JPS62502067A - デ−タ処理システムを使用して複雑な光学計算を実行するためのプログラマブルな方法 - Google Patents

Abstract

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Description

【発明の詳細な説明】 名称 データ処理システムを使用して複雑な光学計算を実行するためのプログラマブル な方法 発明の分野 本発明は一般に、光学的な計算とデータ処理のシステムに関し、特に、光学デー タについて多種多様な複雑な計算を実行するために、電気的にプログラマフルな 多段レンズ無し光学プロセッサを動作させる方法に関する。

発明の背景 ベクトルとマトリクスデータの光学処理は、その潜在的なその自然な適用性が知 られている。画像、あるいは、他の空間的に関係づけることができるデータは、 データ要素のラスターあるいはベクトルスキャンからなるマトリクスとして扱わ れ、それらは、それらの実際の、あるいは、有効分解能の限界において、画素と して一般に呼ばれる。普通の画像は、連続する一連のそのような画像で形成され る光学ビームの断面として切り取られたアナログ映像フレームによって分類され る。各アナログ画像フレームは普通、効果的に連続して空間的に分布された画素 データの配列を有する。他に、不連続なマトリクスデータは、例えば、その局所 化された強度、すなわち、偏光ベクトルによって、データビームの断面を空間的 に変調することによってデータビーム上に重畳される。

どんな場合にも、光学処理は、基本的にパラレル処理であるという性質のために 、非常にポテンショナルが高い。もちろん、パラレル化は一時に完全な画像処理 をするために生じる。各画素は分離されたデータなので、パラレルに処理される データの量は、画像の有効な分解能に一般に等しい。さらに、光学処理は、従来 得られたのと同じフォーマットでデータを処理するという長所を有する。普通、 画像の強調と認識のような応用に対して、処理されるべきデータは単一の画像と して、あるいは、画像フレームのラスタースキャンとして、一般に得られる。潜 在的にはその時、光学プロセッサは、従来の、あるいは、他の中間処理なしで、 直接データを受付ける。画像データの有益な値が画像の有効分解能と、考えられ る画像の数に連れて増加するので、光学処理の独特なそしてユニークな属性は非 常に望ましくなる。

従来、光学処理は、選択された空間的なマスクを介して処理されるべき画像を適 当な光学検出器上に射影することによって実行される。マスクそれ自体は、その 最も簡単な形であって、フィルムに固定される画像にすぎない。そのような場合 でも、比較的複雑な光学処理計算は実行される。

しかしながら、光学プロセッサ射影システムは、点光源、視野を調整し焦点を合 せるレンズ、偏光板と偏光回転板、ビ゛−ムスブリッタおよびミラーような、ア ークランプを含む種々の高度に特殊化された構成物を一般に必要とする。それら のそれぞれの組立ての複雑さに加えて、これらの構成物は、互いに空間的に離さ れていて、しばしば限界近くまで調整されて組立てられ、維持されなければなら ない。結果として、光学処理装置は巨大であり、環境、特に、振動と汚染に影響 されやすく、特に、１つか、あるいは、２．３にすぎない非常に接近した関連す る光学処理計算の実行が制限される。

写真フィルに加えて、光学プロセッサのための一時的に可変のマスクが２次元空 間光変調器（ＳＬＭ）として実現され、それは、電気的活性化によって、マスク によってデータビームに重畳された空間的に分布するデータの選択的な変更を生 じる。標準的な２次元（２Ｄ）ＳＬＭは電気光学的に活性化される反射形液晶光 バルブを使用することによって実現され、それは、陰極線管に接続される。画像 の二重シリアルな電気光学変換の非効率さにも拘らず、そのような２Ｄ　ＳＬＭ デバイスは特定の制限内で多くの応用に対して十分に機能する。

不幸にも、これらの性能の限界は、普通１０ｍ秒より大きく、比較的遅い液晶光 バルブの応答時間により決まる。これは、光学プロセッサの高速処理能力に自然 に直接に影響を与える。

さらに、この種のマスクを使用することは、焦点を合せること、ビームを分離す ること、および、支持構成物を必要とし、その結果、光学プロセッサは機械的に 複雑となる。

２次元ＳＬＭマスクはまた、２次元空間に分布された電極配列によって活性化さ れる固体電気光学素子の形で実現された。画像を変調することは、それらの各意 図されたデータ値に対応するアナログ値に電極の各電位を別々に設定することに よって効率的になされる。予想されるように、そのような２次元ＳＬＭの複雑さ のレベルは、その画素の分解能（Ｎ）の２乗に比例して増加する。光学データ処 理（例えば、Ｎ−１０００では、１００万個の電極をアドレス指定しなければな らない）で十分に利用できるほど高いデータ速度での動作が可能となるように、 Ｎ２電極が独立してアドレス指定可能でなければならない場合には、複雑さはさ らに増゛加する。不能の独立画素をアドレス指定できる２次元ＳＬＭデバイスの 再現性ある製造に対する実際の障害となっている。低効率の分解能のマスクを代 わりに使用することは、光学プロセッサの高速データ処理能力に直接影響を与え る。

発明の概要 従って、本発明の目的は、先行技術における処理限界のほとんどを、全てではな いにしろ、避け、克服して、種々の複雑なデータ処理機能を実行するように連続 して繰返し動作する方法を提供することである。

