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1、 白光信息处理白光信息处理 光计算光计算 1白光信息处理白光信息处理-调制调制 对对图图像像的的不不同同区区域域分分别别用用取取向向不不同同（角角不不同同）的的光光栅栅进进行行调调制制，用用白白光光照照射射，并并在在谱谱面面上上加加以以适适当当的的滤滤波波器器，可可在在输输出出面面上上得得到到所所需需的的彩色图像。光学系统采用彩色图像。光学系统采用4 4f f系统系统如如下下图图若若要要使使花花、叶叶、背背底底三三个个区区域域呈呈现现三三种种不不同同的的颜颜色色，可可在在同同一一张张胶胶片片上上曝曝三三次次光光，每每次次只只曝曝其其中中一一个个区区域域，并并在在其其上上覆覆盖盖某某一一取取向向
2、的的朗朗奇奇光光栅栅，三三次次分分别别取取三三个个不不同同的的取取向向，如如图图中中线线条条所所示示。将将这这样样的调制片输入的调制片输入4 4f f系统，用白色平行光照明系统，用白色平行光照明 2 调制的滤波与成像调制的滤波与成像物物被被不不同同取取向向的的光光栅栅所所调调制制，在在频频谱谱面面上上得得到到的的将将是是取取向向不不同同的的带带状谱状谱用用白白光光照照明明，所所以以各各级级频频谱谱呈呈现现出出的的是是色色散散的的彩彩带带，由由中中心心向向外外按按波长从小到大的顺序排列波长从小到大的顺序排列带带通通滤滤波波器器实实际际上上是是一一个个被被打打了了孔孔的的光光屏屏。在在代代表表花花
3、、叶叶、背背底底信信息的谱带上分别在红色、绿色、黄色位置打孔息的谱带上分别在红色、绿色、黄色位置打孔为为避避免免因因色色区区形形状状与与孔孔的的形形状状不不匹匹配配而而引引起起“混混频频”现现象象，可可在在孔孔上放置相应的滤色片，以提高色纯度上放置相应的滤色片，以提高色纯度在在像像平平面面上上可可得得到到彩彩色色图图像像：红红花花、绿绿叶叶、黄黄背背景景。若若改改变变滤滤波波器器上孔的位置，可变换出各种不同的颜色搭配上孔的位置，可变换出各种不同的颜色搭配 3 调制实验的彩照调制实验的彩照 4用黑白胶片保存彩色像用黑白胶片保存彩色像 彩彩色色胶胶片片使使用用的的化化学学染染料料不不能能耐耐久久而
4、而存存在在褪褪色色问问题题，人人们们只只能能不不厌厌其其烦烦地连年复制，这对于大量彩色图片的长期保存造成极大的困难地连年复制，这对于大量彩色图片的长期保存造成极大的困难在在远远距距离离彩彩色色摄摄影影中中，色色彩彩鲜鲜艳艳程程度度会会随随目目标标距距离离的的增增大大而而降降低低，呈呈现现“褪色褪色”现象现象对对于于超超过过1515公公里里以以上上的的目目标标，即即使使在在晴晴朗朗天天气气，也也无无法法拍拍摄摄出出色色保保真真度度很很高高的的照照片片，这这对对于于卫卫星星运运载载的的信信息息采采集集、军军事事目目标标的的远远距距离离跟跟踪踪以以及及其它目的的远距离摄影都造成了困难其它目的的远距离
5、摄影都造成了困难黑黑白白胶胶片片具具有有长长期期保保存存的的能能力力，将将彩彩色色的的图图像像信信息息用用黑黑白白胶胶片片保保存存，使使用用时时通通过过光光学学手手段段将将彩彩色色信信息息加加以以恢恢复复，不不仅仅有有科科学学意意义义，还还会会带带来来可可观的经济和社会效益观的经济和社会效益早在早在2020世纪世纪7070年代末，就提出了黑白胶片保存彩色胶片的年代末，就提出了黑白胶片保存彩色胶片的 调制方法调制方法5彩色图像的编码和存储彩色图像的编码和存储 利利用用计计算算机机技技术术在在同同一一块块材材料料上上制制作作“三三色色光光栅栅”，等等价价于于将将三三套套取取向向不不同同且且颜颜色色
