Реферат: Оптические процессоры - текст реферата. Скачать бесплатно.
Банк рефератов, курсовых и дипломных работ. Много и бесплатно. # | Правила оформления работ | Добавить в избранное
 
 
   
Меню Меню Меню Меню Меню
   
Napishem.com Napishem.com Napishem.com

Реферат

Оптические процессоры

Банк рефератов / Радиоэлектроника

Рубрики  Рубрики реферат банка

закрыть
Категория: Реферат
Язык реферата: Русский
Дата добавления:   
 
Скачать
Microsoft Word, 2906 kb, скачать бесплатно
Заказать
Узнать стоимость написания уникального реферата

Узнайте стоимость написания уникальной работы

Федеральное агентство по образованию РФ ХХХХХХХХХ государственный университет Факультет радиофизики, электроники и медицинской техники Кафедра конструирования и технологии радиоэлектронных средств Реферат по дисциплине: «Оптические системы ЭС» на тему: «Оптические процессоры» Выполнила Ст. гр. ХХХХ ХХХХХХ О.В. Проверила ХХХХХХ Т.Н. ХХХХХ 2005 СОДЕРЖАНИЕ Введение 1 Основные элементы оптических процессоров 2 Специализированные оптические процессоры 2.1 Структурная схема специализированного оптического процессора 2.2 Спектральный анализ 2.3 Пространственная фильтрация 2.4 Корреляционный анализ 2.5 Преобразование Гильберта Заключение ВВЕДЕНИЕ Развитие науки и техники идет по пути быстрого и постоянно увеличивающегося роста потока информации, подлежащего переработке и использованию. Поэтому проблема эффективной и своевременной обработки больших массивов информации приобретает все большее значение. Несмотря на достигнутые успехи, прогресс цифровой вычислительной техники в значительной мере отстает от возрастающих требований. Уже в настоящее время имеется мног о задач, которые Ц Э ВМ не способны решать с требуемой скоростью. Можно указать, например, на многопараметрические задачи управления производством и технологическими процессами. В связи с этим специалисты от ыскивают новые методы и средства обработки информации, с помощью которых можно успешно преодолеть возник шие трудности. Большое место в проводимых исследованиях уделяется оптическим методам и средствам обработки информации. Бурное развитие когерентной оптики и голографии, обусловленное появлением лазеров, вновь обратило внимание специалистов на возможность выполнения ряда вычислительных операций оптическими методами. Интерес к оптическим методам обработки информации обусловлен исключительно высокой информационной емкостью светового поля как переносчика информации, высокой скоростью распространения оптических сигналов и сравнительной легкостью осуществления целого ряда интегральных операций над двумерными массивами информации. Работы по созданию оптическ их процессор ов начались еще в 80-х гг. Оптический процессор должен был использовать специальные элементы, в которых свет управляет светом. Логические операции представлены как взаимодействия вещества со светом. В 1990 году фирма «Bell» создала макет оптического устройства и продемонстрировала выполнение логических и арифметических операций с очень высоким быстродействием. В 2003 году компания Lenslet создала первый в мире оптический процессор, причем это была не демонстрационная модель, а коммерческий продукт. Процессор назывался EnLight256, его производительность составляла 8 тераоп (триллионов арифметических операций в секунду). Операции выполнялись за счет манипуляции потоков света, а не электронов, поэтому достигалась такая производительность. Обычному пользователю это не требуется, но нужно отметить, что оптические процессоры пока не ориентированы на обычного пользователя. Оптические технологии в первую очередь рассчитаны на промышленное производство, военную технику – там, где нужно в реальном времени обрабатывать большие потоки информации. Основу современных ЦЭВМ составляют базовые логические элементы 2И-НЕ, 2ИЛИ-НЕ и др., которые создаются по кремниевой технологии и выполняют требуемые функции за счет преобразования потока электронов. Е стественно было бы предположить, что в основу оптических процессоров должны быть положены те же логические элементы с тем же набором функций, но манипулирующие световым потоком, а не потоком электронов. 1 ОСНОВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ ОПТИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОРОВ Основные элементы оптических процессоров с переносом изображения давно известны. Это – линза, зеркало, оптический транспарант (транспарант – прозрачная пластина, на которой каким-либо способом нанесено изображение, представляющее собой пространственное распределение коэффициента поглощения, коэффициента преломления (или толщины) или же того и другого одновременно ) и слой пространства. В настоящее время к ним добавились волновые элементы, а также лазеры, полупроводниковые многоэлементные фотоприемники, нелинейные оптические среды, разного рода дефлекторы и светоклапанные устройства. Базисная логическая функция, с помощью которо й можно построить любой, сколь угодно сложный цифровой компьютер, имеет множество оптических реализаций. На рис унке 1 дан простой пример построения многовходовой функции ИЛИ-НЕ/И-НЕ с помощью линзы L и порогового устройства-инвертора N . Рисунок 1 – Построение ф ункци и ИЛИ-НЕ/И-НЕ Здесь в качестве порогового элемента можно использовать как оптическое светоклапанное устройство (переключающаяся бистабильная среда), так и простой фотоэлектронный приемник с нелинейной передаточной характеристикой (т . е . нелинейной зависимостью интенсивности