JP2889275B2 - Optical associative identification device - Google Patents
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Description
【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、光情報処理の分野において利用される学習
可能な光学的連想識別装置に関する。Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a learnable optical associative identification device used in the field of optical information processing.
[従来の技術及び発明が解決しようとする問題点] 従来、光学的に情報を連想、識別、分類する方法とし
て、第2図に示す方法が提案されていた。この方法は、
ホップフィールド(Hopfield)モデルを光学的に実現す
るために考えられたものである。ホップフィールドモデ
ルは、行列ベクトル演算と閾値処理及び非線形フィード
バック系によって、構成されるので、光学的には、ニュ
ーロンの状態に対応して、LEDアレイ21より発光された
光をマイクロレンズアレイ22により各LEDアレイ素子21
に対応したマスク24の各画素に結像させ、シリンドリカ
ルレンズ23により一次元的に広げ、透過率の考えられる
マスク24との積演算を行なった後、再び、シリンドリカ
ルレンズ25を、シリンドリカルレンズ23の方向と垂直な
方向に配置して光束を収光し、更に、シリンドリカルレ
ンズ26により、PDアレイ5上に収束させて、和演算を行
なう。このPDアレイ5の各素子の出力は、次段のニュー
ロン群の出力を表わしている。ニューロンの各状態は、
+1か或いは−1の状態をとるが、光学的に負の状態を
実現するのは、困難なので、+1の状態を有するニュー
ロン群の出力と−1の状態を有するニューロン群の出力
に対して、前記装置を2系統用意し、別個に計算した後
に、電気的に差算を行ない、その後、閾値処理を行な
い、前記LEDアレイ21にフィードバックしていた。[Problems to be Solved by Conventional Technique and Invention] Conventionally, as a method for optically associating, identifying, and classifying information, a method shown in FIG. 2 has been proposed. This method
It was conceived to realize the Hopfield model optically. Since the Hopfield model is configured by matrix vector calculation, threshold processing, and a non-linear feedback system, optically, according to the state of neurons, light emitted from the LED array 21 is transmitted by the microlens array 22 to each of them. LED array element 21
After forming an image on each pixel of the mask 24 corresponding to the above, one-dimensionally expanding by the cylindrical lens 23 and performing a product operation with the mask 24 having a possible transmittance, the cylindrical lens 25 is again connected to the cylindrical lens 23. The light flux is collected by arranging the light beam in a direction perpendicular to the direction, and further converged on the PD array 5 by the cylindrical lens 26 to perform a sum operation. The output of each element of the PD array 5 represents the output of the next-stage neuron group. Each state of the neuron is
Although it takes a state of +1 or -1, it is difficult to realize an optically negative state, so that the output of the group of neurons having the state of +1 and the output of the group of neurons having the state of -1 are: After two systems of the devices were prepared and separately calculated, an electrical subtraction was performed, and then a threshold process was performed, and the results were fed back to the LED array 21.
ところが、この方法では、各ニューロンに対して、+
1か或いは−1の状態を表現させる必要があるため、前
記装置を2系統用意しなくてはならないので、装置が複
雑にならざるを得なかった。However, in this method, +
Since it is necessary to express the state of 1 or -1, two systems of the device have to be prepared, so that the device has to be complicated.
また、マイクロレンズアレイやシリンドリカルレンズ
を配置するために、光学的な調整を正確にしなくては、
正しい演算結果を導くことができなかった。また、前記
装置は、一層のパーセプトロンに相当するが、これでは
一般的に知られているように、EXORの演算を行なうこと
が、理論的に不可能であり、従って、この演算を行なう
ためには、少なくとも、三層構造にする必要があった。
この場合、更に、前記問題点が増長された。Also, in order to arrange the micro lens array and the cylindrical lens, it is necessary to make the optical adjustment accurate,
A correct operation result could not be derived. Further, the device corresponds to a single-layer perceptron, but it is theoretically impossible to perform an EXOR operation as is generally known. Required at least a three-layer structure.
In this case, the above-mentioned problem is further increased.
本発明は、上記の問題点を解決するために為されたも
ので、シリンドリカルレンズを用いたり、興奮性ニュー
ロンと抑制性ニューロンとの2つに分けて、2系統の光
学系を使用することなく、簡単な構成で、学習可能な連
想識別装置とすることができる光学的装置を提供するこ
とを目的にする。The present invention has been made in order to solve the above-described problems, and does not use a cylindrical lens or separate the excitatory neuron and the inhibitory neuron into two, and without using two optical systems. It is an object of the present invention to provide an optical device that can be used as an associative identification device that can be learned with a simple configuration.
