Изобретение относится к области вычислительной техники и может быть использовано в оптических и голографических запоминающих устройствах большой емкости для ассоциативной выборки и спектрального анализа информации.
Известен Адамаровский спектроанализатор изображений, содержащий источник излучения, блок формирования луча, управляемый транспарант, проекционный оптический блок, управляемый фотоприемный блок, сумматор аналоговых сигналов и блок управления. Основными недостатками этого устройства являются невозможность осуществления спектрального анализа цифровой двоичной информации и невозможность осуществления ассоциативной выборки информации.
Наиболее близким техническим решением является оптоэлектронный блок ассоциативной обработки информации для оптического запоминающего устройства, cодержащий блок оптического согласования, вход которого оптически связан с выходом оптического запоминающего устройства, узел оптического сложения, выход которого оптически связан с фотоприемным узлом, и узел управления, выходы которого подключены к фотоприемнику узлу и оптическому запоминающему устройству. При ассоциативной выборке слова (блока слов) блок производит только суммирование разрядов произведения признака опроса на ассоциативные признаки слов (блоков слов) и определение адреса искомой информации, перемножение же этих признаков осуществляется в самом оптическом запоминающем устройстве. При этом адрес искомой информации определяется координатами фотоприемника, на котором отсутствует световой сигнал. Низкая надежность определения отсутствия сигнала на фотоприемнике, регистрирующем в общем случае суммарные дискретные световые сигналы в большом динамическом диапазоне в "простом" коде, объясняется сложением помех на фотоприемнике и приводит к низкой надежности работы всего ассоциативного оптического запоминающего устройства. Основными недостатками этого блока являются низкая надежность его работы, невозможность работы в составе голографических запоминающих устройств и невозможность осуществления спектрального анализа цифровой информации.
Цель изобретения повышение надежности работы блока, обеспечение ассоциативной выборки информации в голографических запоминающих устройствах, а также расширение функциональных возможностей блока за счет обеспечения его работы в режимах спектрального анализа информации в цифровой форме в составе оптических и голографических запоминающих устройств.
Указанная цель достигается тем, что в известный оптоэлектронный блок обработки информации (ОБОИ) для оптического запоминающего устройства, содержащий управляемый транспарант, вход которого оптически связан через узел оптического согласования с оптическим выходом оптического запоминающего устройства, узел оптического сложения, выход которого оптически связан с ассоциативным фотоприемным узлом, узел управляемых светопереключателей, спектральный фотоприемный узел и узел управления, выходы которого подключены к ассоциативному и спектральному фотоприемным узлам, узлу управляемых светопереключателей и оптическому запоминающему устройству, введены управляемый светопереключатель, узел разведения лучей, первый, второй и третий узлы формирования лучей, узел оптического инвертирования, первый узел сведения изображений и узел цифрового суммирования. При этом выход управляемого транспаранта оптически связан с входом управляемого светопереключателя, первый выход которого через узел разведения лучей оптически связан с входом узла оптического сложения. Второй выход светопереключателя оптически связан с оптическими входами узла управляемых светопереключателей, первые оптические выходы которого через первый узел формирования связаны с первым входом узла сведения изображений. Вторые оптические выходы управляемых светопереключателей через последовательно расположенные второй узел формирования лучей, узел оптического инвертирования и третий узел формирования лучей оптически связаны с вторым входом узла сведения изображений. Выход последнего оптически связан с входами спектрального фотоприемного узла, выходы которого подключены к узлу цифрового сложения. Выходы узла управления подключены к управляемому светопереключателю, узлу оптического инвертирования и узлу цифрового сложения. Узел оптического инвертирования содержит второй узел сведения изображений, реверсивный светочувствительный фильтр, источник излучения и инвертирующий управляемый транспарант, причем первый вход второго узла сведения изображений через инвертирующий управляемый транспарант оптически связан с источником излучения, выход второго узла сведения изображений оптически связан с реверсивным светочувствительным фильтром.