6、分分别别为为三三原原色色的的一一维维朗朗奇奇光光栅栅重重合合在在一一起起制制成成的的复复合合光光栅栅。将将这这种种“三三色色光光栅栅”直直接接复复盖盖在在黑黑白白胶胶片片上上无无需需另另加加滤滤色色片和编码光栅，只需曝光一次，就可完成彩色编码和存储操作片和编码光栅，只需曝光一次，就可完成彩色编码和存储操作 6彩色图像的恢复彩色图像的恢复解码解码 解解码码操操作作白白光光处处理理系系统统是是一一个个白白光光照照明明的的4 4f f 系系统统。图图中中S S为为白白光光光光源源，经经L L1 1准准直直照照明明置置于于物物面面上上的的黑黑白白胶胶片片，空空间间滤滤波波器器置置于于频频谱谱面面上上，
7、在在像像平平面面得到彩色图像输出得到彩色图像输出由由于于黑黑白白胶胶片片被被三三套套取取向向不不同同的的光光栅栅所所调调制制，因因而而，谱谱面面上上三三个个不不同同取取向向的的频频谱谱分分别别载载有有红红、绿绿、蓝蓝三三种颜色的信息种颜色的信息7黑白胶片保存彩色像的应用前景黑白胶片保存彩色像的应用前景 1 1）彩色胶片的存储：）彩色胶片的存储：大大量量的的彩彩色色电电影影胶胶片片、彩彩色色图图片片资资料料利利用用这这种种编编码码方方法法，可可翻翻制制成成黑黑白编码片长期保存，信息不会丢失白编码片长期保存，信息不会丢失2 2）褪色图像的恢复：）褪色图像的恢复：目目标标图图像像由由于于距距离离太太
8、远远而而会会呈呈现现“褪褪色色”现现象象，使使用用这这种种白白光光信信息息处处理技术可以使呈现理技术可以使呈现“褪色褪色”色彩的恢复。色彩的恢复。如如可可以以不不再再用用黑黑白白胶胶片片作作为为载载体体，在在许许多多领领域域将将获获得得更更实实时时更更灵活的应用灵活的应用8黑白图像的白光密度假彩色编码黑白图像的白光密度假彩色编码 人人眼眼对对黑黑白白图图像像的的灰灰度度只只能能分分辨辨出出1520个个等等级级，人人眼眼对对颜颜色色的的分分辨辨能能力力却却大大得得惊惊人人，将将灰灰度度等等级级转转换换为为颜颜色色等等级级，可可大大大大提提高高人人们们对对图图像像的识别能力的识别能力所所谓谓“白白
9、光光密密度度”指指与与“灰灰度度”相相应应，所所谓谓“假假彩彩色色编编码码”是是指指输输出出片片的色彩仅由输入片的的色彩仅由输入片的“白光密度白光密度”确定，并非真实色彩确定，并非真实色彩假彩色编码的方法有很多，这里仅举一例。具体编码方法如下图假彩色编码的方法有很多，这里仅举一例。具体编码方法如下图 9假彩色显示假彩色显示 将将编编码码片片输输入入白白光光处处理理系系统统，频频谱谱面面上上放放置置滤滤波波器器，只只允允许许+1+1级级通通过过（滤波器的选取不是唯一的，也可以仅允许零级通过）滤波器的选取不是唯一的，也可以仅允许零级通过）编码片是位相型的，光波位相被输入片的乳胶厚度所调制编码片是位
10、相型的，光波位相被输入片的乳胶厚度所调制输输出出面面的的空空间间光光强强分分布布一一方方面面与与位位相相调调制制的的程程度度有有关关，另另一一方方面面与与照照明明光光波波波波长长有有关关。当当用用白白光光照照明明时时，透透过过编编码码片片的的光光束束经经位位相相调调制制后后的的振振幅分布是波长的函数幅分布是波长的函数不不同同波波长长到到达达输输出出面面具具有有各各自自不不同同的的强强度度分分布布，对对应应各各波波长长的的暗暗区区都都不不会重叠在空间同一位置，因此，输出面便呈现一幅彩色图像会重叠在空间同一位置，因此，输出面便呈现一幅彩色图像输输出出图图像像上上的的色色彩彩便便直直接接反反应应了了
