Оптическое устройство для перемножения матричных изображений

 

Изобретение относится к области вычислительной техники и может быть использовано в оптоэлектронных запоминающих устройствах большой емкости для выполнения операции перемножения матричных изображений. Целью изобретения является повышение надежности оптического устройства перемножения матричных изображений. Устройство содержит входной оптический регистр 1, мультипликатор 2, фокусирующий блок 3, входной оптический регистр 4, фокусирующий блок 5, оптически управляемый матричный модулятор 6, коллимирующий блок 7, оптический преобразователь 8, выходной оптический регистр 9, оптический сумматор 10 и блок управления 11. Оптическое устройство для перемножения матричных изображений выполняет операции перемножения двух матриц в цифровой двоичной форме в парафазном коде. 2 ил.

Изобретение относится к области вычислительной техники и может быть использовано в оптоэлектронных запоминающих устройствах большой емкости для перемножения двух матричных изображений в цифровой форме. Цель изобретения повышение надежности устройства за счет перемножения матричных изображений в цифровом двоичном парафазном коде. На фиг. 1 приведена блок-схема оптического устройства перемножения матричных изображений; на фиг. 2 схема оптического преобразователя. Оптическое устройство перемножения матричных изображений работает, например, совместно с оптоэлектронным запоминающим устройством со страничной структурой, информация на выходе которого представлена, например, в парафазном коде. Оптическое устройство перемножения матричных изображений содержит входной оптический регистр 1, мультипликатор 2, фокусирующий блок 3, входной оптический регистр 4, фокусирующий блок 5, оптически управляемый матричный модулятор 6, коллимирующий блок 7, оптический преобразователь 8, выходной оптический регистр 9, оптический сумматор 10 и блок 11 управления. Входной оптический регистр 1 состоит, например, либо из двух линеек лазерных диодов и коллимирующего линзового растра, либо из последовательно расположенных лазера, телескопа и электрически управляемого транспаранта, содержащего линейку парафазных ячеек; либо из поляризационного светообъединительного параллелепипеда, первый вход которого является входом регистра 1, а второй вход параллелепипеда через первый объектив связан с оптическим выходом лазера, на выходе параллелепипеда последовательно установлены второй объектив и оптически управляемый транспарант, состоящий из линейки парафазных ячеек, выход транспаранта является выходом регистра 1. Транспарант может быть выполнен, например, на основе жидких кристаллов или ПРОМ-структуры. Мультипликатор 2 может быть выполнен, например, в виде узла волоконных разветвителей, или дифракционной решетки и коллиматора. Фокусирующий блок 3 может быть выполнен, например, в виде цилиндрического объектива. Оптический регистр 4 предназначен для преобразования пучков, отображающих матрицу-множитель, в пучки, параллельные оптической оси регистра 4, кратковременного хранения матрицы и последовательной выдачи на выход регистра 4 квантов (строк) матрицы-перемножителя. Регистр 4 состоит, например, из поляризационного светообъединительного куба, первый вход куба через последовательно расположенные первый объектив, дефлектор и телескоп связан с оптическим выходом лазера. На выходе светообъединительного куба последовательно установлены второй объектив и оптически управляемый транспарант, выход которого является выходом регистра 4. Информация на транспаранте может отображаться, например, с кратковременным запоминанием. Транспарант выполнен, например, на основе жидких кристаллов или ПРОМ-структуры. Фокусирующий блок 5 выполнен, например, в виде цилиндрического объектива. Оптически управляемый матричный модулятор 6 состоит, например, из поляризационного или спектрального светообъединительного параллелепипеда, первый вход которого является информационным, а второй управляемым, на выходе которого установлена линейка парафазных ячеек оптически управляемого транспаранта. Транспарант выполнен, например, на основе жидких кристаллов или ПРОМ-структуры. Коллимирующий блок 7 выполнен, например, в виде цилиндрического объектива. Оптический преобразователь 8 оптически преобразует оптические сигналы, поступающие в него с модулятора 6, следующим образом. Оптические сигналы парафазных единиц и нулей проходят через блок 8 без изменений. При отсутствии оптического сигнала с парафазных ячеек транспаранта модулятора 6 преобразователь 8 создает на соответствующих своих выходах оптические сигналы парафазных нулей. Преобразователь 8 состоит, например, из операционного узла 12, оптического инвертора 13, светообъединителя 14 и узла 15 оптической связи (см. фиг. 2). Операционный узел 12 состоит, например, из растра переключателей поляризации (например, на основе жидких кристаллов), вход которого является выходом узла 12, а выход через первый объектив связан с входом поляризационного светоделительного куба, первый выход которого связан с первым входом оптического вентиля (например, светоделительного куба), второй вход которого через последовательно расположенные первую поворотную призму, второй объектив, переключатель поляризации (поворачивает на 90^о плоскость поляризации проходящих пучков и выполнен, например, на жидких кристаллах), третий объектив, вторую поворотную призму связан с вторым выходом поляризационного светоделительного куба, первый выход оптического вентиля связан с четвертым объективом. Выход последнего является первым выходом узла 12, вторым выходом которого является второй выход оптического вентиля. Узел 12 может состоять также из светоделительного куба, первый выход которого связан с входом узла волоконных объединителей, выход которого является первым выходом узла 12, вторым выходом которого является второй вход светоделительного куба. Узел волоконных объединителей объединяет каналы, по которым распространяются световые пучки, отображающие парафазные "0" и "1" каждого парафазного знака в единичный канал, по которому распространяется световой пучок, отображающий только парафазный "0". Оптический инвертор 13 может состоять, например, из светообъединительного поляризационного или спектрального куба, первый вход которого является входом инвертора 13, второй вход куба через первый объектив связан с оптическим выходом лазера. На выходе куба последовательно установлены второй объектив, оптически управляемый поляризационный транспарант, поляроид и третий объектив, выход которого является выходом инвертора 13. Оптический инвертор 13 может состоять также из узла волоконных объединителей, первый вход которого является входом инвертора 13, а второй вход через фокон связан с оптическим выходом лазера. На выходе волоконного объединителя последовательно установлены оптически