Оптический дизъюнктор непрерывных множеств

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в оптических устройствах обработки информации, построенных на основе непрерывной (нечеткой) логики. Техническим результатом является создание оптического устройства, позволяющего выполнять операцию объединения (дизъюнкции) двух непрерывных (нечетких) множеств при одновременном упрощении конструкции и увеличении вычислительной производительности. Устройство содержит источник излучения, оптический Y-разветвитель, два оптических k×n выходных разветвителей, два матричных оптических транспаранта, k групп по n оптических Y-объединителей, k групп по n блоков нормирования интенсивностей, k оптических n-входных объединителей. 3 ил.

 

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в оптических устройствах обработки информации, построенных на основе непрерывной (нечеткой) логики.

Известно оптическое вычислительное устройство, предназначенное для умножения оптических сигналов, содержащее оптический RS-триггер, оптический Y-разветвитель, три оптических бистабильных элемента, оптические волноводы с кольцевыми ответвлениями, оптические усилители, оптический компаратор, частотный фильтр, оптический транспарант [Пат. RU 2022328 С1, 1994, Оптический умножитель / С.В.Соколов].

Существенные признаки аналога, общие с заявляемым устройством, следующие: оптический Y-разветвитель, оптический транспарант, оптический бистабильный элемент.

Недостатками вышеописанного аналога являются высокая сложность и невозможность выполнения операции объединения (дизъюнкции) двух непрерывных (нечетких) множеств.

Известно оптическое вычислительное устройство - нелинейный степенной преобразователь [Пат. RU 2020550 С1, 1994, Оптический функциональный преобразователь / С.В.Соколов], содержащий источник когерентного излучения, дифференциатор, оптический n-выходной разветвитель, оптический транспарант, оптический n-входной объединитель, пару оптически связанных волноводов, оптический модулятор.

Существенные признаки аналога, общие с заявляемым устройством, следующие: источник излучения, оптический транспарант, оптический разветвитель.

Недостатками вышеописанного устройства являются высокая сложность и невозможность выполнения операции объединения (дизъюнкции) двух непрерывных (нечетких) множеств.

Известно оптическое вычислительное устройство, предназначенное для вычитания оптических сигналов, принятое за прототип [Пат. RU 2103721 С1, 1998, Устройство для вычитания оптических сигналов / С.В.Соколов, А.А.Баранник]. Устройство для вычитания оптических сигналов содержит оптические усилители, входной оптический разветвитель, две группы оптических транспарантов, оптические разветвления, кольцевое ответвление, оптический компаратор, оптическое ответвление, пару связанных оптических волноводов и оптический бистабильный элемент.

Существенные признаки прототипа, общие с заявляемым устройством, следующие: оптический транспарант, оптический разветвитель, оптический бистабильный элемент.

Недостатками вышеописанного прототипа являются высокая сложность и невозможность выполнения операции объединения (дизъюнкции) двух непрерывных (нечетких) множеств.

Задачей изобретения является создание оптического устройства, позволяющего выполнять операцию объединения (дизъюнкции) двух непрерывных (нечетких) множеств при одновременном упрощении конструкции и увеличении вычислительной производительности до 105-106 операций в секунду.

Технический результат достигается тем, что в него введены источник излучения, оптический Y-разветвитель, k групп по n оптических Y-объединителей, k групп оптических n-входных объединителей, выход источника излучения подключен ко входу оптического Y-разветвителя, первый выход которого подключен ко входу первого оптического k×n-выходного разветвителя, второй выход оптического Y-разветвителя подключен ко входу второго оптического kxn-выходного разветвителя, ij-й выход (i=1, 2, … k; j=1, 2, … n) первого оптического kxn-выходного разветвителя подключен к ij-му входу первого матричного оптического транспаранта размерностью k×n, ij-й выход которого подключен к первому входу ij-го оптического Y-объединителя, ij-й выход (i=1, 2, … k; j=1, 2, … n) второго оптического k×n-выходного разветвителя подключен к ij-му входу второго матричного оптического транспаранта размерностью k×n, ij-й выход которого подключен ко второму входу ij-го оптического Y-объединителя, выход ij-го оптического Y-объединителя подключен ко входу ij-го блока нормирования интенсивности, содержащего оптический бистабильный элемент, вход которого является входом блока нормирования интенсивности, оптический Y-разветвитель блока нормирования интенсивности, оптический Y-объединитель блока нормирования интенсивности, инверсный выход оптического бистабильного элемента подключен к первому входу оптического Y-объединителя блока нормирования интенсивности, прямой выход оптического бистабильного элемента подключен ко входу оптического Y-разветвителя блока нормирования интенсивности, первый выход которого подключен ко второму входу оптического Y-объединителя блока нормирования интенсивности, а второй является поглощающим, выход оптического Y-объединителя блока нормирования интенсивности является выходом блока нормирования интенсивности, выход ij-го блока нормирования интенсивности подключен к j-му входу i-го оптического n-входного объединителя, выходы которых являются выходами устройства.