本発明においてこれは、データビーム上にデータを重畳するための複数の変調器 を使用して光学計算を実行することにより達成される。計算を実行する方法は、 ビーム上に当該データ画像を重畳するように変調器の小グループに各データを印 加するステップａと、実行される計算が変調器の小グループに印加されるデータ に依存するようにビーム上に当該一様なデータを重畳するように、残りの変調器 に一様なデータを印加するステップｂとを具備する。

本発明の方法は、光学データビームを空間的に変調するための複数の変調器と、 変調器間の光学データビームの焦点の合わされていない転送を行なうために各変 調器をレンズを使用しないで内部接続するための手段と、および、光学データビ ームのプログラマブルな処理を可能とするように複数の変調器を制御するための 手段を具備する装置を使用して実行される。

このようにして、本発明の長所は、種々の光学データ処理計算を実行するために 利用されることができることである。

本発明の他の長所は、一時的に変化する光学データの連続する繰返し処理を可能 とすることである。

さらに、本発明の長所は、データプログラミングによって処理装置の動的改造と 再構成が効果的になされることである。

また更に、本発明の長所は、望まれる光学計算を容品に実行するよ゛うにするこ とができることである。

まだ他に、本発明の長所は、例えば、多次元フーリエ変換、相関関係、および、 滑り窓を横切るあいまいさの関数のような、計算に適する光学データ処理機能を 都合よく実行することができることである。

図面の簡単な説明 添附図面と関連して考察される時、以下の詳細な説明を参照して、本発明の他の 特徴がよりよく理解され、容品に明らかになる。なお、同じ構成物は図面中で同 じ参照番号で指定される。ここで、 第１図は、本発明に従って、好ましい光学データ処理システムのブロックの斜視 図であり、 第２図は、本発明に従って使用されるように構成された光学データプロセッサの 一般的な実施例の側面図であり、第３図は、電気光学空間光変調器の詳細な斜視 図であり、第４図は、他の電気光学空間光変調器の詳細な斜視図であり、 第５図は、本発明に従って動作の好ましい方法を説明示すための光学プロセッサ の実施例の展開された斜視図である。

発明の詳細な説明 一般に引用番号１０で示される、本発明で使用されるシステムの実施例が第１図 に示される。特に、一般に引用番号２ｏによって示される多段光学データプロセ ッサ（ＯＤＰ）は、マイクロコントローラ１２とインターフェイスレジスタ１８ ．２２．２４．２Ｂ、３０．３２、および、３４によって動作がサポートされる 。

０ＤＰ２０の構造を以下に詳細に説明する間に、ＯＤ　Ｐ　２０の基本的な動作 構成部が、フラットパネル光源１４、マトリックスアレイアキュミュレータ１６ および複数の空間光変調器（ＳＬＭ）３（ｉ、３８．４０．４２．４４、および ４６を含めて第１図に示される。光源１４によって発生された比較的一様なビー ムが空間光変調器の各々を介して連続して伝送され、アキュミュレータ１６によ って最終的に受信されるように、光源１４、アキュミュレータ１６、および、Ｓ ＬＭ３Ｇ、３８．４０．４２．４４、および、４６は、互いに近接した平行平面 として供給される。空間゛光変調器の各々によって供給されるデータを得るデー タ伝送機構として光ビームは有効に使用され、そのデータはアキュミュレータ１ ６に順番に供給される。空間光変調器の各々の動作は、当該空間的に分配された 活性化電位に関する空間的な伝導度の変位によって説明されることができる。少 なくとも第１次近似では、空間光変調器の伝導度は印加される電位に直接比例す る。このように、２つのシリアルに結合された空間光変調器の組合わされた伝導 度（Ｔｏ）は、空間光変調器の各伝導度の積に比例する。組合わされた伝導度Ｔ Ｏは、こＴＯ−ａβＶＩＶ２　（２） と書かれる。ここで、Ｖｌとｖ２は各々印加電位であり、αとβは各空間光変調 器の印加電圧係数への伝導度である。拡張された一連の空間光変調器が、本発明 に従って、シリアルに結合された場合、多段空間光変調器のスタックの組合わさ れた伝導度ＴＯは、個々の空間光変調器の各伝導度の積に比例する。フラットパ ネル１４によって発生される光ビームは、このようにして、空間光変調器３（３ ，３８，４０，４２，４４、オヨヒ、データを得るように導かれることができる 。

本発明に従って使用される光学プロセッサの実施例に従って、空間的に関連ずけ られたデータは、インターフェイスレジスタ２２．２４．２６．３０．３２、お よび、３４を介して、空間光変調器３Ｇ、３８．４０．４２．４４、および・、 ４６に供□給される。これらのレジスタは高速デジタルデータの格納レジスタ、 バッファ、デジタル−アナログデータコンバータとして動作することが望ましい 。以下に詳細に説明するように、空間光変調器のスタックは複数の１次元空間光 変調器と１つ以上の２次元空間光変調器を存することが望ましい。第１図に示さ れるように、１次元空間光変調器３Ｇ、３８．４０．４２、および、４４は、イ ンターフェイスデータライン６０．７８．０２．８０．および、６４を介して、 各レジスタ２２．３０．２４．３２、および、２６に結合されている。２次元空 間光変調器４Ｇはインターフェイスデータライン８２を介してレジスタ３４から データを受取る。