На фиг. 1 приведена блок-схема оптоэлектронного блока обработки информации; на фиг. 2 схема узла оптического инвертирования, где управляемый транспарант 1-1, носитель информации 1-2, узел оптического считывания 1-3, адресный фотоприемный узел 1-4, узел оптического согласования 2, управляемый транспарант (УТ) 3, управляемый светопереключатель 4, узел разведения лучей 5, узел оптического сложения и проецирования 6, ассоциативный фотоприемный узел 7, узел управляемых светопереключателей 8, узел формирования лучей 9, узел сведения изображений 10, спектральный фотоприемный узел 11, узел формирования лучей 12, узел оптического инвертирования 13 (13-1 узел сведения изображений, 13-2 реверсивный светочувствительный фильтр, 13-3 источник излучения, 13-4 инвертирующий управляемый транспарант), узел формирования лучей 14, узел цифрового суммирования 15, узел управления 16.
Блок работает совместно с оптическим запоминающим устройством (ОЗУ-1). В качестве ОЗУ-1 могут быть использованы, например, растровые или голографические ЗУ со страничной структурой, в состав которых входят, например, управляемый транспарант (УТ) 1-1, носитель информации 1-2, узел оптического считывания 1-3, адресный фотоприемный узел 1-4. В дальнейшем будем предполагать, что признаки опроса и ассоциативные признаки представлены в ОЗУ-1 соответственно в обратном и прямом парафазном коде с опорными двоичными единицами или с массивами опорных двоичных единиц, представленными, например, в "простом" или парафазном коде, причем для данного блока опорные двоичные знаки могут располагаться в страницах ОЗУ-1 произвольным образом, относительно двоичных знаков признаков, например, они могут размещаться между двоичными знаками признаков или в виде отдельных строк (областей).
В состав многофункционального оптоэлектронного блока для оптического запоминающего устройства входят узел оптического согласования 2, который преобразует, например, любое выходное изображение ОЗУ-1 в растр параллельных или гомоцентрических сходящихся пучков, оси которых параллельны оптической оси блока, либо осуществляет проецирование любого выходного изображения ОЗУ-1 на узлы 5 и 8 или на управляемый транспарант УТ-3 при работе блока в составе голографического запоминающего устройства. Узел 2 может состоять, например, из узла световодов, оптически связанного с проекционным узлом, причем световодный узел может быть выполнен, например, в виде матрицы волоконных световодов или световодной планшайбы, а проекционный узел, например, в виде линзового растра, телескопической системы или двух объективов, имеющих общую главную плоскость, находящуюся в фокальной плоскости коллективного объектива световодного узла. Кроме того, узел 2 может состоять из голографических элементов и т.д.
Признаковый управляемый транспарант с оптической системой (УТ) 3, осуществляющий пространственно-временную модуляцию проходящих световых пучков в соответствии с кодом признака опроса или ассоциативной выборки слова (блока слов) или в соответствии с кодом базиса спектрального разложения при работе блока в составе голографического запоминающего устройства и проецирование изображения с выхода управляемого транспаранта на вход узлов 5 и 8 (при работе блока в составе оптического запоминающего устройства с дискретным представлением информации УТ-3 может отсутствовать); управляемый светопереключатель 4, выполненный, например, на основе поляризационного светоделительного куба, пропускающего или отражающего световые пучки в зависимости от ориентации их плоскости поляризации, перед входной плоскостью которого расположен переключатель поляризации света, который, например, при подаче напряжения поворачивает плоскость поляризации проходящих пучков на 90о; узел разведения лучей 5, который обеспечивает раздельное оптическое сложение в узле 6 световых пучков, соответствующих опорным двоичным знакам (опорных световых каналов) и световых сигналов, соответствующих двоичным знакам оптического произведения признака опроса на ассоциативные признаки (признаковых световых сигналов), сообщающий, например, угловое смещение опорным световым сигналам относительно признаковых световых сигналов, а также устанавливает определенный уровень интенсивности опорных световых сигналов относительно признаковых, при этом узел 5 может быть выполнен, например, в виде узла оптических клиньев или дифракционных решеток, оптически связанного с узлом оптических ослабителей, или в виде пластины с матрицей голограмм; узел оптического сложения и проецирования 6, который осуществляет оптическое сложение опорных световых сигналов и отдельно признаковых сигналов каждого слова (блока слов) страницы информации и проецирование полученных сумм на узел 7, и выполнен, например, в виде цилиндрического объектива, оптически связанного с телескопической системой или матрицей волоконных световодов; ассоциативный фотоприемный узел 7, осуществляющий определение адреса ассоциативного выбранного слова (блок слов).