11、黑黑白白底底片片的的白白光光密密度度，而而位位相相每每改改变变一一个个微微小小量量，输输出出图图像像就就会会在在颜颜色色上上呈呈现现一一个个较较明明显显的的变变化化。因因 而而，用用这一方法得到的假彩色显示对灰度等级是十分灵敏的。这一方法得到的假彩色显示对灰度等级是十分灵敏的。10假彩色编码应用举例假彩色编码应用举例 假假彩彩色色编编码码技技术术在在医医学学上上可可用用于于对对人人体体器器官官病病变变的的早早期期诊诊断断，例例如如用用于于早早期期肺肺癌癌诊诊断断，用用假假彩彩色色编编码码技技术术对对肺肺部部X X光光透透视视片片（黑黑白白）进进行行处处理理，把把医医生生用用眼眼睛睛无无法法辨辨
12、别别的的灰灰度度差差别别变变换换成成明明显显的的颜颜色色差差别显现出来别显现出来假彩色编码用于卫星遥感图像分析：假彩色编码用于卫星遥感图像分析：用用于于对对广广大大牧牧区区草草场场情情况况的的监监测测，可可敏敏感感地地发发现现牧牧区区草草场场退退化化的的灾灾情和发生的位置情和发生的位置地地形形地地貌貌卫卫片片的的分分析析，可可以以敏敏感感地地监监测测洪洪水水灾灾害害、森森林林火火灾灾的的情情况况，或大陆架的变迁或大陆架的变迁11多重像的产生多重像的产生 用用相相干干光光信信息息处处理理产产生生多多重重像像由由于于相相干干噪噪声声的的干干扰扰存存在在噪噪声声而而影影响响了了它它的应用的应用用用白
13、白光光处处理理系系统统可可以以有有效效地地消消除除这这类类噪噪声声，获获得得比比较较“干干净净”的的多多重重像像，处理手段成本低廉处理手段成本低廉采采用用白白光光照照明明的的4f系系统统，在在输输入入面面上上放放置置物物透透明明片片f（x，y），其其上上覆覆盖盖一一维维正正弦弦光光栅栅g0（x，y），用用于于调调制制物物函函数数。到到达达频频谱谱面面时时是是两两者者频频谱谱的卷积的卷积 u2=F（fx，fy）*G0（fx，fy）由于白光的作用，谱面上除零级谱为白色外。其余均呈现为彩虹色带由于白光的作用，谱面上除零级谱为白色外。其余均呈现为彩虹色带滤滤波波器器选选取取一一组组频频率率不不同同的的
14、一一维维正正弦弦光光栅栅gi（i=r、g、b）用用于于对对正正一一级级频频谱谱彩彩带带中中不不同同波波长长的的频频谱谱进进行行调调制制，产产生生三三组组衍衍射射像像的的零零级级像像重重合合在在坐坐标标中中央央，形形成成白白色色像像，而而三三组组的的正正、负负一一级级像像以以不不同同的的间间隔隔分分布布在在两侧两侧 12白光信息处理输出多重像示意图白光信息处理输出多重像示意图 13光计算光计算 光光计计算算以以光光子子代代替替电电子子作作为为载载体体进进行行信信息息采采集集、传传输输、存存储储和和处处理理。光光子比电子传输速度快，而且抗干扰能力强子比电子传输速度快，而且抗干扰能力强最突出的一点是
15、它的巨大的并行处理能力最突出的一点是它的巨大的并行处理能力一一般般情情况况下下，不不同同波波长长、不不同同偏偏振振态态、不不同同波波型型的的光光即即使使相相遇遇、交交叉叉、同路都各自独立、互不干扰，因而它具有高度的并行能力同路都各自独立、互不干扰，因而它具有高度的并行能力光光子子可可在在自自由由空空间间传传播播，甚甚至至可可在在真真空空中中传传播播，不不象象电电子子那那样样只只能能被被束束缚在导线中，况且光子在传播中能量损耗很小缚在导线中，况且光子在传播中能量损耗很小由于光子不带电荷，因而它不受电磁场的干扰，传播速度与光速等量级由于光子不带电荷，因而它不受电磁场的干扰，传播速度与光速等量级14