управляемый поляризационный транспарант и поляроид, выход которого является выходом инвертора 13. Транспарант состоит, например, из оптически управляемого поляризационного растра, выполненного, например, на жидких кристаллах, который установлен в тех позициях, через которые проходят пучки, отображающие парафазные нули. В позициях, которые отображают парафазные единицы, установлены блокирующие пучки маски. Светообъединитель 14 выполнен, например, из светообъединительного куба или узла волоконных объединителей. Узел 15 оптической связи состоит, например, из последовательно расположенных первого объектива, жгута волоконных световодов и второго объектива. Узел 15 может быть выполнен также из жгута волоконных световодов. Оптический регистр 9 состоит, например, из поляризационного светообъединительного куба, первый вход которого является входом регистра 9, а второй вход куба через первый объектив связан с оптическим выходом лазера. На выходе куба последовательно установлены второй объектив, оптически управляемый транспарант и третий объектив, выход которого является выходом инвертора. Регистр 9 может состоять также из узла волоконных объединителей, первый вход которого является входом регистра 9, а второй вход через фокон связан с оптическим выходом лазера. На выходе волоконного объединителя последовательно установлены оптически управляемый транспарант и объектив, выход которого является выходом регистра 9. Блок 11 управления обеспечивает работу оптического устройства перемножения матричных изображений и состоит, например, из генератора синхроимпульсов и формирователей управляющих сигналов. Оптическое устройство перемножения матричных изображений работает следующим образом. По команде генератора синхроимпульсов блока 11 управления его формирователи управляющих сигналов подают напряжения на все управляемые блоки оптического устройства перемножения матричных изображений. Вычисление произведения двух матриц-изображений с размерностью n x m, представленных в парафазном коде, осуществляется по формуле (1) последовательно за n тактов. В первом такте вычисляется первая матрица-слагаемое формулы (1). Световые пучки, переносящие матрицу-множитель, подаются на вход оптического регистра 4, в котором матрица хранится на транспаранте до конца выполнения операции. В первом такте выполнения операции дефлектор регистра 4 высвечивает с его транспаранта, например, первую строку матрицы и световые пучки, отображающие ее, поступают через фокусирующий блок 5 на управляемый вход оптически управляемого модулятора 6 и отображают на его транспаранте первую строку матрицы. На вход регистра 1 поступает, например, первый столбец матрицы-множимого в виде электрических или оптических сигналов. С выхода регистра 1 световые пучки, отображающие столбец матрицы-множимого, поступают на мультипликатор 2, который размножает их так, чтобы они отображали матрицу размером n x m (т. е. мультипликатор 2 размножает столбец, образуя матрицу с размерностью, равной размерности матрицы-множимого). Световые пучки, отображающие строки этой вспомогательной матрицы, фокусирующим блоком 3 направляются под разными углами на вход модулятора 6, и осуществляется оптическое умножение строк вспомогательной матрицы на строку матрицы-множителя, отображенную на транспаранте модулятора 6. Пучки, отображающие эти произведения, за модулятором 6 разделяются в пространстве, и коллимирующий блок 7 формирует первую матрицу-слагаемое и направляет отображающие ее пучки на вход оптического преобразователя 8 пучков. На выходе преобразователя 8 в информационных позициях матрицы-слагаемого либо присутствуют оптические сигналы парафазных нулей и единиц, соответствующие произведениям парафазных двоичных знаков "0" х "0" и "1" х "1", либо оптические сигналы отсутствуют в позициях, соответствующих перемножению парафазных знаков "0" х "1" и "1" х "0". Преобразователь 8 пропускает оптические сигналы парафазных нулей и единиц без изменений, а в информационных позициях матрицы-сла- гаемого, в которых отсутствуют оптические сигналы, создает оптические сигналы парафазных нулей. В операционном узле 12 преобразователя 8 растр переключателей поляризации поворачивает плоскость поляризации пучков, отображающих парафазной единицы, на 90^о, и они поляризационным светоделительным кубом отделяются от пучков, отображающих парафазные нули, и направляются через второй его выход на второй вход оптического вентиля. Оптический вентиль установлен таким образом, что на его первом выходе эти пучки соответствуют парафазным нулям. На этот же первый выход вентиля с первого выхода поляризационного светоделительного куба поступают пучки, отображающие парафазные нули входной матрицы. Следовательно, на первом выходе операционного узла в информационных позициях матрицы присутствуют либо оптические сигналы парафазных нулей, либо оптические сигналы вообще отсутствуют. На втором же выходе оптического вентиля и, следовательно, на втором выходе узла 12 присутствуют световые пучки, идентичные входной матрице. При втором варианте выполнения операционного узла 12 оптические сигналы входной матрицы расщепляются входным светоделительным кубом, с второго выхода которого поступают непосредственно на первый выход узла 12, а с первого выхода куба поступают на вход узла волоконных объединителей, который объединяет пучки, отображающие каждый парафазный знак матрицы таким образом, что на первом выходе узла 12 присутствуют только пучки, отображающие парафазные нули. Далее оптические сигналы с первого выхода узла 12 поступают на инвертор 13, на выходе которого появляются оптические сигналы парафазных нулей в информационных позициях матрицы, в которых оптические сигналы отсутствовали. Эти оптические сигналы объединяются светообъединителем 14 с оптическими сигналами входной матрицы, поступающими на его второй вход через узел 15 оптической связи с второго выхода узла 12. Таким образом, на выходе преобразователя 8 появляются оптические сигналы, отображающие в парафазном коде все двоичные знаки матрицы-слагаемого. Оптические сигналы, отображающие первую матрицу-слагаемое, поступают на первый вход сумматора 10 и запоминаются на его входном регистре. Аналогично производится вычисление второй матрицы-слагаемого во втором такте работы устройства. Однако вычисленная во втором такте работы матрица-слагаемое поступает на второй вход сумматора 10. Сумматор 10 производит сложение матриц, полученных в первых двух тактах, и результат поступает на первый вход сумматора блока 10, на второй вход которого поступает третья матрица-слагаемое, полученная в третьем такте. Аналогично устройство работает в остальных тактах. В n-ом такте блок 11 управления выдает сигнал на блок 10, и световые пучки, отображающие искомую матрицу-произведение, поступают из сумматора 10 на выход устройства.