Узел управляемых светопереключателей 8, осуществляющий пространственно-временную модуляцию световых пучков по прохождению и отражению в соответствии с кодом базиса спектрального разложения, выполненный, например, на основе поляризационного светоделительного куба, пропускающего или отражающего световые пучки в зависимости от ориентации их плоскости поляризации, перед входной плоскостью которого расположена матрица из n управляемых переключателей поляризации света, который, например, пропускает световые пучки, соответствующие k-ым словам и отражает световые пучки, соответствующие (n-k-ым словам; узел формирования лучей 9, обеспечивающий прохождение параллельных или сходящихся гомоцентрических световых пучков от узла управляемых светопереключателей 8 к узлу 11, или проецирующий изображение с узла 8 на узел 11, выполненный, например, в виде голографических элементов, телескопической системы или двух объективов, имеющих общую главную плоскость, находящуюся в фокальной плоскости коллективного объектива, узла 8; узел сведения изображений 10, выполненный, например, в виде поляризационного светоделительного куба или полупрозрачного зеркала; спектральный фотоприемный узел 11, осуществляющий регистрацию страниц информации, преобразованных в соответствии с кодом базиса спектрального разложения, перед оптическим входом которого установлена согласующая оптическая система, обеспечивающая согласование геометрических размеров спектрального фотоприемного блока с геометрическими размерами изображения на выходе узла 10 и состоящая, например, из световолоконного узла; узел формирования лучей 12, обеспечивающий прохождение параллельных или сходящихся гомоцентрических световых пучков от узла управляемых светопереключателей 8 к узлу 13 или проецирующий изображение с узла 8 на узел 13; узел оптического инвертирования 13, который в соответствии с поданным кодом базиса спектрального разложения создает на своих выходах оптические сигналы, отображающие инвертированные коды р-ых слов, поданных на его входы, и создает на своих выходах оптические сигналы, отображающие коды нулевых слов при подаче на входы световых сигналов, отображающих любые коды (n-k-p-ых слов, состоящий, например, из узла сведения изображений 13-1 (фиг. 2), реверсивного светочувствительного фильтра 13-2, в качестве которого могут использоваться, например, структуры типа ПРОМ и MOПS, источника излучения 13-3, создающего растр инвертирующих световых пучков (в качестве такого источника могут быть использованы, например, лазеры, матрицы инжекционных лазеров или излучательных диодов, сканлазер и т.д. совместно с формирующими оптическими системами), управляемого транспаранта с оптической системой 13-4, осуществляющего пространственно-временную модуляцию проходящих инвертирующих световых пучков в соответствии с кодом базиса спектрального разложения и проецирование их на реверсивный светочувствительный фильтр 13-2; узел формирования лучей 14, обеспечивающий прохождение параллельных или сходящихся гомоцентрических световых пучков от узла оптического инвертирования 13 к узлу 11, либо осуществляющий проецирование изображения с узла 13 на узел 11; узел 15, осуществляющий вычисление спектральных компонент, выполненный, например, в виде электронного сумматора, узел управления 16, обеспечивающий работу ОБОИ в составе ОЗУ-1 в режимах ассоциативной выборки и спектрального разложения.