16、光学矩阵运算光学矩阵运算 光光学学矩矩阵阵运运算算是是指指用用光光学学方方法法直直接接进进行行数数学学矩矩阵阵运运算算。计计算算机机求求解解线线性性方方程程组组、线线性性微微分分方方程程，以以及及解解卷卷积积运运算算和和线线性性变变换换等等，最最终终都都可可化化为为矩矩阵阵运运算算，因因而而矩矩阵阵运运算算可可看看作作计计算算问问题题中中最最有有用用也也是是最最基基本本的的运运算算问问题之一题之一对对于于两两个个N N N N的的矩矩阵阵相相乘乘问问题题，共共需需进进行行n n3 3次次乘乘法法和和n n3 3次次加加法法，用用电电子子计算机进行计算，计算机进行计算，2 2n n3 3次计算操
17、作才能完成次计算操作才能完成利利用用具具有有高高度度并并行行能能力力的的光光计计算算去去完完成成，只只需需n n次次计计算算操操作作甚甚至至只只需需一一次操作即可完成次操作即可完成,速度上极具优势速度上极具优势光光学学矩矩阵阵运运算算可可分分为为内内乘乘法法和和外外乘乘法法两两类类；从从输输入入输输出出方方式式及及使使用用的的调调制制器器件件的的不不同同，又又可可分分为为许许多多类类，如如掩掩模模调调制制系系统统、声声光光调调制制系系统统和和电电光调制系统等光调制系统等 15一维矩阵和二维矩阵的乘法一维矩阵和二维矩阵的乘法 一维和二维矩阵相乘运算由下式确一维和二维矩阵相乘运算由下式确 C=A
18、B a11 a12 a1N 其中：其中：A=a21 a22 a2N aM1 aM2 aMN B=b1 b2 bN T T为转置符号为转置符号 积矩阵积矩阵C的元素由下式确定：的元素由下式确定：Ci=a i1 b 1+a i2 b 2+a iN b N 16矩阵运算的掩模光学系统矩阵运算的掩模光学系统 LED是是有有N 个个发发光光管管组组成成的的阵阵列列，每每一一个个元元素素发发射射的的光光束束bj 经经竖竖直直均均匀匀扩扩散散，到到达达掩掩模模M上上（其其上上有有MN个个子子单单元元）与与之之对对应应的的列列元元素素aij，掩掩模模后后得得到到对对应应元元素素的的乘乘积积aijbj，经经光光
19、学学元元件件在在水水平平方方向向上上会会聚聚到到接接收收器器阵列阵列D的相应单元上，实现了水平方向上所有乘积的相加运算的相应单元上，实现了水平方向上所有乘积的相加运算 17声光调制矩阵运算系统声光调制矩阵运算系统 利利用用声声光光调调制制器器依依次次输输入入单单个个矩矩阵阵元元素素，用用于于调调制制由由LEDLED或或另另一一声声光光调调制制器器以以特特定定脉脉动动模模式式输输入入的的另另一一矩矩阵阵光光脉脉冲冲，达达到到各各元元素素依依次次相相乘乘的的目目的的，再再利利用用可可移移动动CCDCCD实实现现相相应应项项的的相相加加，达达到到矩矩阵阵与与矩矩阵阵相相乘乘的的运运算算结果。这种方法
20、的弱点是并行性较差，优点是实时可变性好结果。这种方法的弱点是并行性较差，优点是实时可变性好18光学互连光学互连 互连是指计算机内部芯片上逻辑门之间、芯片和芯片之间、处理器和处互连是指计算机内部芯片上逻辑门之间、芯片和芯片之间、处理器和处理器之间的相互连接，也称互连通信理器之间的相互连接，也称互连通信电子计算机芯片的尺寸越做越小电子计算机芯片的尺寸越做越小,每个芯片上的逻辑门数量越做越多每个芯片上的逻辑门数量越做越多，计算机性能的限制已不再来源于晶体管和逻辑门器件的速度，而主要在计算机性能的限制已不再来源于晶体管和逻辑门器件的速度，而主要在于互连于互连对于这种大得惊人的互连数的要求，电子学手段已
