[發(fā)明專利]全光感算一體光場(chǎng)智能處理系統(tǒng)及方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202111138513.5
• 申請(qǐng)日: 2021-09-27
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN113595637B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-01-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 方璐;周天貺;顧思遠(yuǎn);袁肖赟;戴瓊海
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 清華大學(xué)
• 主分類號(hào): H04B10/25
• 分類號(hào): H04B10/25;H04B10/29;G06N3/067
• 代理公司: 北京清亦華知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11201
• 代理人: 羅嵐

本發(fā)明公開(kāi)了一種全光感算一體光場(chǎng)智能處理系統(tǒng)及方法，其中，系統(tǒng)包括：采集模塊由數(shù)字微鏡與耦合光纖組成，用于通過(guò)數(shù)字微鏡與耦合光纖的組合，將二維的空間光信號(hào)映射成一維的輸入信號(hào)；計(jì)算模塊，用于模擬循環(huán)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中的乘加模型，對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理得到預(yù)處理信號(hào)；輸出模塊包括光電探測(cè)器或者中繼光纖，光電探測(cè)器，用于接收預(yù)處理信號(hào)，通過(guò)光電探測(cè)器輸出電信號(hào)；或者中繼光纖，用于將預(yù)處理信號(hào)通過(guò)中繼光纖進(jìn)行中繼傳輸。本發(fā)明提出了一套基于光學(xué)循環(huán)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、集感知與智能計(jì)算一體化的光場(chǎng)成像系統(tǒng)，在響應(yīng)速度、能耗、傳輸帶寬上相比現(xiàn)有感算分離的光場(chǎng)成像系統(tǒng)有很大提升，未來(lái)潛力巨大。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及光電計(jì)算智能感知技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種全光感算一體光場(chǎng)智能處理系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)

現(xiàn)有的成像系統(tǒng)或者視覺(jué)信號(hào)處理技術(shù)均采用電學(xué)方案，概言之，借助光電傳感器首先實(shí)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換，在硅基設(shè)備(如PC)上進(jìn)行進(jìn)一步計(jì)算。此類方案中，目標(biāo)場(chǎng)景發(fā)出的光線，經(jīng)過(guò)光學(xué)鏡頭投射到感光芯片，即光電探測(cè)器平面上，此時(shí)光學(xué)信號(hào)被轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。電信號(hào)再次經(jīng)過(guò)傳感器模數(shù)轉(zhuǎn)換后成為一般所見(jiàn)到的視頻幀的數(shù)據(jù)形式。基于幀形式數(shù)據(jù)的技術(shù)構(gòu)成了計(jì)算機(jī)視覺(jué)與圖像(視頻)處理的主流。

在主流技術(shù)之外，現(xiàn)有壓縮感知方向的單光子壓縮成像技術(shù)。單光子成像同樣使用數(shù)字微鏡陣列壓縮采集視覺(jué)信號(hào)，將二維信號(hào)輸出為單點(diǎn)的一維信號(hào)。在壓縮采集到信號(hào)后，單光子成像技術(shù)立即通過(guò)光電探測(cè)器將信號(hào)做光電轉(zhuǎn)換，而不經(jīng)過(guò)光學(xué)計(jì)算環(huán)節(jié)。這是由于其成像應(yīng)用的輸出為幀格式以用于可視化。

在時(shí)序光學(xué)計(jì)算的相關(guān)交叉研究領(lǐng)域，比如自然語(yǔ)言處理、光纖通信中存在相近結(jié)構(gòu)的研究。如在現(xiàn)有文獻(xiàn)中將自然語(yǔ)言處理中的語(yǔ)料序列化后輸入由光纖環(huán)組成的水庫(kù)系統(tǒng)中（循環(huán)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的變種），也是利用光纖時(shí)延做為循環(huán)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的反饋機(jī)制，利用信號(hào)調(diào)制做權(quán)重耦合。

現(xiàn)有技術(shù)有如下缺點(diǎn)：

1）現(xiàn)有的圖像(視頻)處理技術(shù)由于遵循光電轉(zhuǎn)換-硅基計(jì)算的架構(gòu)，其載體為電信號(hào)，功耗、運(yùn)算速度表現(xiàn)不佳。

2）此外，圖像(視頻)處理技術(shù)中大多數(shù)以幀作為計(jì)算結(jié)構(gòu)的輸入形式，存在著大量的信息冗余。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明旨在至少在一定程度上解決相關(guān)技術(shù)中的技術(shù)問(wèn)題之一。

為此，本發(fā)明的第一個(gè)目的在于提出一種全光感算一體光場(chǎng)智能處理系統(tǒng)，基于本發(fā)明提出的一套基于光學(xué)循環(huán)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、集感知與智能計(jì)算一體化的光場(chǎng)成像系統(tǒng)，在響應(yīng)速度、能耗、傳輸帶寬上相比現(xiàn)有感算分離的光場(chǎng)成像系統(tǒng)有很大提升，未來(lái)潛力巨大。

本發(fā)明的第二個(gè)目的在于提出一種全光感算一體光場(chǎng)智能處理方法。

為達(dá)上述目的，本發(fā)明第一方面實(shí)施例提出了一種全光感算一體光場(chǎng)智能處理系統(tǒng)，包括：

采集模塊由數(shù)字微鏡與耦合光纖組成，用于通過(guò)所述數(shù)字微鏡與所述耦合光纖的組合，將二維的空間光信號(hào)映射成一維的輸入信號(hào)；

計(jì)算模塊，用于模擬循環(huán)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中的乘加模型，對(duì)所述輸入信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理得到預(yù)處理信號(hào)；

輸出模塊包括光電探測(cè)器或者中繼光纖，所述光電探測(cè)器，用于接收所述預(yù)處理信號(hào)，通過(guò)所述光電探測(cè)器輸出電信號(hào)；或者所述中繼光纖，用于將所述預(yù)處理信號(hào)通過(guò)所述中繼光纖進(jìn)行中繼傳輸。

另外，根據(jù)本發(fā)明上述實(shí)施例的全光感算一體光場(chǎng)智能處理系統(tǒng)還可以具有以下附加的技術(shù)特征：

進(jìn)一步地，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述采集模塊，用于所述二維的空間光信號(hào)是采用降維壓縮的方式采集，所述將二維的空間光信號(hào)映射成一維的輸入信號(hào)是通過(guò)DMD調(diào)制的掩膜轉(zhuǎn)換，并且利用壓縮感知以使得光信號(hào)的形式連續(xù)。

進(jìn)一步地，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述計(jì)算模塊中，循環(huán)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的表達(dá)式為：