Оптоэлектронное модульное устройство для параллельного сложения оптических цифровых картин в системе остаточных классов

 

Изобретение относится к области вычислительной техники, преимущественно к оптоэлектронным системам параллельной (картинной) обработки информации. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей устройства за счет операции вычитания и повышение быстродействия . Оптоэлектронное модульное устройство для параллельного сложения оптических цифровых картин в системе остаточных классов содержит К операционных блоков 1, состоящих из оптически управляющих транспарантов 2, включающих в себя М столбцов и М строк матриц 3, двух оптоэлектронных затворов 4, 5 и инвертора 6, К групп оптических входов 7 первого цифрового картинного входа, содержащих по М матричных цифровых оптических входов 8, К групп оптических входов 9 второго цифрового картинного входа, содержащих по М матричных цифровых оптических входов 10, К групп оптических выходов 11 цифрового картинного выхода, содержащих no M матричных цифровых оптических выходов 12, и входа 13 задания операции 3 ил. з &

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„5Ц „„1751783 А1 (я)5 6 06 Е 1/04, G 06 F 7/72

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЁЛЬСТВУ оптоэлектронным системам параллельной :. входа 13 задания операции. 3 ил сг: .:.

Изобретение относится к области:вы-: рическими входами оптических коммутаточислительной техники, преимущественно к - ров соответствующих строк матрицы, оптиоптоэлектронным системам параллельйой ческие выходы оптических коммутаторов (картинной) обработки информации. - : (M — 1) — строки магрицы являются выходами

:Известен оптический модульдля сложе- разрядов результата модуля. нияивычитания всистемеостаточныхклас- Недостатком этого модуля является сов. содержащий матрицу оптических сложность, обусловленная как большим кокоммутаторов из M столбцов и M-1 строк (M— значение модуля), M-1 групп по М оптичеличеством элементов. входящих в состав модуля, так и значительным количеством ских коммутатора в каждой, фотоприемник, причем входй разрядов первого операнда связей между элементами модуля, кроме того операнды, поступающие на входы модумодуля соединены с оптическими входами ля, представлены в виде разнородных сигналов (оптически> и электрических), что вызывает трудности при каскадировании оптических коммутаторов первой строки матрицы, входы разрядов второго операнда данных модулей. а также известный оптичемодуля соединены с управляющими элект1 . ":. :.. : : - : --" 2 (21) 4907575/24 .. ..: -":. (картинной) обработки информации. Цель (22)29.10.90 :::...;, .::...;,:::.,:.:., изобретения — расширенйе функциональ(46) 30.07.92. Бюл, t+28 ... ",.: .;-::.. :,: нйх возможйостей устройства за счет (71) Винницкий йолитехнический институт .:. операции вычитанйя и повышение быстро(72) В.Г,Красиленко, Ю.А,Коломиец, А.К.Бо- . действия. Оптоэлектронное модульное устгухвальский и А,B Савицким:::::, ::.::::; ": ::, .. ройство для параллельного сложения (56); оптических цифровых картин в системе осМ 1476463. кл. G 06 F 7/72, 1987.:;:,: .;. ::::::, -таточных классовсодержит К операционных

Денисов В.М.. Матвеев Ю.Н. и Очин Е.Р, . " блоков 1. состоящих из оптически управляОрганизация оптоэлектронных пространст-:: Ющих транспарантов 2, включающих в себя, венно-непрерывных, арифметико-логиче- " М столбцов и М строк матриц 3, двух оптоэскйх устройств, — Электронное модели-. лектронных затворов 4; 5 и инвертора 6, К рование, 1986, N 2, с.с,25-28, рис.2; - " :. . .. групп оптических входов 7 первого цифро.. у, ваго картинного входа, содержащих по М (54) ОПТОЭЛЕКТРОННОЕ МОДУЛЬНОЕ:. : матричных цифровых оптических входов 8, YCTPOACTBО ДЛЯ AAPAJlflЕЛЬНОГО.;. К групп оптических входов 9 второго цифроСЛОЖЕНИЯ ОПТИЧЕСКИХ ЦИФРОВЫХ : вого картинного входа, содержащих по М

