JP4026995B2 - 情報処理方法及び情報処理システム - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数の情報からなるデータ群のデータを並列的に処理する情報処理システムに関し、特に多数の情報を含むデータ群の群情報間でのデータ処理を行なう情報処理方法及び情報処理システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
現代は情報化社会と呼ばれ、各種のデータが蓄積され、多様なデータベースが構築されている。こうしたデータベースは、単に蓄積しておくだけでは無意味であり、蓄積されたデータベースを構成するデータ群の検索、データ群間での情報処理を自由に行なえることがデータベースの付加価値、利用価値を高める。
【０００３】
従来、こうしたデータは、コンピュータの記憶装置に蓄積され、必要な情報を電気的に読み出し、演算処理することにより情報処理を行なっていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このようなデータベースの情報を処理する際に、多数のデータからなるデータ群間での情報処理を行なおうとすると、データ群を構成する個々のデータ群間やデータ群全体についての演算処理を必要とする。しかし、従来の電子的な情報処理装置においては、この演算処理を随時行なうか、多数の演算処理回路を設けて並列して演算処理を行なうか、いずれかが一般的であった。
【０００５】
前者の場合は、高速の演算処理回路を利用した場合でも、データの処理数が膨大になると、演算処理時間が飛躍的に増大してしまい、情報処理の高速化が困難である。一方、後者の場合は、回路数が膨大になり、装置のコストがかさむという問題がある。さらに、データ群を構成するデータ数が少ない場合は効率が悪い。
【０００６】
そこで、本発明は、上記の問題点に鑑みて、多数のデータを有するデータ群間の情報処理を高速で効率良く行うことが可能な情報処理方法及び情報処理システムを提供することを課題とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明に係る情報処理方法は、複数の情報からなるデータ群間での並列的な情報処理に際し、複数のデータからなるデータ群を構成する各データの各々を３次元的に配列して立体像として表現し、３次元的に配列された各データ群により表された２つの立体像を対象画像及び参照画像として、立体像間でのデータ相関演算を配列特性を利用して行い、立体像間の演算結果を出力することを特徴とする。
【０００８】
一方、本発明に係る情報処理システムは、複数の情報からなるデータ群間で並列的に情報を処理する情報処理システムにおいて、複数のデータからなるデータ群を構成する各データの各々を所定の形式で３次元的に配列させて立体像として表現する配列手段と、配列手段によって３次元的に配列された各データ群により表された２つの立体像を対象画像及び参照画像として、立体像間でのデータ相関演算を配列特性を利用して行い、立体像間の演算結果を出力する演算手段と、を備えていることを特徴とする。
【０００９】
本発明によれば、多数のデータからなるデータ群を所定の仮想立体像として表現する。データ相関演算にあたっては、その立体像の特性を利用して演算を行うことで相関演算が容易かつ高速に行える。
【００１０】
各データ群情報をホログラムイメージとして配列し、ホログラムイメージ間で画像相関演算を行うことが好ましい。このようにすると、複数の情報からなる情報群は、一つのホログラムイメージとして表現される。そして、このホログラムイメージ間でデータ相関演算を行うことにより大量のデータを有する情報群間の相関演算を高速かつ効率的に行うことが可能である。このホログラムイメージは光学的なホログラム像として投影しても、計算機内部のメモリに保持するものでもいずれでもよい。
【００１１】
この演算手段は、それぞれのデータ群を表すホログラムイメージを投影して光学的に画像相関演算を行うことが好ましい。
【００１２】
光学的な画像相関演算を行うことで、電子的な並列演算処理システムのように画素数に応じた数の演算素子を構成する必要がなくなり、データ量が膨大な場合でも莫大なハード、ソフト資源を要することなく、少ない資源量で効果的に多数の情報を含むデータ群の情報を処理できる。
【００１３】
所定のホログラムイメージを形成するホログラムイメージ作成手段をさらに備えていることが好ましい。このようにすると、データ群の情報処理がさらに容易になり好ましい。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては可能な限り同一の参照番号を附し、重複する説明は省略する。
【００１５】
図１は、本発明に係る情報処理システムの概略構成図である。このシステムは、データ群を表すホログラムイメージ７ａ、７ｂを投影して両画像間で光学的に相関演算を行うシステムであり、以下に述べるように構成されている。
