Оптический вычислитель дополнения нечеткого множества

Авторы патента:

G06E3 - Устройства, не предусмотренные в группе G06E 1/00, например для обработки аналоговых или гибридных данных

Владельцы патента RU 2463640:

Аллес Михаил Александрович (RU)
Соколов Сергей Викторович (RU)
Ковалев Сергей Михайлович (RU)

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в оптических устройствах обработки информации, построенных на основе нечеткой логики. Технический результат выражается в расширении возможностей устройства - создание устройства, выполняющего операцию дополнения (отрицания) нечеткого множества при одновременном упрощении конструкции и увеличении вычислительной производительности устройства. Такой результат достигается за счет, что в оптический вычислитель дополнения нечеткого множества, содержащий источник когерентного излучения, оптический Y-разветвитель, первый оптический n-выходной разветвитель, линейный оптический транспарант, оптический фазовый модулятор, второй оптический n-выходной разветвитель, группу оптических Y-объединителей, блок извлечения квадратного корня, введены n фотоприемников, (n-1) блоков извлечения квадратного корня. 1 ил.

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

Известно оптическое вычислительное устройство, предназначенное для выполнения операции фаззификации («введения нечеткости») - оптический фаззификатор, описанный в [пат. РФ 2432599, МПК G06E 3/00. Оптический фаззификатор. / М.А.Аллес, С.В.Соколов, С.М.Ковалев. - №2010140540/08; заявл. 04.10.2010; опубл. 27.10.2011, Бюл. №30]. Данный аналог содержит селектор минимального сигнала, источник излучения, оптический n-выходной разветвитель, первый линейный оптический транспарант, второй линейный оптический транспарант, резисторную оптопару, генератор стабильного тока.

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

Недостатком вышеописанного аналога является невозможность выполнения операции дополнения (отрицания) нечеткого множества.

Известно оптическое вычислительное устройство, предназначенное для выполнения операции объединения (дизъюнкции) двух нечетких множеств - оптический дизъюнктор нечетких множеств, описанный в [пат. РФ 2422876, МПК G06E 3/00, МПК G06N 7/02. Оптический дизъюнктор нечетких множеств. / М.А.Аллес, С.М.Ковалев, С.В.Соколов. - №2009144405/08; заявл. 30.11.2009; опубл. 27.06.2011, Бюл. №18.]. Данный аналог содержит k селекторов минимального сигнала, m групп по k фотоприемников, m источников когерентного излучения, m оптических 2k-выходных разветвителей, m групп по k оптических амплитудных модуляторов, m групп по k оптических фазовых модуляторов, m групп по k оптических Y-объединителей, k блоков извлечения квадратного корня, k блоков вычитания.

Существенные признаки аналога, общие с заявляемым устройством, следующие: группа фотоприемников, источник когерентного излучения, оптический разветвитель, оптический фазовый модулятор, группа оптических Y-объединителей, группа блоков извлечения квадратного корня.

Известно оптическое вычислительное устройство, принятое за прототип - оптический фаззификатор, описанный в [пат. РФ 2416119, МПК G06E 3/00. Оптический фаззификатор. / В.М.Курейчик, В.В.Курейчик, М.А.Аллее, С.М.Ковалев, С.В.Соколов - №2009104635/28; заявл. 11.02.2009; опубл. 10.04.2011, Бюл. №10.]. Прототип предназначен для выполнения операции фаззификации («введения нечеткости») и содержит следующие существенные признаки: источник когерентного излучения, оптический Y-разветвитель, первый оптический n-выходной разветвитель, первый линейный оптический транспарант, второй линейный оптический транспарант, оптический фазовый модулятор, группу оптических Y-объединителей, второй оптический n-выходной разветвитель, селектор минимального сигнала, блок извлечения квадратного корня, блок вычитания.