[問題点を解決するための手段] 本発明は、上記の技術的な課題の解決のために、 少なくとも、コヒーレント光を発生させる光源と、光
学的相互相関的係数を検出する1つ或いは複数の検出手
段(例えば1から7)と、前記検出手段に含まれる画像
表示領域から出力される光複素振幅分布を変化させる変
調手段(例えば、7)よりなり、 前記検出手段(例えば1から7)は、入力パターンを
光複素振幅分布に変換するパターン提示部分を有し、前
記パターン提示部分が、少なくとも空間的に3分割され
た画像表示領域(例えば1a、1b、1c)より成り、前記3
分割された画像表示領域の第1の画像表示領域(例えば
1a)では、入力される第1の入力パターンに応じて、連
続的に出力光複素振幅を変化させられ、第2及び第3の
画像表示領域(例えば1b、1c)では、入力される第2及
び第3の入力パターンに応じ、2値に出力光複素振幅を
変化させられる第1の空間光変調器群(例えば1)と、
前記第1の空間光変調器群(例えば1)を経て出力され
る出力光複素振幅の二次元的分布パターンの第1のフー
リエ変換像を得る手段(例えば2)と、前記第1のフー
リエ変換像の強度パターンを検出する第1の受光手段
(例えば3)と、前記第1の受光手段により得た強度パ
ターンを第2の空間光変調器(例えば4)に書き込み、
それをコヒーレント光で読み出し、第2の出力光複素振
幅の二次元的分布パターンを得る手段(例えば4の出力
光)と、前記第2の出力光複素振幅の二次元的分布パタ
ーンのフーリエ変換像(例えば5による)の強度パター
ン(例えば6の出力)より、前記第1の空間光変調器群
の前記3分割された画像表示領域の第1の画像表示領域
に描かれたパターンに対する第2の画像表示領域に描か
れたパターンの相互相関的係数と第1の画像表示領域に
描かれたパターンに対する第3の画像表示領域に描かれ
たパターンの相互相関的係数を求め、該相互相関的係数
の差ををとり、ある閾値以上の値を有する前記相互相関
的係数の差に対応する画素を明状態にして、第2の入力
パターンとし、前記ある閾値以下の値を有する画素を明
状態にして、第3の入力パターンとする手段(例えば7
内の計算)よりなり、前記変調手段は、前記相互相関的
係数が望ましい出力となるように、前記1つ乃至複数の
検出手段に含まれる各々の第1の画像表示領域のパター
ンを変化させる手段(例えば7から1への出力)と、第
2の入力パターンと第3の入力パターンを各々の第2及
び第3の画像表示領域の変調入力とする手段(例えば7
から1への出力)により構成されることを特徴とする光
学的連想識別装置を提供する。Means for Solving the Problems In order to solve the above technical problem, the present invention provides at least a light source for generating coherent light and one or more light sources for detecting an optical cross-correlation coefficient. A detection unit (for example, 1 to 7); and a modulation unit (for example, 7) for changing the optical complex amplitude distribution output from the image display area included in the detection unit. A pattern presenting part for converting an input pattern into an optical complex amplitude distribution, wherein the pattern presenting part comprises at least spatially divided image display areas (for example, 1a, 1b, 1c);
The first image display area of the divided image display area (for example,
In 1a), the output light complex amplitude is continuously changed in accordance with the input first input pattern. In the second and third image display areas (for example, 1b and 1c), the input second light input amplitude is changed. A first spatial light modulator group (for example, 1) capable of changing the output light complex amplitude into two values according to the third input pattern and
Means (for example, 2) for obtaining a first Fourier transform image of a two-dimensional distribution pattern of output light complex amplitude output through the first spatial light modulator group (for example, 1); and the first Fourier transform A first light receiving means (for example, 3) for detecting an intensity pattern of an image, and an intensity pattern obtained by the first light receiving means are written to a second spatial light modulator (for example, 4);
Means for reading it out with coherent light to obtain a two-dimensional distribution pattern of the second output light complex amplitude (for example, four output lights), and a Fourier transform image of the two-dimensional distribution pattern of the second output light complex amplitude From the intensity pattern (e.g., according to 5) (e.g., output of 6), a second pattern corresponding to the pattern drawn in the first image display area of the three divided image display areas of the first spatial light modulator group is obtained. A cross-correlation coefficient of the pattern drawn in the image display area and a cross-correlation coefficient of the pattern drawn in the third image display area with respect to the pattern drawn in the first image display area are obtained. Take the difference, and set the pixels corresponding to the difference between the cross-correlation coefficients having a value equal to or greater than a certain threshold to a bright state, and use the pixels as the second input pattern, and set the pixels having a value equal to or less than the certain threshold to a bright state. And the third Means for the input pattern (e.g., 7
Wherein the modulating means changes the pattern of each first image display area included in the one or more detecting means so that the cross-correlation coefficient has a desired output. (E.g., output from 7 to 1), and means (e.g., 7) for setting the second input pattern and the third input pattern as modulation inputs of the second and third image display areas.
To an output from 1 to 1).
[作用] 上記のような本発明の学習可能な光学的連想識別装置
の構成により、第2及び第3の入力パターンを、互いに
明暗の逆転したパターンとし、第1のパターンと各々の
相互相関的係数をとり、第1のパターンに対応する画素
毎に相互相関的係数の差をとることにより、実質的な積
和演算が、同時にしかも簡単になされ、閾値処理を施し
た後の出力が望ましい出力となるように、第1のパター
ンが決定されるので、第2の入力パターンに連想、識
別、分類したい情報が新たに入力されると、それに応じ
て、所望の出力を取り出すことができ、非常に柔軟生に
富む情報処理装置となる。[Operation] With the configuration of the optical associative identification device that can be learned according to the present invention as described above, the second and third input patterns are made to be patterns in which light and dark are inverted from each other, and each of the first and second patterns is cross-correlated. By taking the coefficients and taking the difference between the cross-correlation coefficients for each pixel corresponding to the first pattern, a substantial sum of products operation can be performed simultaneously and easily, and the output after threshold processing is desirable. Since the first pattern is determined so as to satisfy the following condition, when new information to be associated, identified, or classified is newly input to the second input pattern, a desired output can be extracted in accordance with the newly input information. This makes the information processing device highly flexible.
