờng hợp đƣa ảnh kiểm tra là ảnh số 8 thì V_đốt_8 ở khối tích hợp triệt nhiễu cộng là nhanh nhất, với khối tích hợp triệt nhiễu trừ chỉ có tín hiệu V_đóng_băng_8 và V_đóng_băng_10, điều này khẳng định rằng nếu ảnh kiểm tra là số 7 thì khối tích hợp triệt nhiễu trừ có tín hiệu ra chỉ có V_đóng_băng_7 mà khơng có tín hiệu V_đóng_băng_8 và ngƣợc lại nếu ảnh kiểm
51
tra là ảnh số 8 thì tín hiệu ra ở khối tích hợp thứ hai sẽ là V_đóng_băng_8 chứ khơng có tín hiệu V_đóng_băng_7. Chính vì điều này là cơ sở đi giải quyết trƣờng hợp nhiễu mơ hình số 7 nằm trên vị trí pixel có mức logic „1‟ tức là vị trí memristor có trở kháng thấp của mơ hình số 8, trƣờng hợp nhiễu 1 pixel làm cho mơ hình sơ 8 đạt ngƣỡng 3.3 volt nhanh nhất, thì ngay tại trƣờng hợp này ta thêm một chức năng trong mạch điều khiển nếu ngõ ra là V_đốt_8 mà ngõ ra khối tích hợp triệt nhiễu trừ là V_đóng_băng_7 thì ảnh đó là ảnh số 7, quan sát hình 5.22.
H n . : Đƣa ảnh số 7 có 1 pixel nhiễu cộng vào khối triệt nhiễu cộng
Chính vì ngõ ra V_đốt_8 đạt ngƣỡng 5 V nhanh nhất đồng thời tín hiệu này trả về bộ điều khiển để đóng 9 chuyển mạch cịn lại, trong khối tích hợp triệt nhiễu cộng.
H n . : Đƣa ảnh số 7 có 1 pixel nhiễu cộng vào khối triệt nhiễu trừ
Tiếp tục quan sát 10 mơ hình trong hình 5.23, tín hiệu V_đóng_băng_7 sẽ đạt ngƣỡng nhanh nhất trong 9 mơ hình cịn lại, lúc này thì mạch quyết định ngõ ra nhận định đây là ảnh số 7, nhƣ vậy khối triệt nhiễu trừ của mơ hình đã giải quyết đƣợc vấn đề nhiễu 1 pixel của ảnh là tập con và pixel đó nằm trên vị trí có trở kháng thấp của ảnh chứa tập con đó.
52
5.2.2 Trƣờng hợp nhiễu trừ
Trƣờng hợp mất 1 pixel bất kỳ, ảnh kiểm tra là ảnh số 1, quan sát hình 5.24, ảnh nhiễu sẽ đƣợc đƣa vào hệ thống để nhận dạng.
H n . 4: Thêm nhiễu trừ 1 pixel vào mơ hình ảnh số 1
Trong hình 5.25, trong 10 mơ hình thì ảnh số 1 vẫn là ảnh có V_đốt_1 đạt
ngƣỡng nhanh nhất, hãy chú ý trong phần diện tích viền đỏ, ảnh số 2 muốn đạt ngƣỡng nhanh nhƣ hình số 1 thì cần có 2 pixel lắp đúng 2 vị trí màu trắng nơi có trở kháng cao và xác suất để xảy ra trƣờng hợp này là P( 2 pixel ) =
= 0,11 %,
tƣơng tự hình số 3 muốn đạt ngƣỡng nhƣ hình 1 chỉ cần thêm 1 pixel xác suất xảy ra là P( 1 pixel ) =
3,33 %, trong khi đó bức ảnh số 4 sẽ cần 3 pixel để đạt ngƣỡng
nhƣ ảnh số 1 và xác suất là P( 3 pixel ) =
0,0037%,....
H n . : Đƣa ảnh số 1 có 1 pixel nhiễu trừ vào khối triệt nhiễu cộng
Trƣờng hợp mất 1 pixel bất kỳ, ảnh kiểm tra là ảnh số 1, đƣa ảnh vào khối tích hợp triệt nhiễu trừ, mất pixel sẽ làm tăng số lƣợng pixel có giá trị 0 V vào hệ thống, điều đó có nghĩa là tăng số lƣợng pixel có mức điện áp là 3.3 V vào khối memristor triệt nhiễu trừ, do đó việc loại bỏ nhiễu trừ ở khối memristor triệt nhiễu trừ là rất hiệu quả, quan sát hình 5.26 .
53
H n . 6: Đƣa ảnh số 1 có 1 pixel nhiễu trừ vào khối triệt nhiễu trừ
Trong hình 5.26, điểm ảnh có viền màu vàng là điểm ảnh bị mất đi do nhiễu trừ, điểm ảnh nền trắng viền vàng là điểm ảnh có memristor trở kháng cao nhƣng có điện áp đƣa vào là 3,3 V điểm ảnh có nền đen viền vàng là ảnh có memristor trở kháng thấp với điện áp vào là 3,3 V. Hãy quan sát ảnh số 1, luôn nhận đƣợc 22 pixel màu đen và 1 pixel màu vàng nếu là nhiễu trừ 1 pixel nhƣ vậy ảnh số luôn nhận dạng đƣợc với nhiễu trừ là 1 pixel bất kỳ vị trí nào.
Để chứng minh nhận định này thì tiếp tục quan sát thêm nhiễu trừ vào mơ hình memristor triệt nhiễu cộng hình 5.28 và mơ hình triệt nhiễu trừ hình 5.29 , lúc này thì sẽ cho mất 3 pixel bất kỳ trong ảnh số 1.