21、显得力不从心对于这种大得惊人的互连数的要求，电子学手段已显得力不从心光具有高度并行性，具有极强的抗电磁干扰能力，传播速度极快，它的光具有高度并行性，具有极强的抗电磁干扰能力，传播速度极快，它的功耗极低，带宽很宽，还能实现动态互连功耗极低，带宽很宽，还能实现动态互连光学互连技术的研究和发展主要应解决两方面问题，一是光学互连模式，光学互连技术的研究和发展主要应解决两方面问题，一是光学互连模式，二是光学互连器件二是光学互连器件 19光学互连的分类光学互连的分类 光学互连分类的方法一般分为纯光型和光电混合型两类光学互连分类的方法一般分为纯光型和光电混合型两类光电混合型互连同时把光学元件和光电子学元件连
22、接在互连系统中光电混合型互连同时把光学元件和光电子学元件连接在互连系统中共同完成互连通信的任务。共同完成互连通信的任务。纯光型光学互连全部利用光学元件构成互连系统，又可分为自由空纯光型光学互连全部利用光学元件构成互连系统，又可分为自由空间互连、光纤互连和集成光波导互连三类间互连、光纤互连和集成光波导互连三类 20光学神经网络光学神经网络 现现代代电电子子计计算算机机的的高高速速度度和和高高精精度度已已远远远远超超出出人人的的生生理理极极限限，但但是是传传统统的的电电子子计计算算机机由由于于只只能能按按规规定定的的算算法法和和固固定定的的程程序序进进行行运运算算，因因而而在在完完成诸如学习、推理
23、、识别、联想等智能化运算问题时便遇到了很大障碍成诸如学习、推理、识别、联想等智能化运算问题时便遇到了很大障碍生生物物神神经经网网络络系系统统是是一一部部极极理理想想的的“计计算算机机”，其其存存储储信信息息的的容容量量之之大大、综综合合信信息息的的速速度度之之快快、处处理理信信息息的的精精度度之之高高、修修正正误误差差的的能能力力之之强强是是电电子计算机所无法相比的子计算机所无法相比的二十世纪二十世纪4040年代，人们开始了对神经网络模型的研究，提出了神经网络年代，人们开始了对神经网络模型的研究，提出了神经网络算法，直至算法，直至7070年代末相继提出了年代末相继提出了5050多种神经网络模型
24、，多种神经网络模型，8080年代中期，随年代中期，随着光计算研究的兴起，光学神经网络也被提上了研究日程，光学因其高着光计算研究的兴起，光学神经网络也被提上了研究日程，光学因其高速度和高度并行的特性而倍受人工神经网络研究领域的青睐速度和高度并行的特性而倍受人工神经网络研究领域的青睐21神经元神经元 生生物物学学研研究究指指出出，人人体体拥拥有有的的神神经经细细胞胞总总数数估估计计达达10101010 10101212量量级级，每每个个神神经经元元的的表表面面有有数数千千甚甚至至上上万万个个称称为为“突突触触”的的小小突突起起，由由它它们们完完成成神神经经细细胞胞间间传传递递信信息息的的任任务务，
25、形形成成“互互连连”关关系系，亿亿万万个个这这样样的的互互连连便便构成了构成了“神经网络神经网络”神神经经细细胞胞也也称称神神经经元元，其其本本身身的的结结构构和和功功能能并并不不复复杂杂，但但它它表表面面的的突突触触可可不不受受干干扰扰而而独独立立工工作作，因因而而实实现现了了神神经经元元之之间间高高密密度度并并行行的的、三三维维空空间形式的互连间形式的互连每每个个神神经经元元均均具具有有兴兴奋奋和和抑抑制制两两种种状状态态，且且它它总总是是受受到到周周围围神神经经元元的的作作用用，当当这这种种作作用用的的“强强度度总总和和”超超过过其其本本身身的的“激激励励阈阈值值”时时，它它处处于于兴奋