выходного светового потока от входного). На рис унке 2 показан оптический процессор, реализующий преобразование входного вектор-строки в выходной вектор-столбец . Рисунок 2 – Преобра зование вектор-строки в вектор-с толбец Здесь LED – линейка светоизлучающих диодов. Они расположены на фокальной линии цилиндрической линзы L 1 . T – оптический транспарант с записанной на нем матрицей пропускания T ( i , j ) . Строки матрицы параллельны образующей первой линзы. L 2 – цилиндрическая линза, образующая которой параллельна столбцам матрицы транспаранта. Она собирает лучи, прошедшие через элементы одной строки, на одном пикселе многоэлементного фотоприемника D . Не трудно увидеть, что входной Х и выходной У вектора связ аны линейным преобразованием У = ТХ . В оптической системе возможна также обработка двумерных структур. На рисунке 3 представлена схема оптического процессора, реализующего операцию свертки двух изображений, которая лежит в основе работы многих устройств ассоциативной памяти и распознавания образов. Рисунок 3 – Свертка изображений Здесь S – плоский однородный источник света, L 1 и L 2 – сферические линзы, D – матричный фотоприемник, T 1 и T 2 – транспаранты, пропускание которых соответствует двум обрабатываемым изображениям. Распределение интенсивности излучения на матричном фотоприемнике пропорционально интегралу: J(x,y)= (T1(x-u, y-v) T2(u,v)) du dv . В предыдущих примерах свет выполнял ту роль, что и электроны в проводниках обычных микросхем. При этом в качестве «проводов» выступали геометрические лучи. Понятно, что с таким же успехом свет можно загнать в волновод и организовать вычислительную среду по принципам, близким к идеологии электронной полупроводниковой микросхемотехники. Этим занимается интегральная и волновая оптика. Принципиально новые возможности дает использование свойств пространственной когерентности излучения. Так, в когерентной оптике легко реализуются следующие математические операции над комплексными функциями двух переменных: умножение и деление, сложение и вычитание, интегрирование и дифференцирование, вычисление свертки и корреляции, преобразование Фурье, преобразование Гильберта, преобразование Френеля и ряд других, можно показать, что даже с помощью только двух базовых операций умножения и преобразования Фурье можно выполнить целую серию других (сложение и вычитание, дифференцирование, интегрирование с весом, свертка, изменение масштаба аргумента функции, восстановление функции из ее спектральной плотности и др.). Структура когерентного оптического процессора, так называемая 4 F -схема, приведена на рис унке 4. Здесь LS – лазерная осветительная система, формирующая широкий пучок когерентного излучения. T 1 и T 2 – амплитудно-фазовые транспаранты, модулирующие фазу и амплитуду проходящей световой волны. L 1 и L 2 – сферические линзы с фокусным расстоянием F . Результирующий сигнал считывается матричным фотоприемником D . Рисунок 4 – Когерентный оптический процессор Распределение амплитуды светового поля в плоскости фотодетектора пропорционально свертке амплитудного пропускания первого транспаранта с Фурье-образом амплитудного пропускания второго транспаранта. Процессоры такого типа используются в качестве комплексных пространственных фильтров в системе улучшения качества изображения, а также в системах распознавания образов. Фурье-спектр двумерного сигнала вычисляется с помощью линзы L и слоя пространства длиной F так, как показано на рис унке 5. Остальные элементы предназначены для ввода-вывода данных и освещения системы. Рисунок 5 – Вычисление Фурье-спектра двумерного сигнала Д ля обычного компьютера, использующего быстрый алгоритм Кули-Тьюки, длительность Фурье-преобразования растет с ростом точек дискретизации n пропорционально: n log ( n ) . В оптическом компьютере эта процедура даже в двумерном случае выполняется всего за один машинный такт, что делает оптический компьютер незаменимым для решения задач, требующих быстрой оценки ситуации и управления в реальном времени. 2 СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫЕ ОПТИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССОРЫ В настоящее время развитие методов и средств оптической обработки информации идет по пути создания специализированных аналоговых оптических вычислительных устройств для решения достаточно широкого круга прикладных задач. Можно выделить следующие 4 группы таких устройств в зависимости от выполняемых операций и их структуры. 1) Специализированные оптические процессоры, предназначенные для двумерного спектрального анализа изображений или многоканального спектрального анализа электрических сигналов. В простейшем случае (при разложении по Фурье) оптический анализатор спектра содержит всего одну линзу, устройство ввода и устройство вывода в виде матрицы фотодетекторов. 2) Специализированные оптические процессоры, предназначенные для выполнения операций линейной пространственной фильтрации над изображениями или многоканальной фильтрации над электрическими сигналами. Эти процессоры содержат две линзы, осуществляющие два последовательных Фурье-преобразования, устройства ввода и вывода и амплитудный фильтр-маску в частотной плоскости для модуляции пространственно-частотного спектра входного изображения требуемым образом. 