Оптические вычисления - Арратуна Р.
Скачать (прямая ссылка):
логике, свойства клеточной логики. Важной задачей в исследованиях
клеточной логики является получение таких схем переключения и хранения
информации, которые бы были лучше, дешевле, меньше по размеру и надежнее,
чем существующие схемы и компьютерные системы. Важные области
исследований клеточной логики включают в себя нижеследующее:
1. Синтез логических функций.
2. Клеточные логические автоматы.
3. Клеточные логические компьютеры.
Вопрос о синтезе клеточных логических функций обсуждается в связи с его
важностью для управления оптическими компьютерами. Далее рассматривается
вопрос об оптической реализации клеточных логических компьютеров,
основанных на клеточных автоматах. В некоторых клеточных системах логики
параллельно выполняются различные типы операций. Это означает, что
оптические методики пространственно-инвариантного фильтрования могут быть
применены к локальным клеточным логическим операциям способом,
аналогичным тому, как это делается в традиционных оптических вычислениях,
основанных на оптическом преобразовании Фурье. Архитектуры локальной
клеточной логики описаны в разд. 8.4.2.
Глава 8. Архитектуры клеточной логики
219
Таблица 8.1. Архитектуры компьютеров, используемые для обработки
изображений
Архитектура ной логики
Чисто параллельная CLIP-4 (Лондонский универси-схема тет)
МРР (НАСА)
ILLIAC IV
Локально параллельная схема
Архитектура конвейерной обработки
Tospix (Тошиба, Япония) Comtal (De Anza)
DIP (Дельфтский университет)
IU-проект
Систолическая матрица (CMU) WOWS (Фэйрчайльд корп.)
8.2.1. Клеточные компьютеры
До настоящего момента для цифровой обработки изображений было разработано
много различных типов электронных клеточных компьютеров [23-25]. Как
показано в табл. 8.1, клеточные логические компьютеры подразделяются на
две категории:
1. Чисто параллельные.
2. Локально параллельные.
На рис. 8.1 показан типичный клеточный логический компьютер, основанный
на чисто параллельной схеме. Главная часть клеточного компьютера - это
матрица процессорных элементов (ПЭ). Обычно всеми ПЭ управляют с помощью
одной шины команд. Каждый ПЭ независимо выполняет одну и ту же операцию.
Другим классом клеточной логики является локальная клеточная логика. На
рис. 8.2 изображено формирование локально параллельной клеточной логики.
Например, входное подлежащее обработке изображение состоит из МхМ ячеек.
Операции локальной клеточной логики выполняются только для малых NxN
элементов матриц с целью получения одного выходного элемента, где N^M.
Обычно все входные элементы обрабатываются одним и тем же типом операций.
Параллельно обрабатываются только маленькие площади входных элементов.
При этом фрагмент входного сигнала последовательно сканирует по входной
матрице данных. Возможно, наиболее очевидным приложением такого
оптического логического клеточного компьютера является распознавание
образов, поскольку оно относится к задачам обработки изображений.
Локальной логической функцией окрестности называется такая функция, в
которой величина выходного сигнала в каждом элементе является функцией
значения параметра самого элемента и значений ближайших соседних
элементов. Процедуры клеточной логики могут быть использованы для
нахождения среднего, дифференцирования, нелинейного усиления изображе-
220
Часть III. Систолические процессоры и логические матрицы
ния, обнаружения края, анализа текстуры, уменьшения толщины и выделения
остова. Почти все эти операции, использовавшиеся в цифровой обработке
изображений, могут выполняться этим типом компьютера.
Существуют четыре типа локальных клеточных логических компьютеров: (1)
параллельный полутоновый, (2) последовательный полутоновый, (3)
параллельный двоичный и (4) последовательный двоичный. Как указано выше,
одни и те же операции выполняются для каждой входной матрицы элементов во
многих клеточных логических операциях. Используя термины из области
оптической фильтрации, этот тип операций клеточной логики является
пространственно-инвариантным. Это предполагает, что традиционные методики
пространственно-инвариантной оптической фильтрации могут быть применены
при реализации операций клеточной логики для параллельного полутонового и
параллельного двоичного форматов данных.
".ОГ
I процэс- г-соров
Рис. 8.1. Пример клеточного логического компьютера с чисто параллельной
архитектурой.
Локальная маска
изображение перемещением изображение Рис. 8 2. Пример компьютера с
локальной клеточной логикой.
Глава 8. Архитектуры клеточной логики
221
8.2.2. Структуры матриц
Было предложено много видов клеточных матриц. Структура клеточной матрицы
существенно влияет на функции и особенности системы. На рис. 8.3 показаны
примеры различных типов клеточных матриц, включая прямоугольную,
гексагональную и треугольную. Здесь каждый ПЭ может непосредственно
соединяться с соседними элементами. Обычно для простоты полагают, что
каждая ячейка соединена с ее четырьмя соседями по горизонтали и