本発明によると、学習可能な光学的連想識別装置は、
次の構成のものである。According to the invention, a learnable optical associative identification device comprises:
It has the following configuration.
即ち、少なくともコヒーレント光を発生させる光源を
有し、そのコヒーレント光を照射し、光学的相互相関的
係数を検出する1つ或いは複数の検出手段を有し、その
検出手段に含まれる画像表示領域から出力される光複素
振幅分布を変化させる変調手段を主要な構成とするもの
である。That is, it has at least a light source for generating coherent light, irradiates the coherent light, and has one or more detecting means for detecting an optical cross-correlation coefficient, from an image display area included in the detecting means. The main configuration is a modulating means for changing the output optical complex amplitude distribution.
そして、その検出手段は、入力パターンを光複素振幅
分布に変換するパターン提示部分を有し、前記パターン
提示部分が、少なくとも空間的に3分割された画像表示
領域より成り、この3分割された画像表示領域の第1の
画像表示領域では、入力される第1の入力パターンに応
じて、連続的に出力光複素振幅を変化させられ、第2及
び第3の画像表示領域では、入力される第2及び第3の
入力パターンに応じ、2値に出力光複素振幅を変化させ
られる第1の空間光変調器群と、前記第1の空間光変調
器群を経て出力される出力光複素振幅の二次元的分布パ
ターンの第1のフーリエ変換像を得る手段(例えばフー
リエ変換レンズ)と、その第1のフーリエ変換像の強度
パターンを検出する第1の受光手段と、その第1の受光
手段により得た強度パターンを第2の空間光変調器に書
き込み、それをコヒーレント光で読み出し、第2の出力
光複素振幅の二次元的分布パターンを得る手段と、その
第2の出力光複素振幅の二次元的分布パターンのフーリ
エ変換像の強度パターンより、前記第1の空間光変調器
群の前記3分割された画像表示領域の第1の画像表示領
域に描かれたパターンに対する第2の画像表示領域に描
かれたパターンの相互相関的係数と第1の画像表示領域
に描かれたパターンに対する第3の画像表示領域に描か
れたパターンの相互相関的係数を求め、該相互相関的係
数の差をとり、ある閾値以上の値を有する前記相互相関
的係数の差に対応する画素を明状態にして、第2の入力
パターンとし、前記ある閾値以下の値を有する画素を明
状態にして、第3の入力パターンとする手段によりなる
ものである。The detecting means has a pattern presenting part for converting the input pattern into an optical complex amplitude distribution, and the pattern presenting part comprises at least a spatially divided image display area, and the three divided image In the first image display area of the display area, the output light complex amplitude is continuously changed according to the input first input pattern, and in the second and third image display areas, the input light complex amplitude is changed. A first spatial light modulator group capable of changing the output light complex amplitude into two values in accordance with the second and third input patterns, and an output light complex amplitude output through the first spatial light modulator group. Means for obtaining a first Fourier transform image of a two-dimensional distribution pattern (for example, a Fourier transform lens), first light receiving means for detecting an intensity pattern of the first Fourier transform image, and the first light receiving means Strength obtained Means for writing a turn to a second spatial light modulator, reading it out with coherent light, and obtaining a two-dimensional distribution pattern of a second output light complex amplitude, and a two-dimensional distribution of the second output light complex amplitude From the intensity pattern of the Fourier transform image of the pattern, the first spatial light modulator group is drawn in a second image display area corresponding to the pattern drawn in the first image display area of the three divided image display areas. A cross-correlation coefficient of the pattern drawn in the third image display area with respect to the pattern drawn in the first image display area, and a difference between the cross-correlation coefficients is obtained. A pixel corresponding to the difference between the cross-correlation coefficients having a value equal to or larger than a threshold value is set to a bright state, and a second input pattern is set. Toss It is made by the means.
また、その主要構成部の変調手段は、前記相互相関的
係数が望ましい出力となるように、前記1つ乃至複数の
検出手段に含まれる各々の第1の画像表示領域のパター
ンを変化させる手段と、第2の入力パターンと第3の入
力パターンを各々の第2及び第3の画像表示領域の変調
入力とする手段により構成されるものである。Further, the modulating means of the main component includes means for changing a pattern of each first image display area included in the one or more detecting means so that the cross-correlation coefficient becomes a desired output. , And the second input pattern and the third input pattern are used as modulation inputs of the second and third image display areas.
次に、本発明の光学的連想識別装置を具体的に実施例
により説明するが、本発明はそれらによって限定される
ものではない。Next, the optical associative identification device of the present invention will be specifically described with reference to examples, but the present invention is not limited thereto.
[実施例] 第1図は、本発明による光学的連想識別装置の1例の
主要部分を示す模式構成図である。Embodiment FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a main part of an example of an optical associative identification device according to the present invention.