インターフェイスレジスタ２２．２４．２６．３０．３２、および、３４は、外 部センサによって供給されるパラレルの形のデータを受取ることが望ましい。プ ロセッサコントロールバス５０゜７０を介してマイクロコントローラ１２は制御 信号を供給する。

プロセッサコントローラバス５０．７０は、分離されているとして示され、また 、レジスタコントロールライン５２．５４．５６．７２．７４、および、７Ｇに よってレジスタに各々接続されている。

一方、インターフェイスレジスタは、コントロールマルチプレクサを介して、マ イクロコントローラ１２によって駆動される単一で、共通のコントロールバスに 交互に接続される。しかしながら、どちらの場合も、マイクロコントローラ１２ が、その予め決められたデータをそれに選択的に供給するようにレジスタ２２． ２４．２６．３０、および、３４に渡って十分な制御を行なうことだけが必須で ある。

光学データプロセッサシステムｌＯは、アキュミュレータ１６とプロセッサ出力 の間に結合された出力レジスタ１８に供給されて完了する。アキュミュレータ１ ６それ自身は、空間光変調器３６．３８．４０．４２．４４、および、４６のそ れと少なくともマツチングするアレイ分解能でデータビームを表わす当該電位に 入射光強度を変換することができるマトリックスアレイ光感知デバイスである。

以下に詳細に説明するように、クロック発生器８３によって供給されるクロック 信号によって、出力インターフェイスバス８８を介してデータ出力レジスタ１８ にシフトされることができる光ビームデータを、アキュミュレータｌＧはアキュ ミュレートする。アキュミュレータＩＧｉまた、光学データプロセッサ２０の動 作期間中にアキュミュレータ１Ｇの中で実行されるべき種々のシフトと合計の動 作ができるように、円形シフトバス８Ｂと横方向シプトバス８４を有する。

データ出力レジスタ１８は、アキュミュレータ１６からのシフトされた出力デー タをプロセッサデータ出力バス９０を介してプロセッサ出力に流す高速のアナロ グ−デジタルコンバータ、シフトレジスタ、および、バッファであることが望ま しい。

前述から明らかなように、マイクロコントローラ１２は光学データプロセッサ２ ０に渡って完全な制御を行なう。どんな望ましいデータも、望ましいデータ処理 アルゴリズムを実行するように、空間光変調器のどんな特定の組合せにも供給さ れることができる。任意の特定の光学的データ処理アルゴリズムの実行に必要な これらの空間光変調器だけが、本発明による光学データプロセッサ２０に実際に 利用される必要があるということが、特にたやすい。光学データプロセッサ２０ の中の°空間光変調器には、空間光変調器を最大伝導度に一様に保持するために 、各データレジスタを介して適当なデータが供給される。結果的に、選択された 空間光変調器は、適当なデータプログラムによって効果的に光学データプロセッ サから除かれる。このようにして、光学データ処理システム１０は光学データ処 理計算の実行のための非常に柔軟な環境を提供する。

本発明の光学プロセッサの実施例に従って製造された例としての光学データプロ セッサ２０の構成が第２図に示される。

示される実施例は、光学プロセッサの実施例に組込まれる基本的構成物の実質的 に全てを含む例である。

光学データプロセッサの構成物は、光源９１と、ＳＬＭ段９２と、および、デー タビーム受信器９３の部分として機能的に分けられる。光源９１は必須的に、７ ラツトパネル光源１４を有し、付加的に光ビームバッファ構成物９４を有する。

フラットパネル光源１４はエレクトロルミネッセンス表示パネルか、あるいは代 わりに、ガスプラズマ表示パネル、ＬＥＤ、ＬＥＤアレイ、レーザーダイオード 、あるいは、レーザーダイオードアレイであることが望ましい。バッファ構成物 ９４は、フラットパネル表示パネルによって作られた光を空間的に一様な光ビー ムにするために利用されることが望ましい。ガスプラズマ表示が利用される場合 、バッファ構成物９４はさらに、プラズマ表示１４によって発生される熱から光 学データプロセッサ２゜の残りのものを隔離するように機能する。どちらの場合 でも、バッファ構成物９４は約０．２５インチの厚さを有する光学ガラス板であ ることが望ましい。

光学データプロセッサｌＯの塊は、ＳＬＭ段のシリアルなスタックによって形成 され、そのＳＬＭ段９２は代表的である。

各段がそれらの構成物の組合せによって同一であることが望ましく、一方、各Ｓ ＬＭは唯一必須の構成物である。望ましくは、ＳＬＭは他の支持を必要としない 堅牢な構成であることである。そのような実施例において、ＳＬＭは、互いに直 ぐ隣に置かれ、光学的に透明な絶縁薄膜によってのみ分離され、空間光変調器の 最適な小さい多段スタックを生ずる。しかしながら、空間光変調器が、例えば、 それら自身の支持を提供するために不十分な構造的強度しかない材料でできてい て、段９２はさらに、支持光フアイバー板１０２を有する。光ファイバ、−板１ ０２のファイバーは勿論、光学データプロセッサ゛２０の主軸に平行な円周軸と 一致されている。また、光フアイバー板１０２を利用するそのような実施例にお いて、また、空間光変調器の重要な動作が光ビームの偏光変調によってなされる 場合、偏光器６４はＳＬＭ４４と光フアイバー板１０２の間に設けられることが 望ましい。偏光器６４により、さらに、本発明のローカル偏光ベクトルデータを 表す実施例において、偏光されない光学データビーム源１４が利用されることが できる。