В режиме ассоциативной выборки слов (блоков слов) информации блок работает следующим образом:
1. При ассоциативной выборке слов (блока слов) из страницы информации, например, растрового оптического запоминающего устройства, ОЗУ-1 работает в режиме адресного считывания этой страницы с носителя информации 1-2. При этом изображение УТ-1-1 проецируется на выбранный микрокадр-страницу носителя информации 1-2. Во всех ячейках УТ-1-1, предназначенных для ассоциативных признаков слов (блоков слов), БУ-16 отображает, например, обратный код признака опроса, остальные ячейки УТ-1-1 могут маскироваться. Производится оптическое умножение признака опроса на ассоциативные признаки всех слов (блоков слов) внутри одной страницы информации. Полученное в плоскости носителя 1-2 световое распределение с помощью узла оптического считывания 1-3 проецируется на вход узла оптического согласования 2. Узел оптического согласования 2 преобразует падающие на него пучки в растр параллельных или гомоцентрических сходящихся пучков, оси которых параллельны оптической оси узла, либо осуществляет проецирование любого выходного изображения ОЗУ-1 через управляемый светопереключатель 4 на узел разведения лучей 5. При этом УТ-3 может либо совсем отсутствовать, либо все его признаковые и опорные ячейки должны работать на пропускание.
Узел разведения лучей 5, например, сообщает опорным световым сигналам угловое смещение и устанавливает величину их интенсивности относительно соответствующих признаковых сигналов. При этом узел 5 обеспечивает раздельное сложение признаковых и опорных сигналов в узле оптического сложения и проецирования 6 и парафазное считывание сигналов ассоциативным фотоприемным узлом 7. Узел 6 осуществляет оптическое сложение опорных световых сигналов и отдельно признаковых сигналов каждого слова (блока слов) страницы информации и проецирование полученных сумм на ассоциативный фотоприемный узел 7. Причем световые сигналы, представляющие суммы опорных и признаковых сигналов одного слова (блока слов) образуют парафазный признаковый сигнал, по которому ассоциативный фотоприемный узел 7 определяет степень совпадения признака опроса с ассоциативным признаком слова (блока слов).
Таким образом, в отличие от прототипа в блоке за счет введения узла разведения лучей 5 регистрация световых сигналов ассоциативным фотоприемным узлом 7 осуществляется в парафазном коде, что значительно повышает надежность ассоциативной выборки слов (блока слов) из страницы информации ОЗУ-1 при помощи данного блока.
2. При ассоциативной выборке слова (блока слов) в странице информации, например, голографического запоминающего устройства, ОЗУ-1 работает в режиме адресного считывания этой страницы с носителя информации 1-2. Узел оптического считывания 1-3 проецирует изображение страницы на вход узла оптического согласования 2. С узла 2 изображение страницы поступает на признаковый управляемый транспарант 3. Во всех ячейках УТ-3, модулирующих ассоциативные признаки слов (блока слов), БУ-16 отображает, например, обратный код признака опроса, остальные ячейки УТ-3 могут маскироваться. Производится оптическое умножение ассоциативных признаков всех слов (блоков слов) на признак опроса внутри одной страницы информации. Полученное световое распределение проецируется через управляемый светопереключатель 4 на узел разведения лучей 5. В дальнейшем блок работает так, как это описано выше, в п. 1.
Таким образом, введение в прототип признакового управляемого транспаранта 3 расширяет область применения блока за счет обеспечения возможности его работы в составе голографических запоминающих устройств.
В режиме спектрального разложения информации блок работает следующим образом:
1. При адамаровском спектральном разложении (АСР) страницы информации, состоящей, например, из n слов, информационная часть которых представлена, например, в парафазном коде, ОЗУ-1 работает в режиме адресного считывания этой страницы с носителя 1-2. Узел оптического согласования 2 преобразует падающие на него пучки и проецирует их через управляемый светопереключатель 4, на который БУ-16, например, подает команду, разрешающую переключение на узел управляемых светопереключателей 8. При этом УТ-3 может либо отсутствовать, либо все его ячейки должны работать на пропускание.