КАРТИН В СИСТЕМЕ ОСТАТОЧНЫХ КЛАС- " матричных цифровых оптических входов 10, СОВ: ..: .::::: .-:" . .:..:: К групп оптических выходов 11 цифрового (57) Изобретение отйосится к области вы- картинного выхода, содержащих flo М матчислительной техники, преимуществемйо к ричных цифровых оп1ических выходов 12, и

1751783 сКМА модуль не позволяет производить опе- Ml строк и М столбцов, первый и второй рации сложения и вычитания оптических цифровые картинные входы устройства социфровйх картин, стоят из К групп по Mi матричный цифровых

Наиболее близкйм по технической сущ- оптических входов размером тхп, где mxn ности к устройству является пространствен- 5 размеры оптических цифровых картин, поно-непрерывный некогерентный сумматор, ступающих на входы устройства, цифровой содержащий первый и второй цифровой картинный выход состоит из К групп по Mi картинный вход, нейтральный светофильтр; матричных цифровых оптических выходов на вход которого поступает разрядный срез размером mxn, причем j-й матричный цифпереноса Рь первый и второй светообье- 10 ровой оптический вход I-й группы первого динители, на входы первого светообьедини- . цифрового картинного входа оптически соетеля поступают разрядные срезы, динен с)-ми оптическими входами первого иэображений А и В, входы второго Свето- и второго оптоэлектронного затвора i-ro объединителя соединены с выходом пер- операционного блока () = 1,2„,Mi), j-й матвого светообьединителя и выходом 15 ричный цифровой оптический вход i-й групнейтрального светофильтра, выход второ- пы второго цифрового картинного входа го светообьединителя посредством двух оптически соединены с оптически управля- светоделителей и зеркала соединен с вхо- емыми транспарантами )-го столбца матридами трех пороговых устройств, на выхЬдах цы оптически управляемых транспарантов которых с помощью инвертора контраста, 20 I-го операционного блока () = 1,2„..MI), оппороговогоустройства, зеркала и светообь - тические картинные выходы j-й строки единйтеля формируется разрядный срез матрицы оптически управляемых транспасуммы S, поступающий на цифровой кар- рантов I-ro операционного блока обьединетинный выход и разрядный срез переноса ны и соединены с)-м матричным цифровым

P . -. -:. - ".: .:,, 25 оптическим выходом I-й группы картинно1+1.

Недостатком этого устройства являют- го выхода, j é () = 1,2...М ) оптический выся также узкие функциональные возможно- . - ход первого оптоэлектронного затвора I-го сти, так как в нем производится только операционного блока оптически соединен суммирование цифровых картин, низкое с оптически управляемыми трайспарантабыстродействие за счет работы в двоичной 30 ми расположенными на пересечении а-й системе счисления и наличие переносов строки и b-ro столбца матрицы оптически

:. при суммировании, аппаратурная сложно- управляемых транспарантов, причем а = сть ввиду сложности реализацйи оптиче- =1,2...У; ских пороговых устройств с требуемыми величинами порога и с требуемой размер- 35 а-)+ 1, если а ) ностью по апертуре. Ь =

Целью изобретения является расшире- à-) + 1+ М, если а < ), где j = 1,2...M, ние функциональных возможностей устройства за счет ойерации "вычитания и йбвы Qe- j-й оптический выход второго оптоэлектние быстродействия устройства. 40 ронного затвора i-ro операционного блока

Поставленная цель достигается тем, что оптически соединен с оптически управляев устройство, содержащее первый цифро- мыми транспарантами расположенными на вой картинный вход, второй цифровой кар- пересечении а-й строки и Ь-го столбца, притинный вход, цифровой картинный выход, чем введены К операционных блоков, где К вЂ” 45 количество модулей в системе остаточных: а = 1,2...Mi классов, используемых в данном устройст- b=) j-а+1, если) а ве, каждый из которых содержит первый и ) )-а+ 1+ MI, если j < а, где) = 1,2...M второй оптоэлектронные затворы имеющие