空間光変調器の動作の基本が、（偏光回転の代わりに）光吸収であるならば、偏 光器は必要ない。

データビーム受信器９３は必須的にアキュミュレータ構成物１Ｂを有する。アキ ュミュレータ１６は光学検出器の固体マトリックスアレイであることが望ましい 。特に、光学検出器アレイは、光学データプロセッサ２０の有効分解能に同等な アレイ密度に供給される従来の電荷結合デバイス（ＣＯＤ、）の２次元シフトレ ジスタアレイであることが望ましい。ＣＣＤアレイを使用することは、マイクロ コントローラ１２によって直接コントロールされることができるＣＯＤシフトレ ジスタ回路の製造を容易にすることと同様に、その電荷蓄積、すなわち、データ 合計能力のために望まれる。さらに、ＣＣＤアレイを使用することにより、アキ ュミュレータＩＢから円形シフトデータバス８Ｂを介してアキュミュレータ１Ｂ に回帰されるべきデータリターンバス８８にデータがシフトされることができる ことにより、アキュミュレータｔｅの動作の実質的な柔軟性がもたらされる。さ らに、アキュミュレータ１６は、第１図に一般的に示されるように、横方向シフ トデータバス８４を介してそれに含まれるデータの横方向循環を許すために、隣 のレジスタとの伝達経路の内部接続を使用することによって望ましい柔軟性を有 する。結果的に、アキュミュレータ１Ｂはマイクロコントローラ１２の直接のコ ントロールの下に、シフトと合計の動作を含む全く複雑な光学データ処理アルゴ リズムの実行に効果的に利用されることができる。゛データビーム受信器９３は 、アキュミュレータ１６を光学データプロセッサ２０の最終段９２のＳＬＭ４４ に内部接続する際に望まれるように、光フアイバー板１２２を付加的に有する。

２つの１次元空間光変調器の実施例が第３図と第４図に示される。第３図に示さ れる空間光変調器１３０は、ストライブ電極１３Ｂと電位参照平面１４０が各々 供給される２つの主な平行な向い合う表面を有する電気光学素子１３２を有する 。電気のような固体電気光学材料であるが、送信モードで液晶光バルブとして働 く。この後者の材料による偏光は、光が通過する材料のその部分を横切って印加 される縦方向と横方向の電位に比例して局所的に光を変調する。この材料は特徴 的には、約１平方インチの主な表面領域に対して約５からｌＯミルの厚さに供給 された電気光学素子１３２として利用されるとき、本発明の目的のために適当に 自己支持するべき十分な構造強度を有する。

電気光学素子１３２の活性領域が、ストライブ電極１３（ｌと参照平面電極１４ ０の各々の間に必然的に存在するので、電極１３８　、１４０はインジウムスズ 酸化物のような高伝導性の透明な材料で作られることが望ましい。電極１３Ｂと １４０への接触は、従来のワイヤ接合、あるいは、半田付は内部接続技術を使用 して取付けられる別々の電極リード１３４．１３８を各々使用してなされること が望ましい。

空間光変調器１３０の変化は、本発明で特に有用な０次元、すなわち一様な空間 光変調器を提Ｏ（する。ストライブ電極リード１３４を共通１こ接続することに より、電気光学材料１３２の伝導度は全ての画素位置において一様に変調される 。代わりに、電気光学材料１３２の主な表面全体をカバーする単一電極がストラ イブ電極１３Ｇの代わりに使われる。

第４図には他の１次元空間光変調器が描かれている。この空間光変調器は、電気 光学素子１５２の２つの主な表面上の信号１５Ｇと参照電位１５ｇ電極の相対的 な変位によって、第３図のそれとは異なっていることが重要である。多生な表面 上には、参照電位電極１５８が、内部デジタル電極構成を形成するように、信号 電極１５（ｉの対の間に設けられ、それは、電気光学素子１５２の両方の主な表 面上で必然的に同じである。電気光学素子１５２の活性部分は信号電極１５Ｂと その表面に近い参照電位電極１５８の各々の間にある。このようにして、達成可 能な電気光学効果は電気光学素子１５２の両方の表面の利用によって増強される 。更に、電気光学索子１５２の活性部分は信号電極１５１１ｉによって遮光され ないので、電極１５６．１５８の全ては、電気光学素子１５２の活性領域を効果 的にマスクするためにさらに有効に利用される、アルミニウムのような不透明な 伝導材料でできている。すなわち、電極１５［ｉ　、１５８は、電気光学索子１ ５２を通過している間にそれらが発散するように、データビームの各画素端部分 を阻止するために利用される。