По команде БУ-16 на узел управляемых светопереключателей 8 подается код базиса АСР (матрица Адамара). Согласно этому коду, k слов, соответствующих значению базиса "+1", направляются через узел формирования лучей 9, узел сведения изображений 10 на спектральный фотоприемный узел 11, а (n-k) слов, соответствующих значению базиса "-1", направляются через узел формирования лучей 12 на узел оптического инвертирования 13, который осуществляет инвертирование их кодов. При этом узел 13 работает, например, следующим образом: информационные световые сигналы, изображающие коды входных (n-k)-тых слов, через инверторный узел сведения изображений 13-1 проецируются на реверсивный светочувствительный фильтр 13-2, блокируются им и служат сигналами запрета (сигналы "а" на фиг. 2). По команде БУ-16 источник излучения 13-3 создает растр инвертирующих световых пучков, высвечивающий все ячейки инвертирующего управляемого транспаранта 13-4. В соответствии с поданным кодом базиса АСР, УТ-13-4 пропускает только те инвертирующие пучки ("с" на фиг. 2), которые соответствуют каждой "нулевой" и "единичной" позиции информационных пучков в изображении каждого парафазного знака (n-k)-тых слов на входе узла 13, остальные пучки, например, блокируются. Прошедшие через УТ-13-4 инвертирующие световые пучки инверторным узлом сведения изображений 13-1 совмещаются с позициями информационных световых пучков на фильтре 13-2. В тех позициях, где присутствуют информационные пучки, являющиеся сигналами запрета, инвертирующие пучки по команде БУ-16 блокируются фильтром 13-2, а в тех позициях, где отсутствуют информационные пучки, инвертирующие пучки проходят на выход узла 13 и представляют инвертированные коды входных (n-k)-тых слов. С выхода узла 13 изображение (n-k)-тых слов через узел формирования лучей 14, узел сведения изображений 10 проецируется на спектральный фотоприемный узел 11. По команде БУ-16 узел 11 считывает спроецированное на него изображение n-ых слов, представляющих страницу информации, преобразованную в соответствии с кодом базиса спектрального разложения, и передает ее на узел цифрового сложения 15. Узел 15 по команде БУ-16 вычисляет, например, в двоичном коде сумму этих n-ных слов, которая представляет собой спектральную компоненту адамаровского спектрального разложения в цифровом коде. Последовательно вычисленные для различных базисов (матриц Адамара) спектральные компоненты поступают по команде БУ-16 с узла 15, например, в ЗУ или ЭВМ для дальнейшей обработки.
2. При быстром преобразовании Фурье (БПФ), в котором тригонометрические множители заменены на "+1" и "0", растровое ОЗУ-1 работает в режиме адресного считывания с носителя 1-2 страницы информации, состоящей, например, из n слов, информационная часть которых представлена, например, в парафазном коде. По команде БУ-16 все ячейки УТ-1-1, отображающие значение кода базиса БПФ равные "0", например, маскируются, а остальные ячейки УТ-1-1 работают на пропускание. Изображение УТ-1-1 проецируется на выбранный микрокадр-страницу носителя информации 1-2, высвечивает немаскированную информацию с микрокарда, которая узлом оптического считывания 1-3 проецируется на вход узла оптического согласования 2. Узел 2 преобразует падающие на него пучки и проецирует их через управляемый светопереключатель 4, на который БУ-16, например, подает команду, разрешающую переключение на узел управляемых светопереключателей 8. При этом УТ-3 либо отсутствует, либо все его ячейки должны работать на пропускание. При работе ОБОИ в составе голографических ЗУ маскирование страниц информации осуществляется не УТ-1-1, а, например, с помощью УТ-3.
По команде БУ-16 на узел управляемых светопереключателей 8 подается код базиса БПФ. Согласно этому коду К слов, соответствующих значению базиса "+1", направляются через узел формирования лучей 9, узел сведения изображений 10 на спектральный фотоприемный узел 11, а (n-k) слов, соответствующих значению базиса "-1", "0", направляются через узел формирования лучей 12 на узел оптического инвертирования 13. Узел 13 осуществляет инвертирование кодов р-тых входных слов для значений базиса "-1" а для значений базиса "0" (эти слова замаскированы УТ-1-1 мили УТ-3) создает на своих выходах оптические сигналы, изображающие коды нулевых слов, соответствующих (n-k-p-тым входным словам.
