Приглашаем посетить сайт

Физическая энциклопедия. В 5-ти томах
ОПТИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА ИНФОРМАЦИИ

ОПТИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА ИНФОРМАЦИИ

ОПТИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА ИНФОРМАЦИИ - обработкаинформации с использованием оптич. излучения как носителя информац. сигналаи оптич. элементов для обработки. Достоинства О. о. и. связаны с возможностьюбыстрой параллельной обработки больших массивов информации. Наиб. характернойособенностью оптпч. сигнала как носителя информации является его двумерность. <Это свойство оптич. сигнала связано с малой длиной волны света < 1 мкм. Дело в том, что мин. размеры участка любого изображения, передаваемогос помощью волны, не могут быть меньше В оптич. диапазоне эта величина составляет ~1 мкм ², что и позволяетпередавать по оптич. лучу небольшого сечения (~1 см ²) большоечисло (до 10⁸) бит информации параллельно. Т. о., оптич. излучениедаёт возможность представлять информацию в форме двумерных картинок, сменяющих друг друга во времени. Для оценки преимуществ такой формы подачи информации сравним её передачу в кино и по телевидению. В кино информация подаётсяс помощью медленно движущейся киноленты со скоростью 24 кадра в секундус большим объёмом информации в каждом кадре. В телевидении информация передаётсяпо радиоканалу, последовательно точка за точкой. Скорость передачи информации~6 МГц, т. е. в 250 тысяч раз быстрее, чем в кино. Но качество изображенияна киноэкране значительно выше, чем на экране телевизионном. Т. о., дажемедленная параллельная подача информации может иметь преимущества передбыстрой последоват. подачей.

Ввод информации в световой луч осуществляетсяс помощью транспаранта или пространств. модуляторов света. Оптич. <луч, модулированный в каждой точке своего поперечного сечения, позволяетобрабатывать параллельно сразу большой массив данных, представленный вформе двумерной оптич. картинки. Оптич. устройства дают возможность оченьпросто и быстро реализовать ряд важных интегральных операций над двумернымисигналами, таких как преобразования Фурье, Гильберта и Лапласа, нахождениесвёртки и корреляции двух ф-ций и нек-рые др. Так, обычная оптич. линзапозволяет мгновенно получить фурье-спектр оптич. изображения, падающегона эту линзу. Вводя соответствующие фильтры в фокальную плоскость послелинзы, можно значительно улучшить качество оптич. изображения или дажеувидеть изображение невидимого фазового объекта.

Одной из важнейших проблем, решаемых приО. о. и., является задача распознавания образов. Если надо из набора произвольных двумерных картинок выбрать одну определённую, то для этого весь набор картинок(транспарантов) последовательно вводится в плоскость P₁ оптич. процессора (рис.). Точечный источник L расположен в фокуселинзы Л ₁, поэтому после прохождения линзы световая волна становитсяплоской и освещает транспарант в плоскости Р₁. Фронтсветовой волны искажается транспарантом. В плоскости Р₂ помещается транспарант, являющийся согласованным фильтром для искомой двумернойкартинки. Он обладает тем свойством, что компенсирует искажения волновогофронта, если падающая на него волна является двумерным фурье-спектром отискомой картинки. Если в плоскости Р₁ находится искомаякартинка, то согласованный с ней фильтр точно компенсирует кривизну падающейна него волны. Поле, прошедшее транспарант в плоскости Р₂,оказывается квазиплоской волной и собирается линзой Л ₃ в небольшоеярко светящееся пятно в плоскости Р₃. Если в P₁ помещена к.-л. другая двумерная картинка, не искомая, то компенсации фазовыхискажений в плоскости Р₂ не происходит, волна после Р₂ не является квазиплоской и линза Л ₃ разбрасываетсвет по всей плоскости Р₃. Т. о., описанный процессорпозволяет по появлению яркого пятна в центре Р₃ определить, <когда в плоскости Р₁ находится искомый образ. Имея наборсогласов. фильтров, легко определить, какой из известных сигналов поданна вход оптич. процессора. Подобные процессоры весьма успешно использовалисьдля распознавания букв или даже целых слов в читающих текст машинах.

Разработаны спец. оптич. схемы, позволяющиеполучить фильтр, согласованный с любой заранее известной двумерной картинкой. <Схемы, подобные изображённой на рис., позволяют с большой скоростью, ограничиваемойтолько скоростью ввода информации в плоскости Р₁ и Р₂ и скоростью вывода информации из плоскости Р₃, решатьзадачи О. о. и. Трудности О. о. и. связаны с необходимостью быстрого вводаи вывода информации в оптич. процессор, а также недостаточной точностьюобработки данных, введённых в виде аналоговых сигналов в плоскости Р₁ и Р₂. Последняя трудность устраняется при переходе кцифровым оптич. сигналам.

Лит.: Престон К., Когерентные оптическиевычислительные машины, пер. с англ., М., 1974; Парыгин В. Н., БалакшийВ. И., Оптическая обработка информации, М., 1987.

В. Н. Парыгин.