26、态，低于该阈值时则处于抑制态兴奋态，低于该阈值时则处于抑制态每每个个神神经经元元总总是是在在不不断断地地施施加加影影响响于于其其它它神神经经元元，同同时时又又不不断断受受其其它它神神经元的作用而修正自身的状态经元的作用而修正自身的状态22神经网络原理神经网络原理神神经经网网络络系系统统是是以以一一种种群群体体的的力力量量发发挥挥作作用用的的，大大脑脑的的记记忆忆存存储储在在整整个个网网络络中中，与与单单个个神神经经元元无无关关，即即使使由由于于新新陈陈代代谢谢而而每每天天有有大大量量的的神神经经细细胞胞死死亡亡，也也不不会会削削弱弱已已经经存存储储的的记记忆忆，也也不不会会由由于于某某些些神神
27、经经元元的的功功能能性性故障而影响计算结果的正确性故障而影响计算结果的正确性 在神经网络里每个神经元不断相互作用，直到整个网络达到稳定为止在神经网络里每个神经元不断相互作用，直到整个网络达到稳定为止 当当网网络络系系统统受受到到外外部部激激励励时时，稳稳定定被被打打破破，新新的的稳稳定定重重新新建建立立。网网络络内内部的这种运动特征形成了它具有记忆、识别等特殊功能部的这种运动特征形成了它具有记忆、识别等特殊功能 每个神经元的响应速度很慢，神经元间信息传递的速度也十分有限，约每个神经元的响应速度很慢，神经元间信息传递的速度也十分有限，约为为1010-2-2秒量级秒量级,比计算机的开关速度比计算机
28、的开关速度(10(10-6-6秒量级秒量级)慢得多慢得多然而神经网络以其三维空间密集型的高水平的并行连接弥补了低水平的然而神经网络以其三维空间密集型的高水平的并行连接弥补了低水平的响应速度的不足，使其处理大量信息的能力和速度均达到惊人的水平响应速度的不足，使其处理大量信息的能力和速度均达到惊人的水平 23HopfieldHopfield神经网络数理模型神经网络数理模型 Hopfield模模型型以以较较简简单单的的形形式式描描述述了了神神经经网网络络的的行行为为并并具具有有较较好好的的收收敛敛性性，把把神神经经元元的的兴兴奋奋和和抑抑制制状状态态分分别别用用态态函函数数Vi=1和和Vi=0表表示
29、示（i为为网网络络中中神神经经元元序序号号）；用用一一个个互互连连矩矩阵阵T表表示示神神经经元元间间的的互互连连强强度度的的权权重重，矩矩阵阵元元素素Tij表表示示第第j个个神神经经元元对对第第i个个神神经经元元的的作作用用强强度度权权重重值值，它它由由已已经存储于网络中的记忆所决定，其关系如下式：经存储于网络中的记忆所决定，其关系如下式：Tij=0 (i=j)式式中中V m(m=1,2,，M)表表示示第第m个个存存储储的的记记忆忆（用用矢矢量量形形式式表表示示），为为存存储储记记忆忆的的总总数数。这这表表示示记记忆忆是是以以外外积积矩矩阵阵的的方方式式被被存存储储的的。网网络络中中第第i个神
30、经元的状态由其它神经元作用总和确定：个神经元的状态由其它神经元作用总和确定：方括号及下标方括号及下标th表示神经元的阈值操作表示神经元的阈值操作 24 HopfieldHopfield与光学神经网络系统示意图与光学神经网络系统示意图 左图是左图是HopfieldHopfield设计的循环迭代系统，可以模拟神经网络的计算设计的循环迭代系统，可以模拟神经网络的计算公式，并用非线性元件来模拟神经元的阈值运算功能，其中公式，并用非线性元件来模拟神经元的阈值运算功能，其中i i和和i i分别代表神经元的输出端和输入端，分别代表神经元的输出端和输入端，NLRNLRi i代表神经元代表神经元,U Ui i表
31、示第表示第i i个神经元所获得的互连强度总和，右图是其光学模拟系统个神经元所获得的互连强度总和，右图是其光学模拟系统 25光学神经网络实验系统光学神经网络实验系统 光学神经网络实验系统主体是一个光学矢量光学神经网络实验系统主体是一个光学矢量矩阵乘法器矩阵乘法器LED是是发发光光二二极极管管阵阵列列，用用于于光光学学数数据据输输入入；掩掩模模的的透透过过率率与与该该网网络络的的互连矩阵互连矩阵Tij相应；相应；PD是接收器阵列是接收器阵列系系统统可可用用于于联联想想识识别别功功能能的的模模拟拟，即即用用一一个个不不完完整整的的记记忆忆输输入入神神经经网网络络系统，可使其激励（联想）出某个预先已存