Работа узла 13 при инвертировании кодов входных слов описана выше в пункте 1. При создании же на выходе кодов нулевых слов, информационные сигналы на входе узла 13 отсутствуют. По команде БУ-16 УТ-13-4 отображает коды нулевых слов в ячейках, соответствующих замаскированным информационным сигналам. Изображение УТ-13-4 проецируется через узел сведения изображений 13-1 на фильтр 13-2 и т.к. отсутствуют запрещающие информационные сигналы, на соответствующих выходах блока 13 появляются сигналы ("d") на фиг. 2), изображающие коды (n-k-p)-тых нулевых слов. С выхода узла 13 изображение (n-k)-тых слов через узел формирования 14, узел сведения изображений 10 проецируется на спектральный фотоприемный узел 11. По команде БУ-16 узел 11 считывает спроецированное на него изображение n-тых слов, представляющие страницу информации, преобразованную в соответствии с кодом базиса спектрального разложения, и передает ее на узел цифрового сложения 15. Узел 15 вычисляет например, в двоичном коде сумму этих n-ных слов, которая представляет спектральную компоненту быстрого преобразования Фурье в цифровом коде. Последовательно вычисленные для различных базисов спектральные компоненты поступают по команде БУ-16 с узла 15 например, в ЭВМ для дальнейшей обработки.
Кроме указанных преимуществ парафазной ассоциативной выборки, использование ОБОИ в составе оптических ЗУ позволит производить выборку информации при значительных флуктуациях оптических световых сигналов ассоциативных признаков опроса слов (блоков слов), резко снизив нижний предел отношения сигнал/помеха, необходимый для устойчивой работы ОЗУ в ассоциативном режиме. Это значительно повышает надежность выборки информации и создает практическую возможность создания ассоциативных оптических запоминающих устройств большой емкости.
Осуществляя спектральный анализ информации в цифровой форме, ОБОИ легко сопрягается с оптическим ЗУ и ЭВМ, и может найти широкое применение в вычислительных системах для выполнения математических операций оптоэлектронными средствами.
1. ОПТОЭЛЕКТРОННЫЙ БЛОК ОБРАБОТКИ ИНФОРМАЦИИ ДЛЯ ОПТИЧЕСКОГО ЗАПОМИНАЮЩЕГО УСТРОЙСТВА, содержащий управляемый транспарант, оптический вход которого связан через узел оптического согласования с выходом оптического запоминающего устройства, узел оптического сложения, выход которого оптически связан с ассоциативным фотоприемным узлом, узел управляемых светопереключателей, спектральный фотоприемный узел и узел управления, выходы которого подключены к ассоциативному и спектральному фотоприемным узлам, узлу управляемых светопереключателей и оптическому запоминающему устройству, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности блока и расширения его функциональных возможностей за счет обеспечения работы в режиме спектрального анализа информации в цифровой форме, в него введены управляемый светопереключатель, узел разведения лучей, первый, второй и третий узлы формирования лучей, узел оптического инвертирования, первый узел сведения изображений и узел цифрового суммирования, причем оптический выход управляемого транспаранта связан с входом управляемого светопереключателя, первый выход которого через узел разведения лучей оптически связан с входом узла оптического сложения, второй выход светопереключателя связан с оптическими входами узла управляемых светопереключателей, первые оптические выходы которого через первый узел формирования лучей связаны с первым входом первого узла сведения изображений, вторые оптические выходы узла управляемых светопереключателей через последовательно расположенные второй узел формирования лучей, узел оптического инвертирования, третий узел формирования лучей оптически связаны с вторым входом узла сведения изображений, выход которого оптически связан с входами спектрального фотоприемного узла, выходы которого подключены к узлу цифрового сложения, выходы узла управления подключены к управляемому светопереключателю, узлу оптического инвертирования, узлу цифрового сложения.
2. Блок по п. 1, отличающийся тем, что узел оптического инвертирования содержит второй узел сведения изображений, реверсивный светочувствительный фильтр, источник излучения и инвертирующий управляемый транспарант, причем первый вход второго узла сведения изображений через инвертируюий управляемый транспарант оптически связан с источником излучения, выход второго узла сведения изображений оптически связан с реверсивным светочувствительным фильтром.
| Оптическая обработка информации | |||
| Под ред | |||
| С.Б.Гуревича | |||
| Л.: Наука, 1978, с | |||
| Раздвижной паровозный золотник со скользящими по его скалке поршнями и упорными для них шайбами | 1922 |
|
SU147A1 |