Существенные признаки прототипа, общие с заявляемым устройством, следующие: источник когерентного излучения, оптический Y-разветвитель, первый оптический n-выходной разветвитель, линейный оптический транспарант, оптический фазовый модулятор, второй оптический n-выходной разветвитель, группа оптических Y-объединителей, блок извлечения квадратного корня, выход источника когерентного излучения подключен ко входу оптического Y-разветвителя, первый выход которого подключен ко входу первого оптического n-выходного разветвителя, а второй выход оптического Y-разветвителя подключен ко входу оптического фазового модулятора, выходы первого оптического n-выходного разветвителя подключены к соответствующим входам линейного оптического транспаранта, выходы линейного оптического транспаранта подключены ко вторым входам соответствующих оптических Y-объединителей, а выход оптического фазового модулятора подключен ко входу второго оптического n-выходного разветвителя, выходы которого подключены к первым входам соответствующих оптических Y-объединителей.

Недостатком вышеописанного прототипа является невозможность выполнения операции дополнения (отрицания) нечеткого множества.

Задачей изобретения является создание оптического устройства, позволяющего выполнять операцию дополнения (отрицания) нечеткого множества при одновременном упрощении конструкции и увеличении вычислительной производительности до 10⁵-10⁶ операций в секунду.

Технический результат выражается в расширении возможностей устройства - создание устройства, выполняющего операцию дополнения (отрицания) нечеткого множества при одновременном упрощении конструкции и увеличении вычислительной производительности устройства.

Сущность изобретения состоит в том, что в оптический вычислитель дополнения нечеткого множества, содержащий источник когерентного излучения, оптический Y-разветвитель, первый оптический n-выходной разветвитель, линейный оптический транспарант, оптический фазовый модулятор, второй оптический n-выходной разветвитель, группу оптических Y-объединителей, блок извлечения квадратного корня, выход источника когерентного излучения подключен ко входу оптического Y-разветвителя, первый выход которого подключен ко входу первого оптического n-выходного разветвителя, а второй выход оптического Y-разветвителя подключен ко входу оптического фазового модулятора, выходы первого оптического n-выходного разветвителя подключены к соответствующим входам линейного оптического транспаранта, выходы линейного оптического транспаранта подключены ко вторым входам соответствующих оптических Y-объединителей, а выход оптического фазового модулятора подключен ко входу второго оптического n-выходного разветвителя, выходы которого подключены к первым входам соответствующих оптических Y-объединителей, введены n фотоприемников, (n-1) блоков извлечения квадратного корня, выходы оптических Y-объединителей подключены ко входам соответствующих фотоприемников, выходы которых подключены ко входам соответствующих блоков извлечения квадратного корня, выходы блоков извлечения квадратного корня являются выходом устройства.

Оптический вычислитель дополнения нечеткого множества - устройство, предназначенное для выполнения в режиме реального времени операции дополнения (или отрицания) нечеткого множества А и получения результирующего множества ¬А, функция принадлежности которого равна:

где µ_A(x) - функция принадлежности, описывающая нечеткое множество А элементов, определенных на базовой шкале Х ∈ x₁,x₂,…, x_n, где n - количество элементов множества А.

Функциональная схема оптического вычислителя дополнения нечеткого множества показана на фигуре 1.

Оптический вычислитель дополнения нечеткого множества (ОВДНМ) содержит:

- 1 - источник когерентного излучения (ИКИ) с амплитудой 2n усл(овных) ед(иниц);

- 2 - оптический Y-разветвитель;

- 3 - первый оптический n-выходной разветвитель;

- 4 - линейный оптический транспарант (ЛОТ) с функцией пропускания, пропорциональной функции принадлежности µ_A(x) (каждый пиксел линейного оптического транспаранта имеет функцию пропускания, пропорциональную значению функции принадлежности µ_A(x) при конкретном значении x_i, i=1, 2,… n);

- 5 - оптический фазовый модулятор (ОФМ), обеспечивающий постоянный сдвиг фазы оптического потока на π;

- 6 - второй оптический n-выходной разветвитель;

- 7₁, 7₂,…, 7_n-n оптических Y-объединителей;

- 8₁, 8₂,…, 8_n-n фотоприемников (ФП);

- 9₁, 9₂,…, 9_n-n блоков извлечения квадратного корня (БИК), каждый из которых может быть выполнен, например, в виде блока, описанного в [Бобровников, Л.З. Электроника. Учебник для вузов. 5-е изд. / Л.З.Бобровников. - СПб.: Изд-во «Питер», 2004. - 560 с. - стр.247, рисунок 3.44, д].