第1図の光学配置図において、半導体レーザ等からコ
ヒーレント光aは、液晶ライトバルブ(以下LCLVと略称
する)や、特に、その中で現在もっとも手軽に使用でき
る液晶テレビ用液晶パネル(以下、LVTVと略称する)等
の電気的入力が可能な空間光変調器1を経て、出力され
る。この空間光変調器1は、第3図に示すように、連続
的に透過率を変化させられる画像表示領域1aと明暗の2
値出力が得られる画像表示領域1b及び1cとにより成り、
1a、1b、1cには、後述する規則により、あるパターンが
描かれる。この空間光変調器1を透過した光は、フーリ
エ変換レンズ2により、その空間光変調器1上における
複素振幅分布が、二次元的にフーリエ変換され、CCDカ
メラなどの受光素子3に入力される。In the optical arrangement diagram of FIG. 1, coherent light a from a semiconductor laser or the like is applied to a liquid crystal light valve (hereinafter abbreviated as LCLV) or, particularly, a liquid crystal panel for a liquid crystal television (hereinafter referred to as an LVTV) which can be used most easily. , Etc.), and output via a spatial light modulator 1 capable of electrical input. As shown in FIG. 3, this spatial light modulator 1 has an image display area 1a in which the transmittance can be continuously changed and a light-dark 2
Consisting of image display areas 1b and 1c from which value output is obtained,
A certain pattern is drawn on 1a, 1b, and 1c according to a rule described later. The light transmitted through the spatial light modulator 1 is two-dimensionally Fourier-transformed by a Fourier transform lens 2 into a complex amplitude distribution on the spatial light modulator 1 and is input to a light receiving element 3 such as a CCD camera. .
この受光素子3は、空間光変調器1上にパターンに対
するフーリエ変換面における光強度を電気信号に変換す
る。この電気信号に基づき、LCTV等の空間変調器4の透
過率を変えることにより、前記空間変調器4に前記受光
素子3に入射したフーリエ変換パターンが書き込まれた
パターンをコヒーレント光bで照射し、フーリエ変換レ
ンズ5により、再び、フーリエ変換を行ない、CCD等の
受光素子6により、1a,1b,1cに描かれたパターン同志の
相互相関的係数に応じた光強度のピークを得ることがで
きる。The light receiving element 3 converts the light intensity on the Fourier transform plane of the pattern on the spatial light modulator 1 into an electric signal. By changing the transmittance of a spatial modulator 4 such as an LCTV based on the electric signal, a pattern in which a Fourier transform pattern incident on the light receiving element 3 is written onto the spatial modulator 4 is irradiated with coherent light b, Fourier transform is again performed by the Fourier transform lens 5, and a light intensity peak corresponding to the cross-correlation coefficient of the patterns drawn in 1a, 1b, 1c can be obtained by the light receiving element 6 such as a CCD.
さて、ここで簡単に、ニューロンネットワークのホッ
プフィールドモデルについて考える。第4図に示すよう
に、第1層のニューロン群の出力状態ajと第2層のニュ
ーロン群の出力状態biは、以下の関係で結ばれている。Now, briefly consider a Hopfield model of a neuron network. As shown in FIG. 4, the output state b i of neuron groups and output states a j groups of neurons of the first layer the second layer are connected by the following relationship.
bi=θ(Σwijaj−hi) ……(1) ここで、Wijは、第1層のニューロンの出力状態ajと
第2層のニューロンの出力状態biとを結びつける結合強
度であり、hiは、自己固有の閾値であり、また、θは、 θ(x)=+1(x>0) 或いは−1(x≦0) を表わすものとする。 b i = θ (Σw ij a j -h i) ...... (1) where, W ij is a bond linking the output state a j of the neurons of the first layer and the output state b i of neurons of the second layer Is the intensity, hi is a self-specific threshold, and θ represents θ (x) = + 1 (x> 0) or −1 (x ≦ 0).
(1)式より明らかなように、各ニューロンは、+1の
興奮状態にあるか、−1の抑制状態にあるかのどちらか
になる。As is clear from equation (1), each neuron is either in the +1 excited state or in the -1 suppressed state.
さて、(1)式を吟味するために、第1層のニューロ
ンの出力状態が+1にあるニューロン群の出力状態の絶
対値をaj +と表わし、同様に−1にあるニューロン群の
出力状態の絶対値をaj -と表わすと、(1)式は、 bi=θ(Σwij(aj ++aj -)−hi) ‥‥(2) と表わすことができる。Now, in order to examine equation (1), the absolute value of the output state of the neuron group whose output state of the neurons in the first layer is +1 is represented as a j +, and similarly, the output state of the neuron group whose value is -1. the absolute value a j of - expressed as, (1) formula, b i = θ (Σw ij (a j + + a j -) -h i) can be expressed as ‥‥ (2).