第３図の空間光変調器１３０と同様に、電気光学素子１５２は、液晶光バルブ、 あるいは、固体電気光学材料のどちらがである。より早い電気光学的応答時間、 より大きな構造強度、および、製造の容易さのために、ＬｉＮｂＯ３、ＬｉＴａ Ｏ３、ＢａＴｉＯ３，５ｒＸＢａ１ＸＮｂｏ３とＰＬＺＴのような横方向電界偏 光変調電気光学材料が望ましい。これらの材料は、上記偏光変調材料ＫＤ２ＰＯ ４と一般に同じ構造強度特性を有すると信じられている。電極ストリップ１５Ｇ 　、１５８への電極リードは、従来のワイヤ接合、あるいは、半田付は内部接続 技術を使用して取付けられることが、繰返しとなるが望ましい。

ユニークな光学処理アルゴリズムで実現されるように種々の複雑なデータ処理機 能を実現するために提供するときの本発明の多機能さは、第５図を参照して、最 もよく描がれている。本発明の説明を容易にするために、光学データプロセッサ ２０の実施例は、一連の平面Ａ、Ｂ、ＣＳＤ、、Ｅ、およびＦとして機能的に描 かれている。各平面は座標系２００のＸ軸とＹ軸に平行で、Ｚ軸に沿って分布し ている。記述を簡単にするために、光学データプロセッサ２０は３Ｘ３の画素の を効分解能を有するとして示ぎれている。描かれているように、平面ＡＳＢ、お よび、Ｃは、それぞれ、バス２３４．２３１３．２３Ｂによって１次元空間光変 調器２０２．２０４．２０［３に内部接続され、バス２２２．２２４．２２０に よってマイクロコントローラ１２に内部接続されるレジスタ２１２．２１４．２ １ｇを有する。レジスタ２１２．２１４．２１Ｇは各々、３Ｘ３の画素のバッフ ァアレイを有する。ＡとＢの平面の１次元空間光変調器２０２．２０４は、（Ｘ 軸に平行な）３画素の列の変調を行なう。平面Ｃの空間的光変調器２０６は、（ Ｙ軸に平行な）３画素行の変調を行なうものとして区別される。

バス２４０を介してレジスタ２１８によって駆動される２次元空間光変調器２０ ８には、バス２３０によってマイクロコントローラ１２と内部接続されている両 方のものが、平面りに与えられる。以下に示されるように、２次元空間光変調器 は光学データプロセッサの他の平面に関して効果的に静的であるので、アレイ電 極の高速独立アドレス指定の必要性が実質的に除去される。むしろ、データのよ り簡単なシフトレジスタモード伝播が、２次元空間変調器２０８の動作において 利用される。

結果的に、高分解能マトリクスの空間光変調器の信頼性ある製造における構成上 の束縛と複雑な制限が、本発明の目的により多いに緩和された。

平面Ｅは単一画素バス２４２を介して一様な０次元空間光変調器２１０と、およ び、バス２３２を介してマイクロコントローラ１２と内部接続される３Ｘ３画素 レジスタ２２０を有する。

最終的に、マトリクスアレイアキュミュレータ１４は平面Ｆに与えられる。上記 のように、円形８Ｇと横方向８４のシフトバスは、柔軟な合計とシフトの動作が マイクロコントローラ■２のコントロールの下に実行されることができるように 提供される。

本発明の柔軟さと多機能は、以下に述べられる代表的なアルゴリズムを実行する ための適応によって描かれている。各アルゴリズムは、光学像として表すことが できるデータを処理するように機能する。結果的な光学像の発生によって実現さ れる機能がよく知られている一方、それらの各アルゴリズムの実行は、本発明の ユニークさであり、本発明に独特である。

機能１ ２次元スペクトル解析に適する、２次元データの２次元フーリエ変換は、以下の ように実行される。

初期化 １．２次元データを平面Ｃのレジスタ２１Ｇにロードし、行３データをＳＬＭ２ ０Ｇの各列に印加すること、２、第１の次元の解析のためのフーリエ変換係数を 平面Ａのレジスタ２１２にロードし、列３データをＳＬ、Ｍ２Ｏ２の各行に印加 すること、 ３、光学データプロセッサ２０の全ての他のレジスタ２１４．２１８．２２０に 空間光変調器２０４．２０８．２１０の伝導度の最大値に対応する一様なデータ をロードすることと、５、光学データビームの現在の光学画素績を当該以前の画 素績の合計と合計すること、 ６、レジスタ２１２にあるデータを、ある方向（例えば、右方向）に１列だけ列 シフトし、新しい列３データをＳＬＭ２０２の各行に印加すること、 ７、レジスタ２１６にあるデータを、ある方向（例えば、上方向）に１行だけ行 シフトし、新しい行３データをＳＬＭ２０Ｇの各列に印加すること、 ８、平面Ｃのレジスタ２１Ｇに格納される２次元データの各行のためにステップ ５から７までを繰返すこと、９、平面Ｆのアキュミュレータ１４に合計されたマ トリクスアレイデータを平面Ｃのレジスタ２１０に転送し、行３データをＳＬＭ ２０Ｂの各列に印加すること、１０、第２の次元解析のためのフーリエ変換係数 を平面Ａのレジスタ２１２にロードし、列３データをＳＬＭ２０２の各行に印加 すること、 １１、平面Ｃのレジスタ２１Ｇに格納された２次元データの各行のためにステッ プ５から７までを繰返すことと、結果としての像を提供する １２、平面Ｆのアキュミュレータ１４に合計されるマトリクスアレイデータをマ イクロコントローラ１２に転送すること。