Mi оптических цифровых картинных входов 50 На фиг.1 приведена функциональная и выходов, тде М вЂ” значение I-ro модуля в схема устройства; на фиг.2 — схема возможсистеме остаточных классов (i = 1,2...K), ин- . ного варианта реализации i-го операционаерТор, âûõîä êîòopîãî соединен с управля- ного блока устройства; на фиг.3 — пример ющим входом второго бптоэлектронного выполнения операций сложения (фиг.3а) и затвора, а входы инверторов и управляю- 55 вычитания (фиг,3б) над конкретными числа щие входы первых оптоэлектронных затво- ми. ров во всех К операционных блоках Устройство(фиг.1) содержит К вЂ” операобъединены и являются входом "задания ционных оптических блоков 11, 12, ..., 1y„ операции устройства, и матрицу оптически каждый i-й операционный блок содержит управляемых транспарантов, содержащую

1751783 матричные бинарные массивы чисел: закодированные в системе счисления в остаточоптически управляемый транспарант 2, содержащий Mi столбцов и Mi строк матриц

3 1, 3iz, 31м1, ..., Зм м размерностью тхп, оптоэлектронные затворы 4 и 5, инвертор 6, К-групп 71, 72, ..., 7к оптических входов перных классах следующим образом. Каждому

I-му модулю М системы счисления в остаточных классах соответствует I-я группа 7i вого цифрового картинного входа, каждая оптических матричных цифровых входов

I-я группа 7i содержит М матричных цифровых оптических входов Bi, 81, ... 8М с раз81, 8р, ..., 8м первого оптического картинного цифрового входа и группа Qi оптичемерностью матриц mxn, К-групп 9, 9г, ..., 9к ских матричных входов 10i, 102, ..., 10щ

10 оптических входов второго цифрового карвторого оптического матричного цифротинного входа, каждая I-я группа 9i содержит Mi матричных цифровых оптических вого входа. Выполнение арифметических операций сложения или вычитания в завивходов 10i. 10г...„10щ. К-групп 111, 112, ..., 11к оптических выходов цифрового карсимости от значения уровня сигнала на входе задания операции 13 осуществляется К тинного выхода, каждая I-я группа 11i со15 операционными блоками 1i, 12, ..., 1к падержит Mi матричных цифровых оптических раллельно соответственно для каждого модуля M>. Mj, ..., Мк системы счисления в остаточных классах с выдачей результата арифметических операцйй на группы 11I, выходов 12, 12, „„. 12щ и вход задания операции 13.

Н а фиг.2 обозначен ы; оптически уп равруются изображения Mi матриц 311, 312...., 31щ размерностью mxn, оптоэлектронные венно. Учитывая, что операционные блоки

1I, 1z, ..., 1к различаются только значениязатворы 4 и 5, инвертор 6, i-я группа 7i оптических входов первого цифрового картинми модулей М1, М2, ..., Мк, рассмотрим работу одного I-ro операционного блока 1i

25 ного входа, содержащая Mi матричных с модулем счисления в системе остаточных цифровых оптических входов 81, 82, ..., SMI. классов Ml Каждому элементу входного

I-я группа 9!оптических входов второго циф- массива чисел (картины) размерностью рового картинного входа, содержащая Mi mxn соответствуют соответствующий элематричных цифровых оптических входов мент матричных цифровых оптических

101. 102, ..., 10MI I-я группа 11 оптических

30 входов 8>, 82...„8щ, имеющих также разцифровых картинных выходов 12, 122, ..., 12мк Вход задания операции IÇ, объективы мерность mxn для первого оптического картинного цифрового входа и элементы

14и15, призма16, полупрозрачныезеркала - матриц 101, 102 ..., 10щ второго входа, а

