Оптическое устройство для умножения матриц

Авторы патента:

G06G9 - Аналоговые вычислительные машины (аналоговые оптические вычислительные устройства G06E 3/00; компьютерные системы, основанные на специфических вычислительных моделях G06N)

(11) 588548

ОЛИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 08.07.76 (21) 2386923/18-24 с присоединением заявки № (23) Приоритет (43) Опубликовано 15.01.78. Бюллетень № 2 (45) Дата опубликования описания 01.02.78 (51) М. Кл.е G 06G 9/00

Государственный комитет

Совета Министров СССР (53) УДК 681.335.5 (088.8) ао делан изобретений н открытий (72) Авторы изобретения

С. В. Михляев, П. E. Твердохлеб и Ю. В. Чугуй (71) Заявитель

Институт автоматики и электрометрии Сибирского отделения

АН СССР (54) ОПТИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ УМНОЖЕНИЯ

МАТРИЦ

Изобретение относится к области вычислительной техники и может найти применение в устройствах оптической обработки информации, предназначенных для решения задач обработки двумерных изображений при их анализе, обнаружении, фильтрации, кодировании и многоканальной обработке сигналов.

Известно оптическое устройство для умножения матриц, содержащее когерентный источник света, матричные транспаранты, светоделитель, логические элементы И, элементы размножения строки и столбца, выполненные, например, в виде призм Волостона, множительный картинный блок и выходной картинный накапливающий сумматор (1).

Недостатком этого устройства являются высокие требования к качеству оптических элементов, что связано со спецификой используемого когерентного света.

Наиболее близким техническим решением к данному изобретению является оптическое устройство для умножения матриц, содержащее источник света, на оптической оси которого последовательно расположены три анаморфотных оптических звена, на входах каждого из которых установлен соответствующий транспарант с записью изображения матрицы, а в задней фокальной плоскости последнего анаморфотного оптического звена устачовлен многоэлементный фотоприемник (2).

Недостатками этого устройства является невысокая точность вычислений и низкий коэффициент использования светового потока, которые обусловлены трудностью создания на

5 основе диффузного рассеивателя протяженного источника с постоянной интенсивностью по полю и равномерным, идентичным освещением его рассеивающими центрами транспаранта с записью изображения первой матрицы.

10 Целью изобретения является повышение точности работы устройства.

Это достигается тем, что в предлагаемое оптическое устройство для умножения матриц введены два выравнивающих оптических зве15 на, каждое из которых выполнено в виде установленных друг за другом коллимирующего объектива, двух сопряженных линзовых растров и коллективного объектива, причем выравнивающие оптические звенья располо20 жены на оптической оси между источником света и входом первого анаморфотного оптического звена последовательно.

На чертеже приведена принципиальная схсма предлагаемого оптического устройства для

25 умножения матриц (две проекции).

Устройство включает источник света 1, два следующих друг за другом выравнивающих оптических звена 2, 3, каждое из которых состоит из коллимирующего объектива 4, 30 двух сопряженных линзовых растров 5 и

588548

55 и коллективного объектива 7, многоэлементный фотоприемник 8 и последовательно расположенные три анаморфотных оптических звена 9, выполненных из сферических и цилиндрических объективов 10 вЂ” 20, на входах которых расположены транспаранты 21, 22, 23 с записью изображений (умножаемых) матриц (А), (В), (С).

Устройство работает следующим образом.

Первое выравнивающее оптическое звено 2 с помощью линзовых растров 5, 6 формирует равномерное распределение интенсивности света на входе второго выравнивающего оптического звена 3, которое, в свою очередь, обеспечивает равномерное освещение транспаранта 21 с записью изображения первой матрицы. Выравнивание световых распределений в выходных плоскостях линза-растровых звеньев (в задних фокальных плоскостях объективов 7) происходит в результате операции усреднения, реализуемой в процессе совмещения в этих плоскостях элементарных потоков, проходящих через линзы растров.

В силу равномерности освещения растра 5, последний формирует в плоскости растра 6 дискретное изображение источника света 1 с одинаковой интенсивностью элементов. Существенно, что равномерность освещения транспаранта 21 и равномерность дискретного изображения источника света 1 в устройстве достигаются без потерь светового потока, захватываемого колли мирующим объективом

4 (конденсором). Световыепотоки от каждого элемента дискретного изображения источника света 1 модулируются далее транспарантом

21 с изображением строк первой матрицы (А).

Затем с помощью первого анаморфотного звена 9 (элементы 10 вЂ” 13) они по координате у разделяются в соответствии с положениями строк элементов дискретного изображения источника света 1, а по координате х вЂ” в соответствии с положениями элементов в строках первой матрицы. Полученное световое распределение, промодулированное транспарантом

22 с изображением матрицы (B), обрабатывается вторым анаморфотным звеном 9 (элементы 14 вЂ” 17). Оно осуществляет по координате х интегрирование световых потоков путем проектирования по этой координате дискретного изображения источника света 1, а по координате у вЂ” их разделение путем проектирования изображений строк второй матрицы. В результате этих преобразований в плоскости транспаранта 23 формируется дискретное изображение источника света 1, которое модулируется транспарантом 23 с изображением матрицы (С). Третье анаморфотное звено 9 (элементы 18 вЂ” 20) по координате у выполняет интегрирование световых потоков с одновременным их разделением по этой координате, что достигается при проектировании строк матрицы (А) в выходную плоскость устройства, а по координате х вЂ” разделение этих потоков в соответствии с положениями элементов в строках матрицы (С).

Результирующее световое распределение, которое формируется в матричном формате в плоскости многоэлементного фотоприемника

8, соответствует элементам результирующей матрицы (Д) =l(A) (В) (С).

Повышенная точность вычислений является следствием применения оптических звеньев с линзовыми растрами. Эти звенья обеспечивают одновременно высокую степень равномерности формируемого ими дискретного протяженного источника света и высокую степень равномерности освещения транспаранта с изображением первой из умножаемых матриц.

При этом практически полностью удается использовать световой поток источника света 1, попадающий во входную апертуру первого коллимирующего объектива 4.

Как показали результаты экспериментального исследования данного устройства, применение в нем линзовых растров позволило уменьшить погрешность вычислений до 2вЂ”

3 /, а коэффициент использования светового потока увеличить в 10 раз по сравнению с известным устройством.

Формула изобретения

Оптическое устройство для умножения матриц, содержащее источник света, на оптической оси которого последовательно расположены три анаморфотных оптических звена, на входах каждого из которых установлен соответствующий транспарант с записью изображения матрицы, а в задней фокальной плоскости последнего анаморфотного оптического звена установлен многоэлементный фотоприемник, отл ич а ющееся тем, что, с целью повышения точности работы устройства, в него введены два выравнивающих оптических звена, каждое из которых выполнено в виде установленных друг за другом коллимирующего объектива, двух сопряженных линзовых растров и коллективного объектива, причем выравнивающие оптические звенья расположены на оптической оси между источником света и входом первого анаморфотного оптического звена последовательно.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР Ме422008, кл. G 06G 9/00, 1972.

2. Б. Е. Кривенков и др. Некогерентная оптическая система для выполнения матричных преобразований. «Автометрия», No 3, 1975.

588548 (д) / //

// //

/ //

6 2З

/ // (/r

J 1

16 16 17 19 19

11 12 U 19

Редактор Н. Каменская