(2)式から明らかなように、結合強度wijの第i行がa
j +とほぼ近いパターンの場合には、第2層のニューロン
biは、興奮し、一方、結合強度Wijの第i行がaj -がほぼ
近いパターンの場合には、第2層のニューロンbiは、抑
制されることになる。即ち、結合強度wijのパターン
が、aj +とaj -のどちらのパターンにより近いかによっ
て、第2層のニューロンbiの状態が定まる。As is clear from the equation (2), the i-th row of the coupling strength w ij is a
In the case of a pattern close to j + , the neurons in the second layer
b i is excited, whereas, the i-th row of coupling strength W ij is a j - in the case of almost close pattern neuron b i of the second layer, is suppressed. That is, the pattern of bond strength w ij is, a j + and a j - depending closer either pattern, is determined the state of the neuron b i of the second layer.
従って、第5図に示すように、第1層のニューロンの
状態を興奮性ニューロンと抑制性ニューロンの2つの分
け、両ニューロン状態に対応させて、1bと1cに明暗のパ
ターンε、ηを書くと、1bと1cの対応する画素で1つの
ニューロン状態を表わすことができる。図中の○は、明
状態を表わしている。一方、領域1aには、結合強度wij
のパターンを描き、ニューロンb1の興奮状態に結びつけ
結合強度パターンをαとすると、 f(y′)=∫α(y)ε(y−y′)dy なる相互相関を計算し、y′=0、即ち、相互相関のピ
ーク位置においては、 f(0)=∫α(y)ε(y)dy ≒Σwijaj + を計算したことになり、ニューロンb1の興奮程度を表わ
していることになる。同様に、ニューロンb1の抑制状態
に結びつく結合強度パターンをαとすると、 g(0)=|α(y)η(y)dy ≒Σwijaj - を計算したことになり、ニューロンb1の抑制程度を表わ
していることになる。ニューロンb2、b3、b4について
も、各ニューロンに結びつく結合強度パターンを各々
β、γ、δとすると、同様に計算することができる。Therefore, as shown in FIG. 5, the states of neurons in the first layer are divided into excitatory neurons and inhibitory neurons, and light and dark patterns ε and η are written in 1b and 1c in correspondence with both neuron states. And one pixel state can be represented by the corresponding pixels 1b and 1c. ○ in the figure represents a bright state. On the other hand, in the region 1a, the coupling strength w ij
And the coupling strength pattern is α, and the cross-correlation f (y ′) = ∫α (y) ε (y−y ′) d y is calculated, and y ′ = 0, i.e., at the peak position of the cross-correlation, f (0) = become ∫α (y) ε (y) d y ≒ Σw ij a j + that was calculated, which represents the degree of neuronal excitation b1 Will be. Similarly, when the bond strength pattern leading to suppression state of neurons b1 and α, g (0) = | α (y) η (y) d y ≒ Σw ij a j - will be a calculated, neuronal b1 This indicates the degree of suppression. The same calculation can be performed for the neurons b2, b3, and b4, assuming that the connection strength patterns associated with the neurons are β, γ, and δ, respectively.
そこで、第5図に示された各パターンをコヒーレント
光で照射し、フーリエ変換レンズ2により、フーリエ変
換すると、受光素子3上のパターンI(fx)は、パター
ンαに対する各パターンβ、γ、δ、ε、ηの相対座標
を、各々X方向で、βx、γx、δx、εx、ηxとしたと
き、 I(fx)=|A+Bexp(j2πfxβx) +Γexp(j2πfxγx) +Δexp(j2πfxδx) +Εexp(j2πfxεx) +Ηexp(j2πfxηx)|2 となる。Then, each pattern shown in FIG. 5 is irradiated with coherent light and Fourier-transformed by the Fourier transform lens 2, and the pattern I (fx) on the light receiving element 3 becomes each pattern β, γ, δ with respect to the pattern α. , Ε, and η, in the X direction, β x , γ x , δ x , ε x , η x, and I (f x ) = | A + Bexp (j2πf x β x ) + Γexp (j2πf x γ x) + Δexp (j2πf x δ x) + Εexp (j2πf x ε x) + Ηexp (j2πf x η x) | 2 become.
ここで、A、B、Γ、Δ、Ε、Ηは、各々、α、β、
γ、δ、ε、ηのフーリエ変換パターンである。Here, A, B, Γ, Δ, Ε, Η are α, β,
It is a Fourier transform pattern of γ, δ, ε, η.