17-19, зеркало 20, М -гранные призмы 21- каждому значению остатка элемента мас24. объективы 25-27. : 35 сива (mxn) соответствует одна из матриц 81, Оптически управляемый, транспарант 2 может быть реализован в виде многослой82, ..., 8Mt, в которой соответствующий элемент находится в состоянии "1" (присутствуной структуры, содержащей кристалл с етсветовой поток)для первогооптического сильно выраженными электрооптическими ". картинного входа 7 и одна из матриц 101, свойствами и светочувствительностью, 40. 102, ..., 10щ для второго входа9i. При сложелибо электрооптический кристалл с нане- нии чисел разрешающим уровнем сигнала сенным слоем фотополупроводника, нахо- "- ; на входе задания операций 13 открывается оптоэлектронный затвор 4, затвор 5 при дящийся в электрическом поле между двумя прозрачными электродами, заключенной этом закрывается запрещающим уровнем между двумя скрещенными поляризатора- 45 сигнала подаваемого через инвертор 6. В ми. В предлагаемом устройстве применяет- этом случае матриЦы 81, 8г, ..., 8щ группы 7i ся оптически управляемый транспарант . neqeoãî входа через открытый оптоэлектронный затвор 4 проецируется на оптически управляемый транспарант 2 таким непрерывной многослойной структуры, являющийся отдельным неделимым узлом, пО50 образом, что для каждой Sj-й матрицы О зволяющим обрабатывать двумерные картины информации с большим числом 1,2,...М ) соответствуют все матрицы пеэлементов. ресечения а-й строки и Ь-ro столбца, приРеализация оптоэлектронных затворов чем а - 1,2,...Mi, 4 и 5 может быть выполнена на основе элек- . а — + 1, если à > J трооптической керамики состава ЦТСЛ. 55 ЬУстройство работает следующим обра- à J+ 1+ Мь если а < ) зом.. Матрицы 101, 102, „., 10е группы 9i втоНа первый (7i, 7г, ... 7к)(фиг.1) и второй рого картинного цифрового входа проеци(91, 92, ..., 9к) цифровые оптические картин- . руются на транспарант 2 таким образом, что ные входы поступают информационные каждая 10 матрица оптически совмещается ляемый транспарант 2, на который проеци- 20 11, ..., 11к оптических выходов соответст1751783

25

35

50 со всеми матрицами ЗаЬ, у которых Ь -), э =

-1,2...,Mt т,е. со всеми 31, Зг, .„Эщ J-ro столбца, причем соответствующие элементы матриц 81, Bг, ..., Bщ и матриц 10>, 10г, ..., .10щ на матрицах 311, 31г, ..., 31щ, ..., Зщщ оптически совмещаются, ОптичеСки управляемый транспарант 2 в местах, соответствующим элементам матриц 311, 31г, ..., Зщщ, под воздействием излучения второго оптического картинного входа (группэ 9i, матриц 101, 10г, ..., 10щ) изменяет свои свойства и становится прозрачным для излучения с первого оптического картинного входа (группа 7i матриц 81, Bz, ..., 8щ}, либо непрозрачным в случае отсутствия светового потока с второго -опт ического картинного входа (группа 9 }. Так реализуется поэлементная коммутация пучков света, спроецированных элементов матриц 81, 8г, ..., 8у на плоскости транспаранта 2, пучками излучения матриц 01, 10г, ..., 10щ, что равноценно поэлементной логической операции И, так как наличие проходящего пучка света на конкретном элементе одной из матриц 311, 31г, ..., Зщщ транспаранта 2 возможно только при условии наличия пучка света, падающего на транспарант 2 с входа 7i и наличия разрешающего пучка света с оптического входа 9ь под воздействием которого транспарант 2 становится прозрачным. При этом совпадение пучков света, т.е. И, реализуется на конкретном элементе только той из матриц 311, 31г. „„Зщщ, которая принадлежит а-й строке соответствующей суммы по модулю M чисел, соответствующих матрицам 81, Bг, ..., Bщ и матрицам 101, 10г...„10щ соответственно группам 7i и 9 первого и второго картинного оптического входа. Например, (фиг.3) для элемента матрицы 11 число первого входа А = 1 и число В = 1 для второго входа по модулю M = 3 совпадение реализуется в третьей строке транспаранта, что соответствует числу А + В = 2, Остальные элемейты матрицы складываются аналогично.