Формула изобретения

1. ОПТИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПЕРЕМНОЖЕНИЯ МАТРИЧНЫХ ИЗОБРАЖЕНИЙ, содержащее первый входной регистр, вход которого является первым входом устройства, и блок управления, первый выход которого подключен к входному регистру, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности устройства, в него введены мультипликатор, первый и второй фокусирующие блоки, второй входной регистр, управляемый матричный модулятор, коллимирующий блок, преобразователь, выходной регистр, сумматор, причем выход первого входного регистра связан с входом мультипликатора, выход которого через первый фокусирующий блок связан с информационным входом управляемого матричного модулятора, управляемый вход которого через второй фокусирующий блок связан с выходом второго входного регистра, вход которого является вторым входом устройства, выход управляемого матричного модулятора через коллимирующий блок связан с входом преобразователя, выход которого связан с входом выходного регистра, выход которого связан с входом сумматора, выход которого является выходом устройства, выходы блока управления с второго по пятый подключены к входам соответственно второго входного регистра, выходного регистра, сумматора и управляемого матричного модулятора. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что преобразователь содержит операционный узел, инвертор, светообъединитель и узел связи, причем первый выход операционного узла связан с входом инвертора, выход которого связан с первым входом светообъединителя, второй вход которого через узел связи связан с вторым выходом операционного узла.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2