Оптические вычисления. Часть 1. Голубой мечтой оптиков всегда...

Телеграм дек. 04, 2019

Оптические вычисления. Часть 1.

Голубой мечтой оптиков всегда было перенести часть вычислений с компьютера/логарифмической линейки в оптическую среду: представьте, как круто - нагородил в правильном порядке линзочек и призмочек, и к проходящей через этот ''арифмометр'' информации начала применяться какая-то забубеная математика, что характерно - со скоростью света.

Простейший пример таких вычислений – осуществление прямого и обратного Фурье преобразования с помощью банальной линзы.

Фурье - преобразование - краеугольный камень обработки сигналов и изображений. Суть прямого преобразования - представление информации в виде суммы простых периодических функций, например синусов: пришла нам сложная звуковая дорожка, а прямое Фурье преобразование позволяет нам разбить ее на простые составляющие – некоторое количество синусоид, которые описываются только частотой и коэффициентом, показывающим ее долю в исходных данных. Кстати, график зависимости такого коэффициента от частоты называется спектром.

При необходимости можно выкинуть (отфильтровать) лишнюю информацию, а затем произвести обратное преобразование Фурье: восстановить исходные данные. Если был применен фильтр – данные восстановятся в измененном виде, например без шумов. В случае картинки суть та же, только вместо синусоид - сложение волнистых периодических структур.

Линза в своем фокусе формирует Фурье-образ того, что пришло на неё. Если поставить вторую линзу, совместив их фокусы, то она будет производить обратное преобразование. Чтобы убрать что-то, например, фон и шумы из этого изображения, достаточно рассчитать экран, который затемнит ненужные компоненты и поместить его в фокус системы.

В итоге, подобная оптическая система будет применять фильтр к любому изображению, хоть в 100500 мегапикселей. Основная проблема - высокая требовательность к качеству изготовления и монтажа оптических компонентов. В любом случае, преобразования будут проходить с одинаковой скоростью - со скоростью света. И это без нагревания атмосферы процессорами и видеокартами.

Eshu Marabo

Теги