3) Специализированные оптические процессоры, предназначенные для выполнения операций двумерного корреляционного анализа изображений или для многоканального корреляционного анализа электрических сигналов. Данные корреляторы обычно синтезируют на основе оптических схем пространственной фильтрации, в которых в качестве фильтров-масок используют так называемые голографические согласованные фильтры, представляющие собой фурье-голограммы опорного изображения или электрического сигнала. 4) Специализированные оптические процессоры, предназначенные для выполнения одномерных и двумерных интегральных преобразований Гильберта, Френеля и др. над электрическими сигналами или изображениями. Преобразования Гильберта могут быть реализованы, например, в двухлин зовой схеме пространственной фильтрации с помощью д ифракционных решеток со сбоем . В будущем просматривается создание универсальных оптических вычислительных устройств, как аналоговых, так и цифровых, пригодных для решения широкого класса задач. 2.1 СТРУКТУРНАЯ СХЕМА СПЕЦИАЛИЗИРОВАННОГО ОПТИЧЕСКОГО ПРОЦЕССОРА Структурная схема специализированного оптического процессора представлена на рисунке 6. Специализированный оптический процессор включает в себя источник когерентного света ( ОКГ ) , расширитель пучка, устройство ввода информации, собственно аналоговым оптический вычислитель (процессор), устройство вывода информации и запоминающее устройство. Рисунок 6 – Обобщенная структурная схема специализированного оптического процессора Устройство ввода служит для преобразовании подлежащей обработке информации в форму, удобную для использования в оптическом вычислителе, и его задачей является осуществление пространственной модуляции, сформированной расширителем пучка плоской монохроматической волны по амплитуде, фазе или поляризации в соответствии с обрабатываемыми сигналами. Таким образом, устройство ввода преобразует обрабатываемые сигналы, имеющие различную физическую природу, в когерентные оптические сигналы. Обычно обрабатываемые сигналы поступают в электрической или оптической форме. Для преобразования электрических сигналов в оптические используют ультразвуковые модуляторы света или электронно-лучевые трубки с экраном в виде термопластической мишени, электрооптического кристалла, катодохромного материала и др. При оптической обработке изображений устройство ввода должно преобразовывать изображение в некогерентном свете в изображение в когерентном свете. Такое преобразование можно осуществить, например, с помощью электрооптических или жидких кристаллов, которые в совокупности со слоем фотопроводника образуют сложную структуру типа: прозрачный металлический электрод - фотопроводник - кристалл - прозра чный металлический электрод . Аналоговый оптический вычислитель осуществляет над сфокусированным в устройстве ввода когерентным оптическим сигналом требуемую математическую операцию и представляет результат вычислений в виде некоторой световой картины, распределение комплексных амплитуд поля в которой связано с распределением поля на входе требуемым математическим соотношением. Для выполнения математических операций обычно используют амплитудные маски или голограммы, устанавливаемые в определенных местах оптической схемы, и с их помощью осуществляют пространственную модуляции поля по требуемому закону. Устройство вывода информации преобразует результат вычислений в электрический сигн ал для последующей обработки в Ц Э ВМ или ином электронном устройстве, либо регистрирует его на светочувствительный носитель (например, фотопленку). Для преобразования оптических сигналов в электрические обычно используют пространственно распределенные фотоприемники (например, передающие телевизионные трубки или матрицы фотодетекторов) либо одиночные дискретные фотоприемники в виде фотодиодов или фотоэлектронных умножителей. Запоминающее устройство (оптическое или голографическое) служит для хранения требуемого набора эталонных масок или голограмм и является обязательным функциональным блоком в оптико-электронных информационно-поисковых системах, а также в многофункциональных аналоговых оптических вычислительных устройствах. 2.2 СПЕКТРАЛЬНЫЙ АНАЛИЗ Операция преобразования Фурье над двумерными комплексными функциями является элементарной в когерентной оптике и осуществляется с помощью обычной сферической линзы (рис унок 7 ). Рисунок 7 – Схема двумерного оптического анализатора спектра пространственных частот Если в передней фокалькой плоскости линзы Л поместить транспарант, на котором записана некоторая функция g(х,у) в виде изменения амплитудного пропускания транспаранта, и осветить его плоской монохроматической волной единичной амплитуды, то распределение комплексных амплитуд в задней фокальной плоскости будет представлять собой фурье-образ этой функции с точностью до некоторого фазового множителя (1) или в символической записи Здесь и - пространственные частоты; о, з - координаты в задней фокальной плоскости; f - фокусное расстояние линзы; л - длина волны используемого света; f [ ] - оператор Фурье-преобразования. Соотношение (1) получено в предположении, что оптическая система является линейной, пространственно-инвариантной и работает в параксиальной области. Из этого соотношения следует, что обычная линза является анализатором спектра пространственных частот. Точность выполнения операции спектрального анализа зависит от степени выполнимости принятых допущений, величины аберраций линзы и составляет единицы процентов при использовании оптики, характеризующейся среднеквадратичным значением аберраций Д
1Архитектура и строительство
2Астрономия, авиация, космонавтика
 
