оптическая обработка информации

ОПТИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА ИНФОРМАЦИИ - обработка информации с использованием оптич. излучения как носителя информац. сигнала и оптич. элементов для обработки. Достоинства О. о. и. связаны с возможностью быстрой параллельной обработки больших массивов информации. Наиб. характерной особенностью оптпч. сигнала как носителя информации является его двумерность. Это свойство оптич. сигнала связано с малой длиной волны света < 1 мкм. Дело в том, что мин. размеры участка любого изображения, передаваемого с помощью волны, не могут быть меньше В оптич. диапазоне эта величина составляет ~1 мкм², что и позволяет передавать по оптич. лучу небольшого сечения (~1 см²) большое число (до 10⁸) бит информации параллельно. Т. о., оптич. излучение даёт возможность представлять информацию в форме двумерных картинок, сменяющих друг друга во времени. Для оценки преимуществ такой формы подачи информации сравним её передачу в кино и по телевидению. В кино информация подаётся с помощью медленно движущейся киноленты со скоростью 24 кадра в секунду с большим объёмом информации в каждом кадре. В телевидении информация передаётся по радиоканалу, последовательно точка за точкой. Скорость передачи информации ~6 МГц, т. е. в 250 тысяч раз быстрее, чем в кино. Но качество изображения на киноэкране значительно выше, чем на экране телевизионном. Т. о., даже медленная параллельная подача информации может иметь преимущества перед быстрой последоват. подачей.
Ввод информации в световой луч осуществляется с помощью транспаранта или пространств. модуляторов света. Оптич. луч, модулированный в каждой точке своего поперечного сечения, позволяет обрабатывать параллельно сразу большой массив данных, представленный в форме двумерной оптич. картинки. Оптич. устройства дают возможность очень просто и быстро реализовать ряд важных интегральных операций над двумерными сигналами, таких как преобразования Фурье, Гильберта и Лапласа, нахождение свёртки и корреляции двух ф-ций и нек-рые др. Так, обычная оптич. линза позволяет мгновенно получить фурье-спектр оптич. изображения, падающего на эту линзу. Вводя соответствующие фильтры в фокальную плоскость после линзы, можно значительно улучшить качество оптич. изображения или даже увидеть изображение невидимого фазового объекта.
Одной из важнейших проблем, решаемых при О. о. и., является задача распознавания образов. Если надо из набора произвольных двумерных картинок выбрать одну определённую, то для этого весь набор картинок (транспарантов) последовательно вводится в плоскость P₁ оптич. процессора (рис.). Точечный источник L расположен в фокусе линзы Л₁, поэтому после прохождения линзы световая волна становится плоской и освещает транспарант в плоскости Р₁. Фронт световой волны искажается транспарантом. В плоскости Р₂ помещается транспарант, являющийся согласованным фильтром для искомой двумерной картинки. Он обладает тем свойством, что компенсирует искажения волнового фронта, если падающая на него волна является двумерным фурье-спектром от искомой картинки. Если в плоскости Р₁находится искомая картинка, то согласованный с ней фильтр точно компенсирует кривизну падающей на него волны. Поле, прошедшее транспарант в плоскости Р₂, оказывается квазиплоской волной и собирается линзой Л₃ в небольшое ярко светящееся пятно в плоскости Р₃. Если в P₁ помещена к--л. другая двумерная картинка, не искомая, то компенсации фазовых искажений в плоскости Р₂ не происходит, волна после Р₂ не является квазиплоской и линза Л₃ разбрасывает свет по всей плоскости Р₃. Т. о., описанный процессор позволяет по появлению яркого пятна в центре Р₃ определить, когда в плоскости Р₁находится искомый образ. Имея набор согласов. фильтров, легко определить, какой из известных сигналов подан на вход оптич. процессора. Подобные процессоры весьма успешно использовались для распознавания букв или даже целых слов в читающих текст машинах.

Разработаны спец. оптич. схемы, позволяющие получить фильтр, согласованный с любой заранее известной двумерной картинкой. Схемы, подобные изображённой на рис., позволяют с большой скоростью, ограничиваемой только скоростью ввода информации в плоскости Р₁ и Р₂ и скоростью вывода информации из плоскости Р₃, решать задачи О. о. и. Трудности О. о. и. связаны с необходимостью быстрого ввода и вывода информации в оптич. процессор, а также недостаточной точностью обработки данных, введённых в виде аналоговых сигналов в плоскости Р₁ и Р₂. Последняя трудность устраняется при переходе к цифровым оптич. сигналам.

Лит.: Престон К., Когерентные оптические вычислительные машины, пер. с англ., М., 1974; Парыгин В. Н., Балакший В. И., Оптическая обработка информации, М., 1987.

В. Н. Парыгин.