今、注目すべき項だけを取り出すと、 I(fx)+=A*Eexp(j2πfxεx) +B*Eexp(j2πfx(εx−βx)) +Γ*Eexp(j2πfx(εx−γx)) +Δ*Eexp(j2πfx(εx−δx)) +C.C. I(fx)-=A*Еexp(j2πfxηx) +B*Hexp(j2πfx(ηx−βx)) +Γ*Hexp(j2πfx(ηx−γx)) +Δ*Hexp(j2πfx(ηx−δx)) +C.C. となり、 これらのフーリエ変換強度パターンを空間光変調器4
に書き込み、コヒーレント光で照射し、その出力パター
ンを再びフーリエ変換すると、受光素子6上には、第2
層の各ニューロンbiに対応した強度分布が得られ、その
出力のうち第2層の各ニューロンの興奮状態に関連した
信号は、 I(x)+=α*ε(δ−(x−εx)+δ(x+εx)) +β*ε(δ(x−εx+βx)+δ(x+εx−βx)) +γ*ε(δ(x−εx+γx)+δ(x+εx−γx)) +δ*ε(δ(x−εx+δx)+δ(x+εx−δx)) となり、 また、同様に第2層のニューロンの抑制状態に関連し
た信号は、 I(x)-=α*ε(δ(x−εx)+δ(x+εx)) +β*ε(δ(x−εx+βx)+δ(x+εx−βx)) +γ*ε(δ(x−εx+γx)+δ(x+εx−γx)) +δ*ε(δ(x−εx+δx)+δ(x+εx−δx)) となる。Now, take out only claim notable, I (f x) + = A * Eexp (j2πf x ε x) + B * Eexp (j2πf x (ε x -β x)) + Γ * Eexp (j2πf x (ε x . -γ x)) + Δ * Eexp (j2πf x (ε x -δ x)) + C.C I (f x) - = A * Еexp (j2πf x η x) + B * Hexp (j2πf x (η x -β x)) + Γ * Hexp ( j2πf x (η x -γ x)) + Δ * Hexp (j2πf x (η x -δ x)) + C.C. , and the spatial light modulator these Fourier transform intensity pattern 4
And irradiates the output pattern with coherent light, and then Fourier-transforms the output pattern again.
Intensity distribution corresponding to each neuron b i layer is obtained, the signal related to the excitation state of each neuron of the second layer of its output, I (x) + = α * ε (δ- (x-ε x ) + δ (x + ε x )) + β * ε (δ (x−ε x + β x ) + δ (x + ε x −β x )) + γ * ε (δ (x−ε x + γ x ) + δ (x + ε x −γ x )) + Δ * ε (δ (x−ε x + δ x ) + δ (x + ε x −δ x )). Similarly, the signal related to the suppression state of the neurons in the second layer is I (x) − = α * ε (δ (x−ε x ) + δ (x + ε x )) + β * ε (δ (x−ε x + β x ) + δ (x + ε x −β x )) + γ * ε (δ (x−ε x + γ x ) + δ (x + ε x −γ x )) + δ * ε (δ (x−ε x + δ x ) + δ (x + ε x −δ x )).
ここで、*印は、相関演算を示す。 Here, an asterisk indicates a correlation operation.
上述したように、α*εのピーク値は、ニューロンb1
の興奮程度を表わしていることになる。その他の第2層
のニューロンに対しても同様である。As described above, the peak value of α * ε is
This indicates the degree of excitement. The same applies to other neurons of the second layer.
また、同様にα*ηのピーク値は、ニューロンb1の抑
制の程度を表わしていることになる。その他の第2層の
ニューロンに対しても同様である。Similarly, the peak value of α * η indicates the degree of suppression of neuron b1. The same applies to other neurons of the second layer.
このようにして、第2層の各ニューロンの興奮程度と
抑制程度が表わされたので、例えば、第2層のニューロ
ンb1については、受光素子6のα*εとα*ηの出力を
画像処理装置7に送り、ここで、α*εとα*ηの出力
の差を演算し、(1)式,或いは(2)式で表わしたよ
うに、ニューロンb1に固有な閾値h1との差をとり、ニュ
ーロンb1が興奮状態にあるか抑制状態にあるかを決定す
る。第2層の他のニューロンについても同様の操作を行
なう。このようにして、第2層の各ニューロンの出力状
態が決定される。In this way, the degree of excitation and the degree of inhibition of each neuron of the second layer are represented. For example, for the neuron b1 of the second layer, the outputs of α * ε and α * η feeding the processing device 7, wherein the calculating the difference between the outputs of the alpha * epsilon and alpha * eta, (1) formula, or (2) as expressed in expression, with the threshold h 1 specific to neuronal b1 By taking the difference, it is determined whether the neuron b1 is in an excited state or a suppressed state. The same operation is performed for the other neurons in the second layer. Thus, the output state of each neuron of the second layer is determined.
従って、この第2層のニューロン状態が望ましい出力
になるように、前記のwijのパターンを、承知のバック
プロパゲーションや直交学習法により、学習させ、空間
光変調器1に書き込むことにより、学習可能な連想識別
装置を得ることができる。Therefore, by learning the above-mentioned w ij pattern by a known back propagation or orthogonal learning method and writing it to the spatial light modulator 1 so that the neuron state of the second layer becomes a desired output, the learning is performed. A possible associative identification device can be obtained.
第6図は、本発明の光学的連想識別装置の他の例の構
成の主要部を示す構成図である。この例において、受光
素子6からの出力を、画像処理装置7に送るまでの構成
は、前記の第1図の例と同じなので省略する。FIG. 6 is a configuration diagram showing a main part of the configuration of another example of the optical associative identification device of the present invention. In this example, the configuration up to sending the output from the light receiving element 6 to the image processing device 7 is the same as the example in FIG.
