Оптическое аналоговое устройство для умножения матриц

СПИИЗОБРЕТЕНИЯ пщ 640330 беоа Советских Социалистических Республик),Ч. К,.С 06 С 9/00 ударстеениык комитет СССР 43) Опубликовано 30.12,78. Бюллетень48 (53) УДК 681.335.5(45) Дата опубликования описания 30.12.(8.ститут автоматики и электрометрии Сибирского отделени АН СССР54) ОПТИЧЕСКОЕ АНАЛОГОВОЕ УСТРОЙСТВ ДЛЯ УМ НОЖЕК ИЯ МАТРИ И, цилиндрического стра и сферичесИзобретение относится к области вычислительной техники и может быть использовано в устройствах оптической обработки 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 11.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, а также из двух других коллективногообъектива и клинового ракого объектива 2.Недостатком этого устройства является 5 низкая точность вычисления элементов результирующей матрицы. Погрешность вычисления растет прп увеличении размерности умножаемых матриц и достигает 10%.Наиболее близким техническим решением к изобретению является оптическое аналоговое устройство для умножения матриц, содержащее источник света, на оптической оси которого последовательно расположены диффузный рассеивающий элемент и три анаморфотных оптических звена, на входах каждого нз которых установлен соответствующий транспарант с записью изображения матрицы, а в задней фокальной плоскости последнего анаморфотного оптическои го звена установлен многоэлементный фотоприемник 13. Недостатком такого устройства является низкая точность вычислений произведения матриц.Целью изобретения является повышениеточности работы устройства.Поставленная цель достигается тем, чтов оптическое аналоговое устройство для умножения матриц введены конденсорная линза, установленная между источником света и диффузным рассеивающим элементом и компенсирующий транспарант, установленный в задней фокальной плоскости кондепсорной линзы между диффузным рассеивающим элементом и первым транспарантом с записью изображения первой 5 матрицы.На чертеже в двух проекциях изобракена принципиальная схема оптического аналогового устройства для умножения матриц. 1 ОУстройство содержит расположенные друг за другом, оптически связанные источник света 1, конденсорную линзу 2, диффузный рассеивающий элемент 3, компенсирующий транспарант 4, транспаранты 5, 15 6, 7 с записью изображений умножаемых матриц, анаморфотные оптические звенья 8, 9 и 10, состоящие из совокупностей сферических и цилиндрических объективов, и многоэлементный фотоприемник 11. 2 ОУстройство работает следующим образом.Распределение интенсивностей излучения от источника света 1, проходя через конденсорную линзу 2 и диффузный рассеивающий элемент, освещает компенсирующий транспарант 4. Наличие конденсорной линзы 2 перед диффузным рассеивающим элементом 3 приводит к тому, что любая выделенная точка диффузного рассеивающего элемента 3 освещает компенсирующий транспарант 4 практически одинаковым образом, независимо от положения этой точки на диффузном рассеивающем элементе 3. Возникающая при этом неравномерность освещенности в плоскости транспаранта 5 с записью изображения первой матрицы, обусловленная характером диаграмм направленности 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 опти ческим звеном 8 проектируется в плоскость транспаранта 6 с записью изобракения второй умножаемой матрицы по координате Х и расфокусируется по координате У, Расфокусировка по координате У эквивалентна одновременному наложению изображений строк первой матрицы на втором транспаранте 6 под разными углами.Падающий на этот транспарант световой поток модулируется в соответствии с законом изменения его пропускания, анаморфотным оптическим звеном 9 проектируется в плоскость транспаранта 7 с записью изображения третьей матрицы по координате У и расфокусируется по координатеХ.Полученное световое распределение модулируется далее транспарантом 7 с записью изображения третьей матрицы и анаморфотным оптическим звеном 10 проектируется в плоскость расположения многоэлементного фотоприемника 11 по координате Х и интегрируется по координате У с одновременным пространственным разделением световых пучков, соответствующих различным строкам первой пз умножаемых матриц. Выходные световые распределения, пропорциональные элементам результирующей матрицы считываются многоэлементным фотоприемником 11.Применение конденсорной линзы 2 и размещение ее перед элементом 3 позволяет устранить неинвариантность осветительной системы оптического устройства и тем самым применить 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 повышается.Предварительные экспериментальные исследования данного оптического устройства показали, что погрешность вычислений элементов результирующей матрицы уменьшилась с 2,7/, до 1/ а потери светового потока уменьшились в 4 - 5 раз,Формула изобретенияОптическое аналоговое устройство дляумножения матриц, содержащее источниксвета, на оптической оси которого последовательно расположены диффузный рассеивающий элемент и три анаморфотных оптических звена, на входах каждого из которых установлен соответствующий транспарант с записью изобракения матрицы, а взадней фокальной плоскости последнегоанаморфотного оптического звена установлен многоэлементный фотоприемник, о тличающееся тем, что, с целью повышения точности работы устройства, в неговведены конденсорная линза, установленная между источником света и диффузнымрассеивающим элементом, и компенсирующий транспарант, установленный в заднейфокальной плоскости конденсорной линзымежду диффузным рассеивающим элементом и первым транспарантом с записьюизобракения первой матрицы.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССР422008, кл. б 066 9/00, 1972.2. Нежевенко Е, С., Твердохлеб П. Е.Умножение матриц оптическим методом. -Автометрия, 1972,6.3. Кривенков Б. Е. и др. Некогерентнаяоптическая система для выполнения матричных преобразований, - Автометрия,1975,3.аз 2221/18 Изд.783 Тираж 799 ПодписиоНПО Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, 5 К, Раушская наб., д. 45 Типографи пупов