画像認識に適する、２次元データの２次元相関関係は、以下のように実行される 。

初期化 １．２次元データを平面Ｅのレジスタ２２０にロードし、所定の単一画素の当該 位置（′例えば、１．３）からのデータをＳＬＭ２１０の一様な電極に印加する こと、２．２次元相関関係マスクデータを平面りのレジスタ２１８にロードし、 データをＳＬＭ２０８の各画素位置に印加すること、 ３、全ての他のレジスタ２１２．２１４．２１０に空間光変調器２０２．２０４ ．２０Ｂの伝導度の最大値に対応する一様なデータをロードすること、 ４、平面Ｆのアキュミュレータ１４をクリアすること、処理 ５、光学データビームの現在の光学画素積を当該以前の画素積の合計と合計する こと、 ６、レジスタ２２０にあるデータを与えられた方向（例えば、右方向）に１列だ け列シフトし、与えられた単一画素当該位置からの新しいデータをＳＬＭ２１０ に印加すること、７、アキュミュレータ１４にある合計をレジスタ２２０がシフ トされたと同じ方向に１列だけ列シフトすること、８６平面Ｅのレジスタ２２０ に格納されたデータの各列のためにステップ５から７までを繰返すこと、９、レ ジスタ２２０にあるデータを与えられた方向（例えば、上方向）に、１行だけ行 シフトし、与えられた画素当該位置からの新しいデータをＳＬＭ２１０に印加す ること、１０、アキュミュレータ１４にある合計をレジスタ２２０がシフトされ たのと同じ方向に１行だけ行シフトすること、１１、平面Ｅのレジスタ２２０に 格納されたデータの各行のために、ステップ８から１０までを繰返すこと、結果 としての画像を提供 １２、平面Ｆのアキュミュレータ１４に合計されたマトリクスアレイデータをマ イクロコントローラ１２に転送すること。

機能３ １次元データに関する１次元滑る窓（ｓｌｌｄｌｎｇ　ｗｉｎｄｏｗ）を横切る あいまいさの関数（ａｍｂｌｇｕｌｔｙ　ｆ’ｕｎｃｔｌｏｎ）計算は次のよう に実行される。

初期化 １、フーリエ変換係数のマトリクスの実数部分を平面Ａのレジスタ２１２にロー ドし、列３データをＳＬＭ２０２の各行に印加すること、 ２、平面Ｃのレジスタ２１Ｂの各行に同一の固定された長さをロードし、行３デ ータをＳＬＭ２００の各列に印加すること、３、平面Ｂのレジスタ２１４の各行 に連続して走しっている１次元入力データをロードし、列３データをＳＬＭ２０ ４の各行に印加すること、 ４、光学デ」タプロセッサ２０の全ての他のレジスタ２１８．２２０に空間光変 調器２０８．２１０の伝導度の最大値に対応する一様なデータをロードすること 、 ５、平面Ｆのアキュミュレータ１４をクリアすること、処理 ６、光学データビームの現在の光学画素積を当該以前の画素積の合計と合計する こと、 ７、平面Ａのレジスタ２１２にあるデータを列３の方に１列だけ列シフトし、列 ３にある新しいデータをＳＬＭ２０２の各行に印加し、列３からシフトされた行 データを再循環し、レジスタ２１２の列１に格納すること、 ８、平面Ｂのレジスタ２１４にあるデータを列３の方に１列だけ列シフトし、レ ジスタ２１４の列１の各画素位置に次の順番の入力データをロードし、列３にあ る新しいデータをＳＬＭ２０４の各行に印加すること、 ９、アキュミュレータ１４にある合計を列３の方に１列だけ列シフトし、アキュ ミュレータ１４の列１の画素当該合計をクリアし、光学データプロセッサ２０の 外部に入力データストリームの当該部分に対する計算されたほとんどの最近の滑 る窓を横切るあいまいさの関数マトリクスの最後の列に関して列３からシフトさ れたデータを保持すること、および、ｌＯ，アキュミュレータ１４からシフトさ れたデータの各列で、最も最近の滑る窓を横切るあいまいさの関数のマトリクス を更新して、平面Ｂのレジスタ２１４を介してバッファされるように、入力デー タストリームから取られる各データに対してステップ６から９までを繰返すこと 。

本発明の方法の上記アルゴリズムあ各側は、先行例に図示されるように本発明の 特定の観点上になりたつ。従って、本発明は、他の特定の光学データ処理計算の 実行に容易に拡張されることができる。

このようにして、広範囲の種々の特定の光学データ処理機能を実行するように適 用できる複雑な光学データ処理計算を実行する方法が述べられた。

上に述べられた技術の観点で、光学技術の熟練者は、本発明の方法の多くの改造 と変形は可能であり、予想されるということを容易に考えつく。従って、本発明 は、請求の範囲に述べられる本発明の性質と範囲から離れることなく、特に上に 述べられるように、むしろ実現される。

国際調査報告 ＡＮＮＥＸ　Ｔｏ　ＴＴｈＥ　ＩＮ置’ＪＡＴ工０ＮＡＬ　５ＥＡＲＣ！！　Ｒ Ｅ：’ＯＲＴ　ＯＮ

Claims (15)