Для достижения технического результата в оптический дизъюнктор непрерывных (нечетких) множеств, содержащий оптический транспарант, оптический разветвитель, оптический бистабильный элемент, введены источник излучения, оптический Y-разветвитель, k групп по n оптических Y-объединителей, k групп оптических n-входных объединителей, выход источника излучения подключен ко входу оптического Y-разветвителя, первый выход которого подключен ко входу первого оптического k×n-выходного разветвителя, второй выход оптического Y-разветвителя подключен ко входу второго оптического kxn-выходного разветвителя, ij-й выход (i=1, 2, … k; j=1, 2, … n) первого оптического kxn-выходного разветвителя подключен к ij-му входу первого матричного оптического транспаранта размерностью k×n, ij-й выход которого подключен к первому входу ij-го оптического Y-объединителя, ij-й выход (i=1, 2, … k; j=1, 2, … n) второго оптического k×n-выходного разветвителя подключен к ij-му входу второго матричного оптического транспаранта размерностью k×n, ij-й выход которого подключен ко второму входу ij-го оптического Y-объединителя, выход ij-го оптического Y-объединителя подключен ко входу ij-го блока нормирования интенсивности, содержащего оптический бистабильный элемент, вход которого является входом блока нормирования интенсивности, оптический Y-разветвитель блока нормирования интенсивности, оптический Y-объединитель блока нормирования интенсивности, инверсный выход оптического бистабильного элемента подключен к первому входу оптического Y-объединителя блока нормирования интенсивности, прямой выход оптического бистабильного элемента подключен ко входу оптического Y-разветвителя блока нормирования интенсивности, первый выход которого подключен ко второму входу оптического Y-объединителя блока нормирования интенсивности, а второй является поглощающим, выход оптического Y-объединителя блока нормирования интенсивности является выходом блока нормирования интенсивности, выход ij-го блока нормирования интенсивности подключен к j-му входу i-го оптического n-входного объединителя, выходы которых являются выходами устройства.

Оптический дизъюнктор непрерывных (нечетких) множеств - устройство, предназначенное для выполнения в режиме реального времени операции объединения (дизъюнкции) двух непрерывных (нечетких) множеств А и В и получения результирующего множества D, функция принадлежности которого равна:

где µA(x) - функция принадлежности, описывающая непрерывное (нечеткое) множество А элементов, определенных на базовой шкале Х∈x1,x2,…,xk, где k - количество элементов множества А,

µB(x) - функция принадлежности, описывающая непрерывное (нечеткое) множество В элементов, определенных на базовой шкале X∈ x1,x2,…,xk, где k - количество элементов множества В.

Функциональная схема оптического дизъюнктора показана на фигуре 1.

Оптический дизъюнктор непрерывных (нечетких) множеств содержит:

- 1 - источник излучения (ИИ) с интенсивностью 2×k×n усл(овных) ед(иниц);

- 2 - оптический Y-разветвитель;

- 3 - первый оптический k×n-выходной разветвитель;

- 4 - второй оптический k×n-выходной разветвитель;

- 5 - первый матричный оптический транспарант (МОТ) размерности k×n с записью изображения графика функции принадлежности µA(x) в координатах µA, (x);

- 6 - второй матричный оптический транспарант (МОТ) размерности k×n с записью изображения графика функции принадлежности µB(x) в координатах µB, (x);

- 711, 712,…71n; 721, 722,…72n;…; 7k1, 7k2,…7kn - k групп по n оптических Y-объединителей;

- 811, 812,…81n; 821, 822,…82n;…; 8k1, 8k2,...8kn - k групп по n блоков нормирования интенсивностей;

- 91, 92,…9k - k оптических n-входных объединителей.

