Оптическое аналоговое устройство для умножения матриц Советский патент 1978 года по МПК G06G9/00 

1

Изобретение относится к области вычислительной техники и может быть использовано в устройствах оптической обработкп информации, предназначенных для решения задач помехоустойчивого кодирования изображений, спектрального анализа, распознавания образов, информационного поиска и т. п.

Известны оптические устройства для умножения матриц.

Одно из известных устройств содержит 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 .

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

Известно также оптическое устройство, состоящее из последовательно расположенных лазера, коллиматора, транспаранта с записью одной из умножаемых матриц, цилиндрических растра и коллективного объектива, клинового растра и следующего за ним транспаранта с изображением второй умножаемой матрицы, a также из двух

2

других коллективного цилиндрического объектива и клинового растра и сферического объектива . Недостатком этого устройства является

низкая точность вычисления элементов результирующей матрицы. Погрещность вычисления растет при увеличении размерности умножаемых матриц и достигает 10%. Наиболее близким техническим рещением к изобретению является оптическое аналоговое устройство для умиожения матриц, содержащее источник света, на оптической оси которого последовательно расположены диффззный рассеивающий элемент и три

анаморфотных оптических звена, на входах каждого из которых установлен соответствующий транспарант с записью изображения матрицы, a в задней фокальной плоскости последнего анаморфотного оптического звена установлен многоэлементный фотоприемник {3. Недостатком такого устройства является низкая точность вычислений произведения матриц. Целью изобретения является повыщение

точности работы устройства.

Поставленная цель достигается тем, что в оптическое аналоговое устройство для умножения матриц введены коидеисорная линза, установленная между источником

света и диффузным рассеивающим элементом и компенсирующий транспарант, установленный в задней фокальной плоскости конденсорной линзы диффузным рассеивающим элемеитом и первым транспарантом с записью изображения первой матрицы.

На чертеже в двух проекциях изображена принципиальная схема оптического аналогового устройства для умножения матрнц.

Устройство содерл ит расположенные друг за другом, оптически связанные источник света 1, конденсорную линзу 2, диффузный рассеивающий элемент 3, компенсирующий транспарант 4, транспаранты 5, 6, 7 с записью изображений умножаемых матриц, анаморфотные оптические звенья 8, 9 и 10, состоящие из совокупностей сферических и цилиндрических объективов, и многоэлементный фотоприемник И.

Устройство работает следующим образом.

Распределение интенсивностей излучения от источника света 1, проходя через коидеисорную линзу 2 и диффузный рассеивающий элемент, освещает компенсирующий транспарант 4. Наличие конденсорпой линзы 2 перед диффузным рассеивающим элементом 3 приводит к тому, что любая выделенная точка диффузного рассеивающего элемента 3 освещает комненсирующий транспарант 4 практически одинаковым образом, независимо от положения этой точки на диффузном рассеивающем элементе 3. Возникающая при этом иеравномерность освещенности в плоскости транспаранта 5 с записью изображения первой матрицы, обусловленная характером диаграмм направлеиности диффузного рассеивающего элемента 3, устраняется с помощью компенсирующего транспаранта 4.

Полученное равномерное световое распределение модулируется транспарантом 5 с записью изображения первой умножаемой матрицы 5, затем анаморфотным оптическим звеиом 8 проектируется в плоскость транспарапта 6 с записью изображения второй умножаемой матрицы по координате 1 и расфокусируется по координате У. Расфокусировка по координате У эквивалентна одновременному налолсению изобралсений строк первой матрицы на втором транспаранте 6 под разными углами. Падающий на этот транспарант световой поток модулируется в соответствии с законом изменения его пропускаиия, анаморфотным оптическим звеном 9 проектируется в плоскость транспаранта 7 с записью изобралсения третьей матрицы по координате У и расфокусируется по координате А. Полученное световое распределение модзлируется далее транспарантом 7 с записью изображения третьей матрицы и анаморфотным оптическим звепом 10 проектируется в плоскость расположения многоэлементного фотоприемника 11 по координате X и интегрируется по координате У с одновременным пространственным разделением световых пучков, соответствующих различным строкам первой из умножаемых матриц. Выходные световые распределения, пропорциональные элементам результирующей матрицы считываются многоэлементным фотоприемником 11.

Применение конденсорной линзы 2 и размещение ее перед элемеитом 3 позволяет устранить неинв.ариантность осветительной системы оптического устройства и

тем самым примепить компенсирующий транспарант 4 для выравнивания освещенности в его плоскости. Такой транспарант, в свою очередь, дает возможность использовать элемент 3 с грубой структурой и таКИМ образом снизить потери светового потока. В итоге точность вычислений повыП1ается.

Предварительные экспериментальные исследования данного оптического устройства

показали, что погрешность вычислений элементов результирующей матрицы уменьпшилась с 2,77о ДО 1%, а потери светового потока уменьшились в 4-5 раз.

Формула изобретения

Оптическое аналоговое устройство для умножения матриц, содержащее источник

света, на оптической оси которого последовательио расположены диффузный рассеивающий элемент и 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, отличающееся тем, что, с целью повышения точности работы устройства, в него введены конденсорная линза, установленная между источником света и диффузным рассеивающим элементом, и компенсирующий транспарант, установленный в задней

фокальной плоскости конденсорной линзы между диффузным рассеивающим элементом и первым транспарантом с записью изображения первой матрицы.

Источники информации,

принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР № 422008, кл. G 06G 9/00, 1972.

2.Нежевенко Е. С., Твердохлеб П. Е. Умножение матриц оптическим методом. -

«Автометрия, 1972, № 6.

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