画像処理装置7では、第2層のニューロン状態が、決
定され、これを新たな空間光変調器8に、第5図に示し
たように、興奮性ニューロンと抑制性ニューロンに分け
て、表示する。また、次のニューロン群との結合定数w
ijも新たに入力し、レンズ9により、フーリエ変換し、
受光素子10で、フーリエ変換強度パターンを得る。以下
の一連の操作を行なうセットを3組用意すると、所謂の
三層のパーセプトロンを光学的に構築することができ、
一層のパーセプトロンでは不可能であったEXORなどの演
算も行なうことができるようになる。このように多層の
パーセプトロンを構築するとき、光学系が興奮性ニュー
ロン群と抑制性ニューロン群の2つに分けられても、実
質的に、同時に演算が行なわれるので、簡素である。ま
た、一層のパーセプトロンと同じような動作をさせるこ
とも可能となることは、言うまでもない。このときに
は、第2層のニューロンを新たな入力として、第1の空
間光変調器1に書き込むことができる。In the image processing device 7, the neuron state of the second layer is determined, and this is displayed on a new spatial light modulator 8 by dividing it into excitatory neurons and inhibitory neurons as shown in FIG. . Also, the coupling constant w with the next neuron group
ij is also newly input, and Fourier-transformed by the lens 9,
The light receiving element 10 obtains a Fourier transform intensity pattern. By preparing three sets for performing the following series of operations, a so-called three-layer perceptron can be optically constructed,
It will also be possible to perform operations such as EXOR that were not possible with further perceptrons. When constructing a multi-layered perceptron in this way, even if the optical system is divided into two groups, an excitatory neuron group and an inhibitory neuron group, the operations are performed substantially simultaneously, which is simple. It goes without saying that the same operation as that of a single-layer perceptron can be performed. At this time, the neurons in the second layer can be written into the first spatial light modulator 1 as new inputs.
次に、第7図は、他の本発明の光学的連想識別装置の
構成を示す模式図である。これにより、更に、本発明を
説明する。Next, FIG. 7 is a schematic diagram showing the configuration of another optical associative identification device of the present invention. This will further explain the present invention.
半導体レーザ或いは気体レーザ等のコヒーレント光a
をビームスプリッタ11に入射させ、反射した光をLCTV等
の電気的入力が可能な反射型の空間光変調器12を経て、
反射させ、更に、フーリエ変換レンズ2に入射される。
以下の構成の説明は、第1図の光学的連想識別装置のも
のと同じなので、省略する。この場合には、第1図に示
した例と異なり、透過率ではなく、反射率を変化させる
ことは言うまでもないことである。これまでに述べてき
たように、空間光変調器は、反射タイプでもよいし、透
過タイプでもよい。Coherent light a such as semiconductor laser or gas laser
Is incident on the beam splitter 11, and the reflected light passes through a reflective spatial light modulator 12 capable of electrical input such as LCTV,
The light is reflected and further incident on the Fourier transform lens 2.
The following description of the configuration is the same as that of the optical associative identification device of FIG. In this case, unlike the example shown in FIG. 1, it goes without saying that not the transmittance but the reflectance is changed. As described above, the spatial light modulator may be a reflection type or a transmission type.
尚、本発明において、空間光変調器の働きをしている
部分については、仕様上の差異はあるが、原理的にはす
べて同様の電気アドレス型のものが使用可能である。電
気アドレス型の例としては、上述の液晶パネルの他に、
PLZTやKDP、BSO(Bi12SiO20)等の電気光学効果を示す
セラミックスや結晶にマトリックス電極を付加したもの
が良く使用されて得る。In the present invention, although there is a difference in the specification of the part functioning as a spatial light modulator, in principle, the same electrical address type can be used. As an example of the electric address type, in addition to the liquid crystal panel described above,
A ceramic or crystal having an electro-optical effect, such as PLZT, KDP, or BSO (Bi 12 SiO 20 ), or a material obtained by adding a matrix electrode to a crystal is often used.
上述の説明からも分かるように、これらの空間光変調
器は、どのような組合わせでも可能であり、従って、本
発明の光学的連想識別装置は、その組合わせによって、
多数の実施形態を取ることができることになる。As can be seen from the above description, these spatial light modulators can be used in any combination, and thus the optical associative identification device of the present invention has a combination of:
Many embodiments will be possible.
[発明の効果] 本発明による光学的連想識別装置により、上述のよう
な効果が得られた。それをまとめると、次のような顕著
な技術的効果となる。[Effects of the Invention] The above-described effects are obtained by the optical associative identification device according to the present invention. In summary, the following remarkable technical effects are obtained.
即ち、シリンドリカルレンズを用いたり、興奮性ニュ
ーロンと抑制性ニューロンの2つに分けて、2系統の光
学的を用いることなく、簡単な構成で、学習可能な連想
識別装置とすることができる光学的装置が提供できた。That is, an associative identification device that can be learned with a simple configuration without using a cylindrical lens or dividing it into excitatory neurons and inhibitory neurons and using two optical systems is not required. Equipment could be provided.