H n . : Mất 3 pixel với ảnh số 1
54
Quan sát hình 5.28, mơ hình khối memristor triệt nhiễu cộng của hệ thống, phần diện tích trong viền màu đỏ là ảnh số 1 nhận đƣợc sau khi qua nhiễu, nhƣ vậy ảnh số 2 muốn đạt ngƣỡng nhanh nhƣ ảnh số 1 thì cần thêm ít nhất là 2 pixel xác suất xảy ra là 0,11 %, ảnh số 3 muốn đạt ngƣỡng nhanh nhƣ ảnh số 1 thì cần ít nhất là 1 pixel đúng vào vị trí màu trắng xác suất xảy ra là 3,33 %,....
Tiếp tục xem khối tích hợp triệt nhiễu trừ trong trƣờng hợp ảnh số 1 mất 3 pixel sẽ làm việc hiệu quả nhƣ thế nào, quan sát mơ hình ảnh số 1 thấy rằng mơ hình khi có nhiễu trừ thì ảnh ln ln có sẵng lƣợng pixel trở kháng thấp vốn có là 22 pixel, sau đó cộng thêm lƣợng pixel mất đi có trở kháng thấp nhƣng áp vào sẽ là 3,3 V. Vậy trong trƣờng hợp ảnh số 1 lúc này sẽ là 22 pixel trở kháng thấp và 3 pixel màu vàng. Nên tín hiệu V_đóng_băng_1 vẫn là tín hiệu đạt ngƣỡng nhanh nhất và gửi tới mạch quyết định kết quả ngõ ra để ra quyết định đây là ảnh số 1.
H n . : Đƣa ảnh số 1 có 3 pixel nhiễu trừ vào khối triệt nhiễu trừ
Để chứng minh mơ hình này sẽ đúng với những hình cịn lại, tiếp tục kiểm tra với một hình khác trong những hình cịn lại với mức độ nhiễu là mất đi 3 pixel, ở đây tôi chọn ảnh số 7 để kiểm chứng tiếp, chúng ta cùng nhau quan sát hình dƣới đây.
55
H n . : Đƣa ảnh số 7 có 3 pixel nhiễu trừ vào khối triệt nhiễu cộng
Khi quan sát quan sát hình 5.31 thì có hai mơ hình là mơ hình số 7 và mơ hình số 8 sẽ đạt ngƣỡng nhanh cùng một lúc vì ảnh số 7 là tập con của ảnh số 8, cho dù mất đi pixel thì ảnh số 7 vẫn là tập con của ảnh số 8 nên sẽ có hai ngõ ra cùng lúc là V_đốt_7 và V_đốt_8.
H n . : Đƣa ảnh số 7 có 3 pixel nhiễu trừ vào khối triệt nhiễu trừ
Quan sát phần diện tích trong viền màu đỏ trừ đi 1 pixel màu xanh, bởi vì nhiễu trừ khơng ảnh hƣởng đến số pixel màu đen trong diện tích viền màu đỏ do đó ảnh số 7 ln ln có đủ 21 pixel màu đen cộng thêm 3 pixel nhiễu màu vàng, sau khi quan sát tổng thể thì ảnh số 7 là ảnh đạt ngƣỡng nhanh nhất trong tất cả 10 mơ hình. Vậy kết luận khối tích hợp memristor triệt nhiễu trừ rất hiệu quả trong quá trình xứ lý loại bỏ nhiễu trừ, kết hợp cả hai khối tích hợp triệt nhiễu cộng và nhiễu trừ trong cùng một hệ thống thì giúp mơ hình chúng ta loại bỏ nhiễu cộng và nhiễu trừ.
56
5.3 kết quả mô p ỏng
Một lần nữa hãy nhìn lại tổng thể khối tích hợp triệt nhiễu cộng và khối tích
hợp triệt nhiễu trừ qua hình 5.33 và hình 5.35, sau đó tiếp tục vào phân tích trƣờng hợp khơng nhiễu.
. . Trƣờng hợp k ông n iễu
Để kiểm chứng với ảnh kiểm tra là ảnh số 1, với điều kiện khơng có nhiễu hãy quan sát hình 5.34 thì tín hiệu Vmem_1 đạt ngƣỡng cao và tách biệt hồn tồn với tín hiệu điện áp memristor của 9 ảnh cịn lại, trong hình 5.36 thì tín hiệu sig_com_1 cũng đạt ngƣỡng nhanh nhất so với 9 tín hiệu sig_com cịn lại, nên hệ thống rất dễ nhận dạng trong trƣờng hợp này, khả năng xảy ra sai số là khơng có.
57
H n . 4: 10 tín hiệu Vmem đi vào khối tích hợp triệt nhiễu cộng
Trong hình 5.34 khi Vmem_1 đạt ngƣỡng 3,3 V tại t = 0 thì ngõ ra V_đốt_1 cũng sẽ đạt ngƣỡng nhanh nhất tại t = 0 quan sát hình 5.33, tín hiệu V_đốt_1 ngay lập tức đƣợc gửi về bộ quyết định ngõ ra, tƣơng tự nhƣ vậy trong hình 5.36 tín hiệu sig_com_1 đạt ngƣỡng 3,3 V tại t = 0, do đó khi đƣa 10 tín hiệu sig_com vào khối tích hợp triệt nhiễu trừ ( hình 5.35 ) thì tín hiệu V_đóng_băng_1 sẽ đạt ngƣỡng nhanh nhất và ngay lập tức tín hiệu V_đóng_băng_1 đƣợc gửi về khối mạch quyết