【００１６】
このシステムは、大別すると、ホログラムイメージを投影する投影系と、投影されたホログラムイメージ間で画像相関演算を行う演算処理系とに区分される。
【００１７】
まず、投影系は、ホログラムイメージ７ａ、７ｂが記録されているホログラム素子６ａ、６ｂを有し、これらのホログラム素子６ａ、６ｂには、レーザ光源１ａから出射され、スプリッタ２０、ミラー２１により分岐されたレーザ光が入射される構成となっており、このレーザ光の入射光路上には、例えば二酸化テルル単結晶からなる音響光学素子５ａ、５ｂがそれぞれ配置されている。各々の音響光学素子５ａ、５ｂには、動作を制御用の高周波電圧を生成する電圧制御型発振器（ＶＣＯ）４ａ、４ｂがそれぞれ接続され、ＶＣＯ４ａ、４ｂには制御電圧発生回路３ａ、３ｂがそれぞれ接続されている。
【００１８】
演算処理系は、ホログラムイメージ７ａ、７ｂが導かれるフーリエ変換レンズ８と、このレンズ８の焦点位置に書き込み光入射面を配置した光アドレス型の空間光変調器（ＳＬＭ）９とを有し、さらに、このＳＬＭ９の読み出し光入射面側には、ハーフミラー１０が配置されており、レーザ光源１６から出射された読み出し光をミラー１１、ハーフミラー１０を介してＳＬＭ９の読み出し光入射面へと導く構成となっている。ＳＬＭ９とハーフミラー１０の延長上にはフーリエ変換レンズ１３が配置され、その焦点位置に光検出器１４が配置されている。
【００１９】
ここで、本システムで用いられるホログラムイメージについて説明する。図２は、ホログラムイメージ７ａ（７ｂも同様である。）の斜視図である。ここでは簡略化のため３×３×３＝２７個のデータからなるデータ群をホログラムイメージ化した場合を例に採り説明する。
【００２０】
図２に示されるように各データ群は、空間上に格子点を３×３×３に配置し、各格子点にそれぞれ１つのデータを対応させて、規格化したデータ値を明るさや濃度、位相（屈折率差）として表示させることで表される。以下、図の左側から格子点９個によって形成される３つの平面を平面Ａ、Ｂ、Ｃと称する。
【００２１】
このホログラムイメージのホログラム素子６ａ、６ｂへの記録、再生について図３、図４を参照して説明する。まず、ホログラムイメージの記録は、記録したいホログラムイメージの中の特定の平面例えば平面Ａの画像をＳＬＭ３０に表示してこれをレーザ光で読み出してホログラム素子６ａに照射する。一方、参照光となる別のレーザ光を結晶面とθ₁の角度で照射することで結晶内に投影された平面Ａの画像が記録される。ＳＬＭ３０を読み出しレーザ光の光軸方向に移動させながら表示画像を平面Ｂの画像、平面Ｃの画像と切り替えていくことでホログラム素子６ａ内に所定のホログラムを記録させることができる。さらに、参照光の角度をθ₂に変化させて同様の記録を行うことで別のホログラムイメージを記録することができる。１ｃｍ³のニオブ酸リチウム単結晶の場合で、５０００枚程度の平面画像を記録することが可能である。
【００２２】
記録情報の再生時は、結晶に対してθ₁の角度で再生光を入射させる。これにより、角度θ₁の参照光で書き込まれたホログラム映像が読み出されて投影される。
【００２３】
続いて、本システム全体の動作、すなわち、本発明に係る情報処理方法について説明する。まず、多数のデータを規格化してそれぞれのデータを明るさや輝度等で表現し、これを空間的、つまり３次元に配列してホログラムイメージとして記録させたホログラム素子６ａ、６ｂを用意する。それぞれのホログラム素子６ａ、６ｂには異なるデータ群を表すホログラムイメージ７ａ、７ｂが記録されている。
【００２４】
光源１ａから出射されたレーザ光は、ビームスプリッタ２０で二つに分岐され、一方は直接音響光学素子５ｂに導かれ、他方は、ミラー２１で反射されて音響光学素子５ａへと導かれる。それぞれの音響光学素子５ａ、５ｂのトランスデューサーには、対応するＶＣＯ４ａ、４ｂから高周波電圧が印加されている。この高周波電圧の周波数は、制御電圧発生回路３ａ、３ｂからＶＣＯ４ａ、４ｂに印加する制御電圧を調整することで変更することが可能である。音響光学素子５ａ、５ｂ内部では、トランスデューサーに印加された高周波電圧によって超音波が伝播し、この伝播超音波が入射したレーザ光のグレーティングとして機能することで、グレーティングの空間周波数に応じた角度に光を回折させる。こうして読み出し光として所定の角度を有するレーザ光をホログラム素子６ａ、６ｂにそれぞれ照射することにより、所定のホログラムイメージ７ａ、７ｂが投影される。
【００２５】
読み出されたホログラムイメージ７ａ、７ｂの画像はフーリエ変換レンズ８により光学的に合同フーリエ変換が行われ、合同フーリエ変換画像がＳＬＭ９の書き込み面に形成される。ＳＬＭ９の読み出し光入射面に、レーザ光源１２からミラー１１、ハーフミラー１０を介してレーザ光を入射させることで、この画像を読み出し、フーリエ変換レンズ１３で再度フーリエ変換することにより、対象画像と参照画像の相関値を光検出器１４で得ることができる。このとき、光検出器１４を光軸方向に移動させることで、ホログラムイメージ７ａ、７ｂの所定の平面間の演算結果が得られる。