第1図は、本発明の光学的連想識別装置の1例の構成を
示す模式構成図である。 第2図は、従来の光学的連想識別装置を示す模式図であ
る。 第3図は、本発明の光学的連想識別装置に用いる空間光
変調器に描かれる領域を示す模式概念図である。 第4図は、本発明の光学的連想識別装置におけるニュー
ロンの結合状態を示す説明図である。 第5図は、本発明の光学的連想識別装置において、空間
光変調器に描かれるパターンの1例を示す説明図であ
る。 第6図は、本発明の光学的連想識別装置の他の例の構成
を示す模式構成図である。 第7図は、本発明の光学的連想識別装置の更に他の例で
の構成を示す模式構成図である。 [主要部分の符号の説明] 1、4、8、12……空間光変調器 2、5、9……フーリエ変換用レンズ 3、6、10……受光素子 7……画像処理装置 11……ビームスプリッタFIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a configuration of an example of an optical associative identification device of the present invention. FIG. 2 is a schematic diagram showing a conventional optical associative identification device. FIG. 3 is a schematic conceptual diagram showing an area drawn on a spatial light modulator used in the optical associative identification device of the present invention. FIG. 4 is an explanatory diagram showing a connection state of neurons in the optical associative identification device of the present invention. FIG. 5 is an explanatory diagram showing an example of a pattern drawn on a spatial light modulator in the optical associative identification device of the present invention. FIG. 6 is a schematic configuration diagram showing the configuration of another example of the optical associative identification device of the present invention. FIG. 7 is a schematic configuration diagram showing a configuration of still another example of the optical associative identification device of the present invention. [Description of Signs of Main Parts] 1, 4, 8, 12 ... Spatial light modulator 2, 5, 9 ... Fourier transform lens 3, 6, 10 ... Light receiving element 7 ... Image processing device 11 ... Beam splitter
Claims (1)
光源と、 光学的相互相関的係数を検出する1つ或いは複数の検出
手段と、 前記検出手段に含まれる画像表示領域から出力される光
複素振幅分布を変化させる変調手段よりなり、 前記検出手段は、入力パターンを光複素振幅分布に変換
するパターン提示部分を有し、前記パターン提示部分
が、少なくとも空間的に3分割された画像表示領域より
成り、前記3分割された画像表示領域の第1の画像表示
領域では、入力される第1の入力パターンに応じて、連
続的に出力光複素振幅を変化させられ、第2及び第3の
画像表示領域では、入力される第2及び第3の入力パタ
ーンに応じ、2値に出力光複素振幅を変化させられる第
1の空間光変調器群と、 前記第1の空間光変調器群を経て出力される出力光複素
振幅の二次元的分布パターンの第1のフーリエ変換像を
得る手段と、 前記第1のフーリエ変換像の強度パターンを検出する第
1の受光手段と、 前記第1の受光手段により得た強度パターンを第2の空
間光変調器に書き込み、それをコヒーレント光で読み出
し、第2の出力光複素振幅の二次元的分布パターンを得
る手段と、 前記第2の出力光複素振幅の二次元的分布パターンのフ
ーリエ変換像の強度パターンより、前記第1の空間光変
調器群の前記3分割された画像表示領域の第1の画像表
示領域に描かれたパターンに対する第2の画像表示領域
に描かれたパターンの相互相関的係数と第1の画像表示
領域に描かれたパターンに対する第3の画像表示領域に
描かれたパターンの相互相関的係数との差をとり、ある
閾値以上の値を有する前記相互相関的係数の差に対応す
る画素を明状態にして、第2の入力パターンとし、前記
ある閾値以下の値を有する画素を明状態にして、第3の
入力パターンとする手段によりなり、 前記変調手段は、前記相互相関的係数が望ましい出力と
なるように、前記1つ乃至複数の検出手段に含まれる各
々の第1の画像表示領域のパターンを変化させる手段
と、第2の入力パターンと第3の入力パターンを各々の
第2及び第3の画像表示領域の変調入力とする手段によ
り構成されることを特徴とする光学的連想識別装置。At least a light source for generating coherent light, at least one detecting means for detecting an optical cross-correlation coefficient, and a light complex amplitude distribution output from an image display area included in the detecting means The detecting means has a pattern presenting part for converting an input pattern into an optical complex amplitude distribution, the pattern presenting part comprises at least a spatially divided image display area, In the first image display area of the three divided image display areas, the output light complex amplitude is continuously changed according to the input first input pattern, and the second and third image display areas are changed. Then, according to the input second and third input patterns, a first spatial light modulator group capable of changing the output light complex amplitude into two values, and an output signal via the first spatial light modulator group Means for obtaining a first Fourier transform image of a two-dimensional distribution pattern of output light complex amplitude, first light receiving means for detecting an intensity pattern of the first Fourier transform image, and first light receiving means. Means for writing the obtained intensity pattern to the second spatial light modulator, reading it out with coherent light, and obtaining a two-dimensional distribution pattern of the second complex amplitude of the output light; A second image display area corresponding to a pattern drawn in a first image display area of the three divided image display areas of the first spatial light modulator group based on an intensity pattern of a Fourier transform image of a dimensional distribution pattern The difference between the cross-correlation coefficient of the pattern drawn on the third image display area and the cross-correlation coefficient of the pattern drawn on the third image display area with respect to the pattern drawn on the first image display area is calculated as a value equal to or greater than a certain threshold value. A pixel corresponding to the difference between the cross-correlation coefficients having a bright state and a second input pattern, and a pixel having a value equal to or less than the certain threshold being a bright state and a third input pattern. A modulating means for changing a pattern of each first image display area included in the one or more detecting means so that the cross-correlation coefficient has a desired output; and a second input means. An optical associative identification device, comprising: means for using a pattern and a third input pattern as modulation inputs of respective second and third image display areas.
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---|---|---|---|
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