Оптическое нейроподобное вычислительное устройство

 

Сущность изобретения: оптическое нейроподобное устройство содержит источник 1 когерентного излучения, коллиматор 2, первый пространственно-временной модулятор света (ПВМС) 3, первый объектив 4, второй ПВМС 5, второй объектив 6 и матрицу фотоприемников 7, которые последовательно установлены вдоль оптической оси. Местоположение фотоприемника в матрице 7, на котором появляется сигнал рассогласования, отражает пространственную локализацию фрагмента изображения на ПВМС 3, который пропускается ПВМС 5, где записано эталонное изображение. Сигнал рассогласования с матрицы 7 обрабатывается с помощью электронно-вычислительной машины 8 по заданной программе и подается на логическое решающее устройство 9. Использовали гелий-неоновый лазер в качестве источника 1, магнитооптические ПВМС в качестве элементов 3 и 5, а также ПЗС-матрицу в качестве матрицы 7. 1 ил.

Изобретение относится к области вычислительной техники и промышленно применимо в оптических нейронных компьютерах.

Известно оптическое нейроподобное вычислительное устройство, содержащее оптически связанные и последовательно установленные вдоль оптической оси источник излучения, формирователь изображения, управляемый фильтр, выполненный в виде матричного электрически управляемого пространственно-временного модулятора света (ПВМС), и многоэлементное фотоприемное устройство, к которому подключено логическое решающее устройство, а также обратную связь этого устройства с управляемым фильтром [1] Недостатком этого технического решения является низкий уровень нейроподобности (малый массив и малое число межсоединений).

Наиболее близким к заявляемому является известное оптическое нейроподобное вычислительное устройство, содержащее оптически связанные и последовательно установленные вдоль оптической оси источник излучения, формирователь входного изображения, управляемый фильтр, выполненный в виде матричного электрически управляемого ПВМС, и многоэлементное фотоприемное устройство, которое электрически связано с электронно-вычислительной машиной (ЭВМ), к которой подключено логическое решающее устройство, а также обратную связь этого устройства с формирователем входного изображения и/или управляемым фильтром [2] В прототипе входная информация записывается на линейку светодиодов (некогерентный источник), свет от которых расширяется цилиндрической линзой и фильтруется ПВMС, а затем сводится также с помощью цилиндрической линзы на линейку фотодиодов, сигнал с которой обрабатывается ЭВМ, после чего поступает на логическое решающее устройство и в обратную связь, осуществляющую коррекцию входного изображения и/или эталонного изображения, записанного в плоскости фильтра. Несколько итерационных циклов позволяют распознать входное изображение.

Недостатками прототипа являются малая емкость массива, записываемого на линейку (В 100), малое число межсоединений (В х B 100 х 100), что ограничивает производительность процесса (10⁴ операций за цикл).

Целью изобретения является увеличение объема параллельно обрабатываемых массивов информации за счет увеличения массива и числа межсоединений.

Поставленная цель достигается тем, что известное оптическое нейроподобное вычислительное устройство, содержащее оптически связанные и последовательно установленные вдоль оптической оси источник излучения, формирователь входного изображения, управляемый фильтр, выполненный в виде матричного электрически управляемого ПВМС, и многоканальное фотоприемное устройство, которое электрически связано с ЭВМ, к которой подключено логическое решающее устройство, а также обратную связь этого устройства с формирователем входного изображения и/или управляемым фильтром, дополнительно содержит два объектива, формирователь входного изображения выполнен в виде матричного электрически управляемого ПВМС, первый объектив установлен между формирователем входного изображения и управляемым фильтром, которые расположены в фокальных плоскостях первого объектива, источник излучения выполнен в виде источника когерентного коллимированного излучения.

Достижение цели изобретения обусловлено следующим. Источник когерентного коллимированного излучения формирует пучок с плоским фронтом. Двумерный ПВМС емкостью В х В 100 Х 100 10⁴ элементов позволяет значительно увеличить объем параллельно обрабатываемых массивов информации. Сферический объектив осуществляет Фурье-преобразование, т. е. межсоединение каждого элемента первого ПВМС с каждым элементом второго ПВМС, при этом полное число межсоединений составляет В² х В² 10⁴ х 10⁴ 10⁸.

Изобретение поясняется чертежом, где показаны источник 1 когерентного излучения, коллиматор 2, первый ПВМС 3, первый объектив 4, второй ПВМС 5, второй объектив 6, матрица фотоприемников 7, ЭВМ 8 и логическое решающее устройство 9.

Оптическое нейроподобное вычислительное устройство работает следующим образом. Как и в прототипе, при несовпадении входного изображения на ПВМС 3 с закрытыми светоклапанными ячейками на ПВМС 5 появляется сигнал рассогласования. При этом местоположение фотоприемника, на котором появляется сигнал, относительно других фотоприемников в матрице 7 отражает пространственную локализацию фрагмента изображения, который пропускается фильтром 5. Сигнал рассогласования с матрицы фотоприемников 7 обрабатывается ЭВМ 8 по заданной программе (например, по степени делокализации), а логическое решающее устройство 9 принимает решение о степени сходства. Обратная связь играет ту же роль, что и в прототипе. Первый объектив 4 осуществляет прямое Фурье-преобразование, а второй объектив 6 обратное.

Использовали He-Ne-лазер в качестве источника 1 и магнитооптические ПВМС в качестве первого 3 и второго 5 ПМВС. В качестве приемного устройства 7 использовали ПЗС-матрицу, а в качестве ЭВМ 8 персональный компьютер типа IBM PC.

Формула изобретения

ОПТИЧЕСКОЕ НЕЙРОПОДОБНОЕ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО, содержащее оптически связанные и последовательно установленные вдоль оптической оси источник излучения, формирователь входного изображения, управляемый фильтр, выполненный в виде матричного электрически управляемого пространственно-временного модулятора света, и многоэлементное фотоприемное устройство, которое электрически связано с электронно-вычислительной машиной, к которой подключено логическое решающее устройство, а также обратную связь этого устройства с формирователем входного изображения и/или управляемым фильтром, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит два объектива, формирователь входного изображения выполнен в виде матричного электрически управляемого пространственно-временного модулятора света, первый объектив установлен между формирователем входного изображения и управляемым фильтром, которые расположены в фокальных плоскостях первого объектива, второй объектив установлен между управляемым фильтром и фотоприемным устройством, которые расположены в фокальных плоскостях второго объектива, а источник излучения выполнен в виде источника когерентного коллимированного излучения.

РИСУНКИ

Рисунок 1