【００２６】
音響光学素子５ａ、５ｂに印加する高周波電圧の周波数は１００ＭＨｚ以上とすることが可能であり、この場合、ホログラム素子６ａ、６ｂからは１秒あたり１０００枚程度の画像を順次読み出すことが可能である。演算用のＳＬＭ９に１ミリ秒の応答速度を有するＳＬＭを使用すれば、１０００×１０００×１０００画素で各画素が８ビット（２５６階調）のグレイスケールで表示されたホログラムイメージ同士の相関演算をミリ秒単位で行うことが可能である。
【００２７】
図５は、本発明に係る情報処理システムの第二の実施形態を示す概略図である。この装置は、図１に示される第一の実施形態とホログラムイメージの投影系が異なる構成となっている。この装置においては、データ群の各データを基にしてコンピュータ４３によりホログラムイメージを計算により求め、これをそれぞれのメモリ４２ａ、４２ｂに蓄積しておき、電気アドレス型の空間光変調器４１ａ、４１ｂに表示することでホログラムイメージを投影するものである。
【００２８】
このシステムでも第一の実施形態と同様に高速での画像間の相関演算を行うことが可能である。また、ホログラムイメージの画像間ではなく、ホログラムイメージのもととなる干渉縞画像間で相関演算を行ってもよい。この場合、相関演算を行う画像が２次元画像に圧縮されるので演算精度の向上が期待される。
【００２９】
以上の説明では、光学的な相関演算を行う例について説明してきたが、コンピュータのメモリ上にデータを配置して電子的に計算を行ってもよい。この場合、計算によって計算機ホログラムを生成し、その画像間で演算（例えば、相関演算）を行うことで演算量を低減し、高速演算を行うことが可能となる。
【００３０】
また、データ群は、所定の特性を有する仮想３次元立体の表面あるいは内部に配置してもよい。仮想３次元立体の特性を利用して立体間の相関演算を行うことで、同様に演算量を低減し、高速演算を行うことが可能となる。
【００３１】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、多数のデータからなるデータ群を３次元的に配列し、配列した立体像同士の相関演算を行うことにより高速かつ効率的にデータ群同士の相関演算を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る情報処理システムの第一の実施形態の全体構成図である。
【図２】図１の装置で用いられるデータ群を表すホログラムイメージを説明する図である。
【図３】図２のホログラムイメージの記録、再生を説明する図である。
【図４】図２のホログラムイメージの記録、再生を説明する別の図である。
【図５】本発明に係る情報処理システムの第二の実施形態の全体構成図である。
【符号の説明】
１…光源、５…音響光学素子、６…ホログラム素子、７…ホログラムイメージ、８、１３…フーリエ変換レンズ、９…光アドレス型ＳＬＭ、１４…光検出器、４１…電気アドレス型ＳＬＭ、４２…メモリ、４３…電気アドレス型ＳＬＭ。

Claims (6)

1. 複数の情報からなるデータ群間での並列的な情報処理に際し、
   複数のデータからなるデータ群を構成する各データの各々を３次元的に配列して立体像として表現し、
   ３次元的に配列された各データ群により表された２つの前記立体像を対象画像及び参照画像として、前記立体像間でのデータ相関演算を配列特性を利用して行い、前記立体像間の演算結果を出力することを特徴とする情報処理方法。
2. 前記データ群情報をホログラムイメージとして配列し、ホログラムイメージ間で画像相関演算を行うことを特徴とする請求項１記載の情報処理方法。
3. 複数の情報からなるデータ群間で並列的に情報を処理する情報処理システムにおいて、
   複数のデータからなるデータ群を構成する各データの各々を所定の形式で３次元的に配列させて立体像として表現する配列手段と、
   前記配列手段によって３次元的に配列された各データ群により表された２つの前記立体像を対象画像及び参照画像として、前記立体像間でのデータ相関演算を配列特性を利用して行い、前記立体像間の演算結果を出力する演算手段と、
   を備えている情報処理システム。
4. 前記配列手段は、各データの各々を所定のホログラムイメージとして配列し、前記演算手段は、複数のホログラムイメージ間の画像相関演算を行うことにより、データ相関演算を行うことを特徴とする請求項３記載の情報処理システム。
5. 前記演算手段は、それぞれのデータ群を表すホログラムイメージを投影して光学的に画像相関演算を行うことを特徴とする請求項４記載の情報処理システム。
6. 前記所定のホログラムイメージを形成するホログラムイメージ作成手段をさらに備えていることを特徴とする請求項４又は５のいずれかに記載の情報処理システム。

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