32、储于网络中的完善记忆系统，可使其激励（联想）出某个预先已存储于网络中的完善记忆运运算算时时，当当一一个个输输入入矢矢量量V*由由LED送送入入网网络络后后，PD上上接接收收到到矢矢量量与与矩矩阵的乘积，形成第一次迭代的结果：阵的乘积，形成第一次迭代的结果：借借助助于于电电子子学学器器件件对对输输出出结结果果进进行行阈阈值值处处理理，增增益益后后反反馈馈至至输输入入端端进进行行下一次迭代，多次反复后输出将稳定于某一个值下一次迭代，多次反复后输出将稳定于某一个值V mo实验结果表明，用光学方法可以成功地模拟神经网络某些功能，实验结果表明，用光学方法可以成功地模拟神经网络某些功能，26全光型联想识别
33、系统全光型联想识别系统 上上图图系系统统主主要要存存储储元元件件是是全全息息图图H实实际际上上是是M个个存存储储图图像像的的匹匹配配滤滤波波器器重重叠叠在在一一张张全全息息图图上上，记记录录时时通通过过M次次曝曝光光，分分别别存存储储M个个图图像像，每个子全息图具有不同的空间频率，相当于神经网络的外积每个子全息图具有不同的空间频率，相当于神经网络的外积27全光型联想识别系统原理全光型联想识别系统原理在在4f 系系统统的的输输出出平平面面上上将将得得到到输输入入图图像像与与每每个个存存储储图图像像的的光光学学互互相相关信号，两者相似性程度越高，互相关信号就越强关信号，两者相似性程度越高，互相关信
34、号就越强将将一一个个位位相相共共轭轭反反射射镜镜PCM1置置于于该该平平面面上上，它它的的功功能能是是对对接接收收到到的的信号进行非线性处理，突出强项消除弱项，然后共轭返回信号进行非线性处理，突出强项消除弱项，然后共轭返回第二次迭代后由第二次迭代后由PCM2再行筛选，选出最强的互相关信号再行筛选，选出最强的互相关信号在在系系统统的的输输出出端端即即可可得得到到完完善善的的被被检检索索结结果果，该该系系统统可可用用于于识识别别不不完整的或畸变的图像，输出时使其恢复原形完整的或畸变的图像，输出时使其恢复原形当当用用输输入入图图像像对对网网络络进进行行检检索索时时，即即可可得得到到与与之之相相关关的
35、的一一个个或或多多个个联想图像。这一点与大脑的联想功能极为相似联想图像。这一点与大脑的联想功能极为相似28光学神经网络的发展方向光学神经网络的发展方向全全光光型型的的神神经经网网络络系系统统种种类类很很多多，但但目目前前发发展展较较快快的的还还是是光光电电混混合合型型居居多多目目前前的的主主要要工工作作重重点点在在两两个个方方面面，一一是是进进一一步步完完善善神神经经网网络络模模型型的的理理论论，努力缩短人工模型和生物模型之间在功能上的差距努力缩短人工模型和生物模型之间在功能上的差距二二是是研研制制实实时时性性好好、响响应应速速度度快快的的存存储储器器件件和和功功能能元元件件，研研制制性性能能优优良良的空间光调制器、光学增益和光学阈值开关阵列等元器件。的空间光调制器、光学增益和光学阈值开关阵列等元器件。光光学学神神经经网网络络的的研研究究近近几几年年发发展展很很快快，已已有有一一些些小小型型的的光光学学处处理理器器和和原原型型机机问问世世。然然而而，要要想想在在理理论论上上和和技技术术上上有有重重大大突突破破，实实现现完完善善的的光光学学人工智能机，还须经历漫长而艰苦的道路人工智能机，还须经历漫长而艰苦的道路 29