По фиг,1 все матрицы Зц, 3zi...„3Mil каждой строки с транспаранта 2, элементы которых несут информацию результата совпадений, проецируются на матрицы 12J; причем все элементы матриц Зц, Зг, ..., Зм1 каждой строки при этом оптически совмещаются, таким образом номер матрицы группы 11 соответствует числу, равному сумме по модулю М для каждого конкретного элемента матрицы.

При вычитании чисел i-й операционный блок 11работает аналогично сложению с тем отличием, что запрещающим уровнем сигнала на входе задания операции 13 оптоэлектронный затвор 4 закрыт, а оптоэлектронный затвор 5 бткрыт разрешающим уровнем сигнала с входа 13, подаваемого через инвертор 6 на затвор 5, В этом случае матрицы 8, 8г, .„, Bщ группы 7 первого оптического картинного входа через открытый оптоэлектронный затвор 5 проецируются нэ оптические"управляемый транспарант

2 так, что каждая 8 )-я матрица (J = 1,2;...Mi) оптически поэлементно совмещается с матрицами ЗаЬ причем э = 1,2„„Mi

J-а+ 1; если) >а

b=

J-э+ 1+ М; если) < а, . ри этом совпадение пучков света на элементах матриц транспаранта 2 реализуется на тех строках матриц 311, 31г, ..., Зщщ, которые соответствуют разности чисел, закбдированйых в матрицах 81, Bг, ..., Bщ и матрицах 101, 10г, .„, 10M для соответствующих элементов, Например, при вычитании двух чисел А = 2 и В = 1 в системе остаточных классов по модулю М = 3 для элемента матрицы размерностью 2х2 (см. фиг.З) совпадение выполняется во второй строке матрицы 3 транспаранта, что соответствует

А-В = 2- l = 1, Работа остальных операционных оптических блоков 11, 1г, „„1к (фиг,1) аналогична.

Оптический операционный блок (по фиг.2) работае следующим образом. Объективами 14 и 15 изображение группы 7i матричных оптических входов 81, Bã, .„, Bщ проецируется нэ и locKocTb оптически управляемого транспаранта 2. В параллель- ных пучках обьективов 14 и 15 расположены полупрозрачные зеркала 17-19 и зеркало

20, разделяющие параллельный пучок на две части, что позволяет осуществлять проецирование изображения матриц 81, Bг, ..., BMI на транспарант 2 с различными путями прохождения параллельных пучков в зависимости от электрического сигнала на входе выбора операции 13, которым при операции сложении открывается оптоэлектронный затвор 4 и параллельный пучок проходит через М -гранную призму

21, а инверсным значением сигнала с входа 13 через инвертор 6 закрывается затвор 5, При операции вычитания запрещающим значением сигнала с входа 13 закрывается затвор 4, а инверсным значением этого сигнала за счет инвертора 6 открывается затвор 5 и параллельный пучок проходит через М -границ призму 22.

Количество граней призм 21 и 22, а также углы наклона каждой грани выбраны такими, чтобы реализовать мультипликацию иэображения матриц 81, Bг, „., Bщ на поверхности транспаранта 2.в направлении

1751783 типлексируется íà Mi в направлении оси Y на

i1,Mi), j-й матричный цифровой оптический поверхности транспаранта 2 так, что они on- вход i-й группы второго цифрового картинтически совмещаются поэлементно с матри- ного входа оптически соединен с оптически цами 3», 312, ..., Зщщ, причем каждая 10 j-я 30 управляемыми транспарантами j-ro столбматрица совмещается со всеми Зч, 321, ..., ца матрицы оптическиуправляемыхтрансЗщ матрицами соответствующего столбца. парэнтов I-го операционного блока, В результате поэлементного логического оптические выходы J-й строки матрицы опумножения иэображений в оптически уп- тически управляемых-транспарантов i-ro равляемом транспаранте 2 проходящие пуч- 35 операционного блока соединены с j-м матки света соответствуют элементам матриц с: ричным цифровым оптическим выходом I-й номером строки, соответствующим числен-" группы цифрового картинного выхода, 1-й ным значениям результата выполняемых оптический выход первого оптоэлектронноопераций. Полученное изображение матриц го затвора I-ro операционного блока оптиче.3»,312, ...,Змм проецируется объективэми26 40 ски соединен с оптически управляемыми и 27 и построчно мультиплексируется соответ-: транспарантами, располбженными на перественно на матрицах 121, 122, ..., 12w группы сечении а-й строки и Ь-го столбца матрицы