3Безопасность жизнедеятельности
4Биология
 
5Военная кафедра, гражданская оборона
 
6География, экономическая география
7Геология и геодезия
8Государственное регулирование и налоги
 
9Естествознание
 
10Журналистика
 
11Законодательство и право
12Адвокатура
13Административное право
14Арбитражное процессуальное право
15Банковское право
16Государство и право
17Гражданское право и процесс
18Жилищное право
19Законодательство зарубежных стран
20Земельное право
21Конституционное право
22Конституционное право зарубежных стран
23Международное право
24Муниципальное право
25Налоговое право
26Римское право
27Семейное право
28Таможенное право
29Трудовое право
30Уголовное право и процесс
31Финансовое право
32Хозяйственное право
33Экологическое право
34Юриспруденция
 
35Иностранные языки
36Информатика, информационные технологии
37Базы данных
38Компьютерные сети
39Программирование
40Искусство и культура
41Краеведение
42Культурология
43Музыка
44История
45Биографии
46Историческая личность
47Литература
 
48Маркетинг и реклама
49Математика
50Медицина и здоровье
51Менеджмент
52Антикризисное управление
53Делопроизводство и документооборот
54Логистика
 
55Педагогика
56Политология
57Правоохранительные органы
58Криминалистика и криминология
59Прочее
60Психология
61Юридическая психология
 
62Радиоэлектроника
63Религия
 
64Сельское хозяйство и землепользование
65Социология
66Страхование
 
67Технологии
68Материаловедение
69Машиностроение
70Металлургия
71Транспорт
72Туризм
 
73Физика
74Физкультура и спорт
75Философия
 
76Химия
 
77Экология, охрана природы
78Экономика и финансы
79Анализ хозяйственной деятельности
80Банковское дело и кредитование
81Биржевое дело
82Бухгалтерский учет и аудит
83История экономических учений
84Международные отношения
85Предпринимательство, бизнес, микроэкономика
86Финансы
87Ценные бумаги и фондовый рынок
88Экономика предприятия
89Экономико-математическое моделирование
90Экономическая теория

 Анекдоты - это почти как рефераты, только короткие и смешные Следующий
- Что у вас есть покушать?
- У нас отличное кафе домашней кухни, вкусно как дома!
- Тогда мне пачку "Доширака", кипяток, бутылку "Жигулёвского" и сухарики с хреном.
Anekdot.ru

Узнайте стоимость курсовой, диплома, реферата на заказ.

Обратите внимание, реферат по радиоэлектронике "Оптические процессоры", также как и все другие рефераты, курсовые, дипломные и другие работы вы можете скачать бесплатно.

Смотрите также:


Банк рефератов - РефератБанк.ру
© РефератБанк, 2002 - 2016
Рейтинг@Mail.ru