Выход ИКИ 1 подключен ко входу оптического Y-разветвителя 2, первый выход 2₁ которого подключен ко входу первого оптического n-выходного разветвителя 3, а второй выход 2₂ подключен ко входу ОФМ 5. Выходы 3₁, 3₂,…, 3_n первого оптического n-выходного разветвителя 3 подключены к соответствующим входам ЛОТ 4, выходы которого подключены ко вторым входам соответствующих оптических Y-объединителей 7₁, 7₂,…, 7_n. Выход ОФМ 5 подключен ко входу второго оптического n-выходного разветвителя 6. Выходы 6₁, 6₂,…, 6_n второго оптического n-выходного разветвителя 6 подключены к первым входам соответствующих оптических Y-объединителей 7₁, 7₂,…, 7_n. Выходы оптических Y-объединителей 7₁, 7₂,…, 7_n подключены ко входам соответствующих ФП 8₁, 8₂,…, 8_n. Выходы ФП 8₁, 8₂,…, 8_n подключены ко входам соответствующих БИК 9₁, 9₂,…, 9_n, выходы которых являются выходом устройства.

Работа заявляемого устройства происходит следующим образом. С выхода ИКИ 1 оптический когерентный поток с амплитудой 2×n усл. ед. поступает на оптический Y-разветвитель 2, и, разветвляясь на два, поступает на входы первого оптического n-выходного разветвителя 3 и оптического фазового модулятора 5. С выходов 3₁, 3₂,…, 3_n первого оптического n-выходного разветвителя 3 оптические когерентные потоки единичной амплитуды поступают на входы ЛОТ 4 с функцией пропускания, пропорциональной функции принадлежности µ_A(x), на выходах которого формируется пространственно-распределенный оптический когерентный поток с амплитудой, пропорциональной вдоль оси ОХ функции µ_A(x). Этот оптический когерентный поток поступает на вторые входы оптических Y-объединителей 7₁, 7₂,…, 7_n.

Одновременно оптический когерентный поток с амплитудой n усл. ед. поступает на вход ОФМ 5, сдвигающего фазу волны поступающего светового потока на π. С выхода ОФМ 5 оптический поток поступает на вход второго оптического n-выходного разветвителя 6, с выходов 6₁, 6₂,…, 6_n которого когерентные световые потоки единичной амплитуды и сдвинутые по фазе на π поступают на первые входы оптических Y-объединителей 7₁, 7₂,…, 7_n.

Следовательно, на первом входе i-го оптического Y-объединителя 7_iприсутствует оптический когерентный поток с амплитудой µ_A(x_i), а на втором входе - оптический когерентный поток с амплитудой 1 усл. ед. с инвертированной фазой (i=1, 2,… n).

Так как выход i-го оптического Y-объединителя 7_i подключен ко входу i-го ФП 8_i, то на входе последнего поступающие с выхода i-го оптического Y-объединителя 7_i оптические потоки, интерферируя, формируют оптический поток с интенсивностью (1-µ_A(x_i))² усл. ед. (i=1,2,…, n). Следовательно, на выходе i-го ФП 8_i формируется сигнал в виде электрического напряжения с величиной, пропорциональной (1-µ_A(x_i))² (i=1,2,…, n).

Далее совокупность таких электрических сигналов с выходов ФП 8₁, 8₂,…, 8_n поступают на входы соответствующих БИК 9₁, 9₂,…, 9_n, работа которых описана в [Бобровников Л.З. Электроника. Учебник для вузов. 5-е изд. / Л.З.Бобровников. - СПб.: Изд-во «Питер», 2004. - 560 с. - стр.247, рисунок 3.44, д]. На выходе i-го БИК 9_i формируется электрический сигнал в виде напряжения, величина которого пропорциональна (1-µ_A(x_i)) или µ_¬A(x_i) для конкретного значения x_i(i=1,2,…, n). Следовательно, на выходах всех БИК 9₁, 9₂,… 9_n-на выходе устройства формируется вектор электрических сигналов с напряжениями, распределенными по оси ОХ и пропорциональными функции принадлежности µ_¬A(x), соответствующей результату операции дополнения (отрицания) нечеткого множества, определяемой равенством (1).