Выход ИИ 1 подключен ко входу оптического Y-разветвителя 2. Первый выход оптического Y-разветвителя 2 подключен ко входу первого оптического k×n-выходного разветвителя 3, а второй выход - ко входу второго оптического k×n-выходного разветвителя 4.

Каждый ij-й выход первого оптического kxn-выходного разветвителя 3 подключен к ij-му входу первого МОТ 5. Каждый ij-й выход первого МОТ 5 подключен к первому входу соответствующего ij-го оптического Y-объединителя 7ij.

Каждый ij-й выход второго оптического kxn-выходного разветвителя 4 подключен к ij-му входу второго МОТ 6. Каждый ij-й выход второго МОТ 6 подключен ко второму входу ij-го оптического Y-объединителя 7ij.

Выход ij-го оптического Y-объединителя 7ij подключен ко входу ij-го блока нормирования интенсивности 8ij. Выход ij-го блока нормирования интенсивности 8ij подключен к j-му входу i-го оптического n-входного объединителя 9i. Выходы оптических n-входных объединителей 91, 92,…9k являются выходами устройства.

Примеры изображений графиков функции принадлежности µA(x) в координатах µA(x), x и функции принадлежности µB(x) в координатах µB(x), x, а также графика их дизъюнкции - результирующей функции принадлежности µD(x) в координатах µD(x), x, показаны на фигуре 2 (а), (б) и (в) соответственно.

Функциональная схема блока нормирования интенсивности 8ij показана на фигуре 3

Блок нормирования интенсивности 8ij содержит:

10 - оптический бистабильный элемент (ОБЭ) с функцией переключения в 2 усл.ед., который может быть выполнен, например, в виде трансфазора или в виде оптически связанных волноводов [Акаев А.А. Оптические методы обработки информации / А.А.Акаев, С.А.Майоров. - М.: Высшая школа, 1988. - 236 с];

11 - оптический Y-разветвитель;

12 - оптический Y-объединитель.

Инверсный выход ОБЭ 10 подключен к первому входу оптического Y-объединителя 12, прямой выход ОБЭ 10 подключен ко входу оптического Y-разветвителя 11, первый выход которого подключен ко второму входу оптического Y-объединителя 12, а второй является поглощающим. Выход оптического Y-объединителя 12 является выходом блока нормирования интенсивности 8ij.

Работа оптического дизъюнктора непрерывных (нечетких) множеств происходит следующим образом. С выхода ИИ 1 оптический поток с интенсивностью 2×k×n усл.ед. поступает на вход оптического Y-разветвителя 2, с первого выхода которого оптический поток с интенсивностью k×n усл.ед. поступает на вход первого оптического k×n-выходного разветвителя 3. Со второго выхода оптического Y-разветвителя 2 оптический поток с интенсивностью k×n усл.ед. поступает на вход второго оптического k×n-выходного разветвителя 4.

На всех выходах первого оптического k×n-выходного разветвителя 3 формируются оптические потоки единичной интенсивности, поступающие далее на вход первого матричного оптического транспаранта 5. На первом матричном оптическом транспаранте 5 записано изображение графика функции принадлежности µA(x) в координатах µA(x), x (фигура 2, а), имеющее единичную функцию пропускания (остальная часть транспаранта является поглощающей). Следовательно, на выходе первого матричного оптического транспаранта 5 будет сформировано изображение графика функции принадлежности µA(x) в координатах µA(x), x в виде пространственно распределенного оптического потока (состоящего из совокупности единичных потоков). Каждый из этих единичных потоков поступает на первый вход соответствующего ij-го оптического Y-объединителя 7ij.

Одновременно, на всех выходах второго оптического kxn-выходного разветвителя 4 формируются оптические потоки единичной интенсивности, поступающие далее на вход второго матричного оптического транспаранта 6. На втором матричном оптическом транспаранте 6 записано изображение графика функции принадлежности µB(x) в координатах µB(x), x (фигура 2, б), имеющее единичную функцию пропускания (остальная часть транспаранта является поглощающей). Следовательно, на выходе второго матричного оптического транспаранта 6 будет сформировано изображение графика функции принадлежности µB(x) в координатах µB(x), x в виде пространственно распределенного оптического потока (состоящего из совокупности единичных потоков). Каждый из этих единичных потоков поступает на второй вход соответствующего ij-го оптического Y-объединителя 7ij.