11 оптического картинного цифрового вы.-: оптически управляемых транспарантов, где хода. а=1,М, 45

Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я à-J + 1, если а j;

Оптоэлектронное модульное устройст- b = во для параллельного сложения оптических а-/+ 1+ Mi, если a < j. цифровых картин в системе остаточных J-й оптический выход второго оптоэлектронклассов, содержащее первый и второй циф- 50 ного затвора 1-ro операционного блока ровые картинные входы и цифровой картин- оптически соединен с оптически управляеный выход, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с . мыми транспарантами, расположенными на целью расширения функциональных во пересечении а-й строки и b-го столбца, где можностей ээ счет операции вычитания и а - 1,М, . повышения быстродействия, в него введе- 55 j — а+ 1, если j а; ны К операционных блоков (К вЂ” количество модулей в системе остаточных классов, используемых в данном устройстве), каждый

1)

-а+ 1+ Мь если j < а, 9 10 главной диагонали при операции сложения из которых состоит из первого и второго призмой 21 и в направлении вспомогатель- оптоэлектронных затворов, имеющих Mi опной диагонали призмой 22 при операцйи тических цифровых матричных входов и вывычитания,длячегопризма21повернутана ходов, где Mi — значение i-го модуля в угол +45 в плоскости, перпендикулярной 5 системе остаточных классов (I = 1,K), инвернаправлению распространения пучков, а тора, вхо4 "которого соединен с упрэвляюпризма 22 — на угол -45 в той же плоскости. щим входом первого оптоэлектронного—

Для реализации описанной закономерно- затвора, а выход соедийен с управлнющим сти распределения изображений матриц 81, - входом второго оптоэлектронного затвора, 82...., 8pi на поверхности транспаранта 2 по 10 и матрицы оптически управляемых транспаматрицам 3», 312, „„Зщщ возникает необ- рантов. содержащей М строк и Mi столбцов, ходимость в мультипликации изображения первый и второй цифровые картинные входы группы 7i в направлении оси у; что выполня- устройства содержат К групп no Mi матричйых ется призмой 16, делящей апертуру объекти- цифровых оптических входов размером mxn, вов 14 и 15 на три равные по площади части 15 гдеmxn — размеры оптических цифровых кари реализующую соответственно трехкра1.ную тин, поступающих йа аходы устройства, мультипликацию в заданном направлении. - цифровой картиннйй выход содержит К

Иэображения матриц 10j, 102, ..., 10ьц груп-. групп no Mi матричных цифровых оптичепы 9I второго оптического картйнного вхОда ских выходов, причем "входы инверторов проецируются на поверхность транспаран- 20 всех К операционных блоков соединены с та 2 объективами 25 и 15 и объединяются с" входом задания операции устройства, j-й параллельными пучками с группы 7 матриц матричный цифровой ойтический вход i-й

8i, 8р, ..., 8м полупрозрачным зеркалом 18. группы первого цифрового картинного вхоМ -гранной призмой 23, расположенной в да оптически соединен c J-ми оптическими парал ельных пучках объективов 25 и 15, 25 входами первого и второго оптоэлектронизображение матриц 10, 10г, ..., 10ьц муль- ных затворов I-ro операционного блока (j1751783

1751783

1751783

„o",2"

0»

Ол0

„2

Составитель B. Красиленко

Редактор О, Спесивых Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор И. Муска

Заказ 2693 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР.

113035, Москва, Ж-35, Рауаская наб.. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

НН

-Ш

El