Быстродействие оптического вычислителя дополнения нечеткого множества определяется динамическими характеристиками фотоприемников и блоков извлечения квадратного корня. Быстродействие фотоприемников, выполненных в традиционном варианте - на основе фотодиодов, составляет порядка 10^-9 с. Блок извлечения квадратного корня и блок вычитания, выполняемые в традиционном варианте на основе операционных усилителей с обратной связью, имеют частоту среза до 1 МГц. Для существующих непрерывнологических систем обработки информации подобное быстродействие обеспечивает их функционирование практически в реальном масштабе времени.

Оптический вычислитель дополнения нечеткого множества, содержащий источник когерентного излучения, оптический Y-разветвитель, первый оптический n-выходной разветвитель, линейный оптический транспарант, оптический фазовый модулятор, второй оптический n-выходной разветвитель, группа оптических Y-объединителей, блок извлечения квадратного корня, выход источника когерентного излучения подключен ко входу оптического Y-разветвителя, первый выход которого подключен ко входу первого оптического n-выходного разветвителя, а второй выход оптического Y-разветвителя подключен ко входу оптического фазового модулятора, выходы первого оптического n-выходного разветвителя подключены к соответствующим входам линейного оптического транспаранта, выходы линейного оптического транспаранта подключены ко вторым входам соответствующих оптических Y-объединителей, а выход оптического фазового модулятора подключен ко входу второго оптического n-выходного разветвителя, выходы которого подключены к первым входам соответствующих оптических Y-объединителей, отличающийся тем, что в него введены n фотоприемников, (n-1) блоков извлечения квадратного корня, выходы оптических Y-объединителей подключены ко входам соответствующих фотоприемников, выходы которых подключены ко входам соответствующих блоков извлечения квадратного корня, выходы блоков извлечения квадратного корня являются выходом устройства.

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в оптических наноустройствах обработки информации для селекции оптических сигналов. .

Оптический наноселектор минимального сигнала // 2451979

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в оптических наноустройствах обработки информации для выбора (селекции) минимального сигнала из совокупности оптических сигналов, подаваемых на его вход.

Оптический наноселектор минимального сигнала // 2451978

Оптический т-нанотриггер // 2451977

Оптический д-дизъюнктор нечетких множеств // 2451976

Оптический наноселектор максимального сигнала // 2451975

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в оптических наноустройствах обработки информации для выбора (селекции) максимального сигнала из совокупности оптических сигналов, подаваемых на его вход.

Оптоэлектронный нечеткий процессор // 2446436

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

Оптоэлектронный дефаззификатор // 2446435

Оптический фаззификатор // 2446434

Оптоэлектронный нечеткий процессор // 2446433

Оптическое кодирующее устройство // 2507559

Изобретение относится к оптическим кодирующим устройствам, выдающим логические двоичные сигналы, характеризующие приращения относительного положения двух элементов (10, 11) кодирующего устройства. Техническим результатом является упрощение изготовления устройства за счет расширения допуска изготовления меток и допуска позиционирования фотоэлементов. Устройство содержит два элемента, подвижных относительно друг друга, при этом первый элемент (10) содержит, по меньшей мере, одну метку (16), а на втором элементе (11) установлена пара фотоэлементов (17, 18) детектирования метки (16), причем размеры метки (16) определены таким образом, чтобы ее либо нельзя было детектировать ни одним из двух фотоэлементов (17, 18), либо можно было детектировать только одним фотоэлементом (17, 18), либо обоими фотоэлементами (17, 18), причем длина зоны второго элемента (11), содержащей пару фотоэлементов (17, 18) детектирования, меньше длины метки (16), при этом длины измерены в направлении относительного перемещения двух элементов (10, 11), и допуск на выполнение длины метки находится в пределах от минимальной длины, равной длине зоны, до максимальной длины метки, не зависящий от длины зоны и зависящей от числа приращений кодирующего устройства. 15 з.п. ф-лы, 7 ил.