【特許請求の範囲】
1. １．データに対応する画像をデータビームに重畳するために、複数の空間光変調 器を使用して光学計算を実行する方法において、 当該データ画像をデータビームに重畳するために、複数の空間光変調器の小グル ープに各データを印加するステップと、および、 実行される計算が前記変調器の小グループに印加されたデータに依存するように 、前記ビーム上に当該一様なデータ画像を重畳するように前記変調器の残りの部 分に一様なデータを印加するステップとを具備することを特徴とする方法。
2. ２．前記方法は、 前記変調器の前記小グループの第１の変調器に印加されるデータを順番に供給す るステップと、前記変調器の前記小グループの第２の変調器に印加されるデータ を順番に供給するステップと、および、前記変調器の第３の変調器に印加される 一様なデータを連続的に供給するステップとを、さらに具備することを特徴とす る請求の範囲第１項に記載の方法。
3. ３．前記変調器手段はそれに印加されるデータを空間的に表し、 アキュミュレータは前記ビームに重畳された空間的に表されるデータを合計する ために使用され、前記変調器は、行と列が前記ビームと互いに直交するように、 前記ビーム上にデータ画像を選択的に重畳するための１次元と２次元の空間光変 調器を有し、前記方法は、 前記変調器の行に関して前記アキュミュレータに合計されたデータを順番にシフ トするステップと、前記アキュミュレータの当該シフトされる空間的に合計され たデータと、前記ビーム上に空間的に表されるデータどを合計するステップとを 、さらに具備することを特徴とする請求の範囲第２項に記載の方法。
4. ４．前記方法は、 前記変調器の選択されたものにデータを周期的に印加するように、前記変調器の 前記小グループの選択されたものに供給されるデータを循環させるステップを、 さらに具備することを特徴とする請求の範囲第３項に記載の方法。
5. ５．交差される１次元空間光変調器を有し、空間光変調器を使用して複数のデー タ画像をデータビーム上に重畳することができる光学プロセッサを使用して光学 計算を実行する方法において、 前記ビーム上に第１のデータ画像を重畳するように、第１の１次元空間光変調器 に第１のデータを順番に供給するステップと、 前記ビーム上に第２のデータ面像を重畳するように、第２の１次元空間光変調器 に第２のデータを順番に供給するステップと、 順番に供給される前記第１と第２のデータと、前記データビーム上の前記第１と 第２のデータとの結合によって表されるデータとを空間的に合計するステップと を具備することを特徴とする方法。
6. ６．前記方法は、 順番に供給される前記第１と第２のデータと空間的に合計されたデータを各々シ フトするステップを、さらに、具備することを特徴とする請求の範囲第５項に記 載の方法。
7. ７．空間的に合計されたデータを各々シフトするステップは、順番に供給される 各前記第１と第２のデータで起きることを特徴とする請求の範囲第６項に記載の 方法。
8. ８．前記方法は、 一様なデータ画像を前記ビーム上に対応して重畳するように、前記光学プロセッ サの前記空間光変調器の使用されていないものに一様なデータを供給するステッ プを、さらに具備することを特徴とする請求の範囲第５項乃至第７項のうちいず れか一項に記載の方法。
9. ９．前記光学プロセッサは、さらに、２次元空間光変調器を有し、 前記方法は、第３のデータ画像を前記ビームに重畳するように、前記２次元変調 器に第３のデータを供給するステップを、さらに具備することを特徴とする請求 の範囲第６項に記載の方法。
10. １０．前記２次元空間光変調器は、そのデータ画像の行と列として、前記第３の データを前記ビームに重畳することを特徴とし、 第３のデータを供給するステップは、順番に供給される各前記第１と第２のデー タに関して、前記２次元空間光変調器の行に沿って前記第３のデータをシフトす るステップを、さらに具備することを特徴とする請求の範囲第９項に記載の方法 。
11. １１．前記第３のデータを供給するステップは、前記２次元空間光変調器の第１ の行に前記第３のデータのその部分を供給するように、前記２次元空間光変調器 の最後の行から有効にシフトされた前記第３のデータのその部分を循環させるス テップを、さらに、具備することを特徴とする請求の範囲第１０項に記載の方法 。
12. １２．前記方法は、 一様なデータ画像を前記データビーム上に対応して重畳するように、前記空間光 変調器の使用されていないものに一様なデータを供給するステップを、さらに具 備することを特徴とする請求の範囲第１０項あるいは第１１項のうちいずれか一 項に記載の方法。