Так как каждый ij-й пиксел первого матричного оптического транспаранта 5 оптически связан - подключен к первому входу соответствующего ij-го оптического Y-объединителя 7ij, а каждый ij-й пиксел второго матричного оптического транспаранта 6 подключен ко второму входу этого же ij-го оптического Y-объединителя 7ij, то на выходах всех оптических Y-объединителей 711, 712,…71n; 721, 722,…72n;…; 7k1, 7k2,…7kn за счет объединения единичных оптических потоков от обоих МОТ 5, 6 будет сформировано изображение наложения двух функций принадлежностей µA(x) и µB(x) (фигура 2, в) в виде пространственно распределенного оптического потока, состоящего из совокупности оптических потоков со следующими интенсивностями:

1 усл.ед. - если µA(xi)≠µB(xi), причем µA(xi)≠0 и µB(xi)≠0 ∀xi∈X;

2 усл.ед. - если µA(xi)≠µB(xi), причем µA(xi)≠0 и µB(xi)≠0 ∀xi∈X;

0 - во всех остальных случаях.

Таким образом, на выходе того оптического Y-объединителя 7ij, на обоих входах которого присутствуют два единичных потока, будет сформирован оптический поток с интенсивностью 2 усл.ед.

С выходов оптических Y-объединителей 711, 712,…71n; 721, 722,…72n; …; 7k1, 7k2,…7kn оптические потоки поступают на входы соответствующих блоков нормирования интенсивности 811, 812,…81n; 821, 822,…82n;…; 8k1, 8k2,...8kn.

Работа блока нормирования интенсивности (БНИ) 8ij происходит следующим образом (фигура 3). При поступлении на вход БНИ 8ij оптического потока с интенсивностью 1 усл.ед. поток проходит со входа БНИ 8ij на его выход, не изменяя своей величины, через инверсный выход ОБЭ 10 и первый вход оптического Y-объединителя 12. Если поступает оптический поток с интенсивностью 2 усл.ед., то ОБЭ 10 пропускает его на вход оптического Y-разветвителя 11, который уменьшает интенсивность потока в 2 раза. С первого выхода оптического Y-разветвителя 11 оптический поток с интенсивностью 1 усл.ед. поступает на второй вход оптического Y-объединителя 12 и на выходе БНИ 8ij по-прежнему формируется оптический поток с интенсивностью 1 усл.ед.

Т.о. на выходе каждого блока нормирования интенсивности 811, 812,…81n; 821, 822,…82n;…; 8k1, 8k2,...8kn формируется оптический поток с интенсивностью, равной:

1 усл.ед. - если µA(xi)≠0 и µB(xi)≠0 ∀xi∈X;

0 - во всех остальных случаях,

Т.е. формируется изображение дизъюнкции (результата операции, описываемой формулой (1)) двух функций принадлежностей µA(x1) и µB(x) (фигура 2, в) в виде пространственно распределенного оптического потока.

С выхода каждого из блоков нормирования интенсивностей 811, 812,…81n; 821, 822,…82n;…; 8k1, 8k2,...8kn оптический поток поступает на соответствующий j-й вход i-го оптического n-входного объединителя 9i.

На выходе каждого оптического n-входного объединителя 9i за счет суммирования соответствующего числа оптических потоков единичной интенсивности формируется оптический поток, интенсивность которого пропорциональна значению функции принадлежности µD(xi) для конкретного значения xi.

Т.о. на выходах всех оптических n-входных объединителей 91, 92,…9k - на выходе устройства формируется плоский оптический поток с интенсивностью по оси x, пропорциональной функции принадлежности µD(x), соответствующей результату операции дизъюнкции (объединения) двух непрерывных (нечетких) множеств, определяемой равенством (1).

Быстродействие оптического дизъюнктора непрерывных (нечетких) множеств определяется только динамическими характеристиками оптического бистабильного элемента, входящего в блок нормирования интенсивности 8ij, время задержки которого составляет 10-12 с. Для существующих непрерывнологических систем обработки информации подобное быстродействие обеспечивает их функционирование практически в реальном масштабе времени.