Способ определения состояния кубита // 2538296

Изобретение относится к компьютерным системам, в частности к квантовым компьютерам и оптическим логическим элементам, и может быть использовано для полного определения состояния кубита. Техническим результатом является повышение точности измерений, сокращение времени измерения. Способ, основанный на считывании кубита в нескольких различных измерительных базисах, включающий воздействие на кубит электромагнитным излучением на переходах между уровнями кубита и некоторым вспомогательным уровнем. Для считывания кубита в требуемом измерительном базисе на кубит воздействуют бихроматическим излучением, спектральные компоненты которого резонансны переходам с уровней кубита на вспомогательный уровень, интенсивности и фазы спектральных компонент бихроматического излучения задают так, чтобы выделить требуемый для считывания кубита измерительный базис. Результат считывания определяют, регистрируя возбуждение кубита на вспомогательный уровень. 3 з.п. ф-лы, 5 ил.

Оптическая программируемая логическая матрица // 2541933

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. Технический результат заключается в обеспечении построения программируемой логической матрицы в наноразмерном исполнении с быстродействием, потенциально достижимым для чисто оптических устройств обработки информации. Технический результат достигается за счет оптической программируемой логической матрицы, которая состоит из оптических многофункциональных логических наноэлементов 1i,i=i,N, Q-выходных оптических наноусилителей 2i, i=1,2,N, полей программирования 3i, i=1,2, 2N-входных оптических многофункциональных логических наноэлементов 4i, i=1,Q, М-выходных оптических наноусилителей 5i, i=i,M, Q-входных оптических многофункциональных логических наноэлементов 6i, i=1,M. 1 ил.

Оптический наносчетчик // 2576334

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. Заявленное устройство направлено на решение задачи подсчета количества входных оптических импульсов, а также задачи деления частоты входного сигнала как для когерентных, так и для некогерентных входных оптических сигналов с быстродействием, потенциально возможным для оптических процессорных схем, а также задачи наноразмерного исполнения устройства. Поставленная задача возникает при разработке и создании оптических вычислительных наномашин или приемопередающих наноустройств, обеспечивающих обработку информации в тера- и гигагерцовом диапазонах. Оптический наносчетчик состоит из источника постоянного оптического сигнала, 2N+2 оптических нановолокон, 2N+3 оптических нановолоконных Y-разветвителей, шести телескопических нанотрубок, двух оптических нановолоконных объединителей, оптического 2N+1-выходного нановолоконного разветвителя. Техническим результатом изобретения является возможность подсчета количества входных оптических импульсов и деления частоты входного сигнала как для когерентных, так и для некогерентных входных оптических сигналов с быстродействием, потенциально возможным для оптических процессорных схем, а также возможность наноразмерного исполнения устройства. 1 ил.

Способ хирургического лечения глубоких ожогов кожи // 2639449

Изобретение относится к медицине, хирургии. Хирургическое лечение ожогов выполняют в первые часы после получения ожога. Перед выполнением оперативного вмешательства выполняют неинвазивные дерматологические исследования области повреждения, результаты которых обрабатывают с помощью аппаратно-программного комплекса. Определяют необходимый объем оперативного вмешательства, создавая виртуальное сопровождение операции с возможностью отслеживать и контролировать действия хирурга, который работает в очках с дополненной реальностью. Некрэктомию тканей выполняют строго до подкожной жировой клетчатки, которую интимно укрывают пластическим рассасывающимся биоматериалом. Способ создает оптимальные условия для органотипичного раннего восстановления тканей в области повреждения. 1 пр.

Оптоэлектронный компромиссный сумматор // 2646366

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в оптических устройствах обработки информации, построенных на основе непрерывной (нечеткой) логики. Техническим результатом является создание устройства, выполняющего операцию компромиссности в реальном масштабе времени. Устройство содержит электрооптический модулятор, два оптических Y-разветвителя, два управляемых оптических транспаранта, фотоприемник, источник излучения, оптический транспарант, электрооптический дефлектор, группу n равноудаленных оптических волноводов, линейный оптический транспарант, оптический n-входной объединитель, оптический Y-объединитель. 1 ил.