13. １３．複数の空間光変調器と空間アキュミュレータを使用して、データビーム上 の２次元データの２次元フーリエ変換を実行する方法において、 第１のデータ次元に対してフーリエ変換係数マトリクスをバッファするステップ ａと、 変換されるべき２次元データマトリクスをバッファするステップｂと、 第１の１次元空間光変調器の各行に最後のマトリクス列のバッファされた係数を 印加するステップｃと、転送されるべきバッファされたデータの最後のマトリク ス行を第２の１次元空間光変調器の各列に印加するステップｄと、 前記空間光変調器の残りの全てに一様なデータを供給するステップｅと、 前記光学データビームから有効に重畳され、結合され、および、受信されるよう に、前記第１と第２の１次元空間光変調器上に供給される交差するデータの積を アキュミュレータ中に合計するステップｆ、 印加されるべき各係数とデータの新しい列と行を前記第１と第２の１次元空間光 変調器に供給するように、前記２次元データマトリクスと前記係数マトリクスと を繰返し再循環させるステップｇと、 ２次元データの各行のためにステップｃからステップｇまでを繰返すステップｈ と、 元の２次元データの代わりに前記アキュミュレータからの合計された第１のデー タ次元の結果としてのデータをバッファするステップｉと、 第１のデータ次元のためのそれに変わって第２のデータ次元のためのフーリエ変 換係数マトリクスをバッファするステップｊと、および、 合計された第１のデータ次元の結果としてのデータの各行のために、ステップｃ からステップｇまでを繰返すステップｋとを具備することを特徴とする方法。
14. １４．複数の空間光変調器と空間アキュミュレータを使用して、データビーム上 の２次元データの２次元相関を実行する方法において、 ２次元相関マスクデータマトリクスをバッファするステップａと、 相関関係づけられるべき２次元データマトリクスをバッファするステップｂと、 ２次元空間光変調器の当該空間位置にバッファされたマスクデータマトリクスを 印加するステップｃと、バッファ位置の予め決められた行と列から得られ、相関 関係づけられるべきデータマトリクスのデータを、０次元空間光変調器に印加す るステップｄと、 残りの全ての前記空間光変調器に一様なデータを供給するステップｅと、 前記２次元と０次元空間光変調器に各々供給されるように、それにより、結果と しての累積された２次元データを生ずるために、相関関係づけられるべきデータ マトリクスの前記データと交差する相関関係マスクデータマトリクスとの積を前 記アキュミュレータ中で合計するステップｆと、前記予め決められた行と列のバ ッファ位置に新しいデータを供給するように、第１のデータマトリクス方向に相 関関係づけられるべき前記バッファされた２次元データマトリクスを再循環させ るステップｇと、 第１のデータマトリクス方向に同様に前記結果として累積された２次元データを 再循環させるステップｈと、相関関係づけられるべき２次元データマトリクスの 前記第１のデータマトリクス方向に各行あるいは列のためにステップｃからｈま でを繰返すステップｉと、前記予め決められた行と列のバッファ位置に新しいデ ータを供給するように、第２のデータ次元で相関関係づけられるべき前記バッフ ァされた２次元データを再循環させるステップｊと、 前記第２のデータマトリクス次元に同様に前記結果として累積された２次元デー タを再循環させるステップｋと、および、 相関関係づけられるべき前記２次元データマトリクスの前記第２のデータマトリ クス方向に各行あるいは列のためにステップｉからｋまでを繰返すステップ１と を具備することを特徴とする方法。
15. １５．複数の空間光変調器と空間アキュミュレータを使用して、データビーム上 の２次元データのための１次元の滑る窓（ｓｌｉｄｉｎｇ　ｗｉｎｄｏｗ）を横 切るあいまいさの関数（ａｍｂｉｇｕｌｔｙｆｕｎｃｔｉｏｎ）計算を実行する 方法において、２次元フーリエ変換係数マスクデータマトリクスをバッファする ステップａと、 １次元参照データテンプレート（ｔｅｍｐ１ａｔｅ）を行バッファするステップ ｂと、 １次元入力データの流れの初期部分を行パッファするステップｃと、 第１の１次元空間光変調器の各行に、各最後のマトリクス列のバッファされた係 数を印加するステップｄと、第２の１次元空間光変調器の当該列に、各バッファ された行参照テンプレートデータを印加するステップｅと、第３の１次元空間光 変調器の各列に、前記入力データの流れの連続する部分からの当該データを印加 するステップｆと、 残りの全ての前記空間光変調器に一様なデータを供給するステップｇど、 それにより、結果としての累積された２次元データマトリクスを生ずるために、 前記第１と第２と、および、第３の１次元空間光変調器に各々供給されるように 、交差する係数マスクマトリクスデータと、前記行参照テンプレートデータと、 および、前記入力データの流れの前記連続する部分との積を前記アキュミュレー タ中で合計するステップｈと、予め決められた行データのシフト方向に前記入力 の流れの印加された前記連続する部分をシフトするように、前記バッファされた 部分に次の入力データの流れのデータを順番にシフトするステップｉと、 印加されるべき係数マトリクスの次の順番の列を前記第１の１次元空間光変調器 に供給するように、前記予め決められた行シフトデータ方向に前記バッファされ た係数マスクデータマトリクスを再循環させるステップｊと、前記予め決められ た行データシフト方向に前記結果として累積された２次元データマトリクスをシ フトし、次の入力データの流れのデータが印加される前記第３の１次元空間光変 調器の列に対応する結果としてのデータマトリクスの第１のマトリクス列をクリ アするステップｋと、および、ステップｄからステップｋを繰返し、２次元の最 新の滑り窓を横切る結果としてのあいまいさのデータマトリクスを形成するため に、ステップｋの間にシフトしてだされる前記結果としての２次元データマトリ クスの最後のマトリクス列データをバッファするステップ１とを具備することを 特徴とする方法。