Оптический дизъюнктор непрерывных множеств, содержащий оптический транспарант, оптический разветвитель, оптический бистабильный элемент, отличающийся тем, что в него введены источник излучения, оптический Y-разветвитель, k групп по n оптических Y-объединителей, k групп оптических n-входных объединителей, выход источника излучения подключен ко входу оптического Y-разветвителя, первый выход которого подключен ко входу первого оптического k×n-выходного разветвителя, второй выход оптического Y-разветвителя подключен ко входу второго оптического k×n-выходного разветвителя, ij-й выход (i=1, 2, … k; j=1, 2, … n) первого оптического k×n-выходного разветвителя подключен к ij-му входу первого матричного оптического транспаранта размерностью k×n, ij-й выход которого подключен к первому входу ij-го оптического Y-объединителя, ij-й выход (i=1, 2, … k; j=1, 2, … n) второго оптического k×n-выходного разветвителя подключен к ij-му входу второго матричного оптического транспаранта размерностью k×n, ij-й выход которого подключен ко второму входу ij-го оптического Y-объединителя, выход ij-го оптического Y-объединителя подключен ко входу ij-го блока нормирования интенсивности, содержащего оптический бистабильный элемент, вход которого является входом блока нормирования интенсивности, оптический Y-разветвитель блока нормирования интенсивности, оптический Y-объединитель блока нормирования интенсивности, инверсный выход оптического бистабильного элемента подключен к первому входу оптического Y-объединителя блока нормирования интенсивности, прямой выход оптического бистабильного элемента подключен ко входу оптического Y-разветвителя блока нормирования интенсивности, первый выход которого подключен ко второму входу оптического Y-объединителя блока нормирования интенсивности, а второй является поглощающим, выход оптического Y-объединителя блока нормирования интенсивности является выходом блока нормирования интенсивности, выход ij-го блока нормирования интенсивности подключен к j-му входу i-го оптического n-входного объединителя, выходы которых являются выходами устройства.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к вычислительной технике. .

Изобретение относится к области вычислительной техники и может найти применение в вычислительных системах с параллельной обработкой информации и высоким быстродействием.

Изобретение относится к области обработки данных для специальных применений, в частности для преобразования сигналов и изображений, задаваемых невзвешенными цифровыми кодами во взвешенные коды, и может быть использовано для обработки и распознавания сигналов и изображений.

Изобретение относится к области вычислительной техники и может быть использовано в системах обмена данными и локальных вычислительных сетях. .

Изобретение относится к средствам вычислительной техники и может быть использовано в оптических устройствах обработки информации при разработке и создании оптических вычислительных машин и приемо-передающих устройств.

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в оптических устройствах обработки информации, построенных на основе непрерывной (нечеткой) логики.

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в оптических устройствах обработки информации при решении нелинейных уравнений, определении точек экстремума функций и т.д.

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в оптических устройствах обработки информации. .

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в оптических устройствах обработки информации, построенных на основе непрерывной (нечеткой) логики.

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в оптических устройствах обработки информации, построенных на основе непрерывной (нечеткой) логики.

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в оптических устройствах обработки информации. .

Изобретение относится к технике телевидения и может быть использовано в оптико-электронных системах обработки изображений. .

Изобретение относится к области оптической обработки сигналов и может быть использовано для передачи многоканальных и одноканальных сообщений по оптическим линиям связи.

Изобретение относится к оптоэлектронным системам и может быть использовано в многопроцессорных системах обработки информации для передачи информации между отдельными подсистемами вычислительной системы.

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в оптических устройствах обработки информации, построенных на основе непрерывной (нечеткой) логики

Изобретение относится к средствам вычислительной техники и может быть использовано в оптических устройствах обработки информации, обеспечивающих обработку информации в тера- и гигагерцовом диапазонах

Изобретение относится к средствам вычислительной техники и может быть использовано в оптических устройствах обработки информации при разработке и создании оптических вычислительных машин и приемопередающих устройств

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в оптических устройствах обработки информации, построенных на основе нечеткой логики

Изобретение относится к средствам вычислительной техники и может быть использовано в оптических устройствах обработки информации при разработке и создании оптических вычислительных машин и приемопередающих устройств

Изобретение относится к вычислительной технике

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в оптических устройствах обработки информации, построенных на основе непрерывной логики

Наверх