[发明专利]相关装置

说明书

技术领域

本发明涉及用于模式识别，即搜索数据和参考数据的相关的装置和方法，特别涉及用于为了执行相关将时态数据流转换为并行数据模式的装置。

背景技术

模式识别涉及通过将(多个)已知的参考对象与数据比较，识别例如文本或图像的输入的数据中一个或多个已知的对象的过程。自发地执行模式识别的一种理想方式是通过相关的数学运算。本发明涉及改进的相关器。

模式识别用于很多领域，从询问数据库来定位特定的搜索项到基于生物统计的识别系统和二维图像中的目标识别。通常使用适当地编程的处理器，将已知的参考数据串与要搜索的数据比较来识别出匹配，数字地执行搜索。一个示例是互联网搜索引擎，其将一个或多个输入参考词与互联网数据比较以识别出匹配。

然而，当搜索非常大量的数据时，基于软件的模式识别技术可能很慢或者要求很大的处理能力。还有当以高数据率，例如以电信数据传输率接收数据时，基于软件的系统可能不能以该速度执行相关。

称为匹配滤波器或者相关器的光学模式识别系统也是已知的，并且可以用于匹配空间模式。最早的这种方案之一是Vander Lugt光学匹配滤波器，在A Vander Lugt的“Signal detection by complex spatialfiltering”，IEEE Trans.Inf.Theory IT-10，p139-145(1964)中有所描述。该系统使用光学结构来将场景的傅里叶变换乘以参考图案的共轭傅里叶变换，之后对组合的图案进行傅里叶逆变换。如果参考和图像之间存在强的相关，在系统的后焦面上形成尖锐的亮峰。从而该系统将观察的图像与参考图像比较，并且指示是否存在相关，并且，如果是，指示它在哪里发生，即系统识别目标在场景中的存在和(多个)位置。更新的光学模式识别系统电子地执行场景和参考图案的傅里叶变换(FT)，并在空间光调制器(SLM)上显示该组合的FT，从而简化和加速该操作，例如参见国际专利申请WO 00/17809中描述的相关器。这种光学模式识别系统对于观察的场景等中的目标识别可以工作良好，但是对于搜索数据库，它们要求用要被搜索的数据或者组合的数据和参考模式更新SLM。即使用快速SLM，SLM的更新速度也限制后面的应用的相关的速度。注意，作为这里所使用的，术语相关器将被认为包括基于匹配滤波器的系统。

最近，已经提出将光学相关的益处应用到高速模式匹配。我们共同未决的专利申请PCT/GB2005/004028和GB0423093.4描述了一种相关器装置，其使用快速相位调制和并行光学处理来允许高速度相关。

图1示出该快速光学相关器的第一实施例。该相关器对时态或顺序输入数据流2工作。该数据流例如可以是调幅二进制光信号，诸如电信中所使用的，并且可以从要搜索某一数据的存在的数据库流出。调幅输入信号2由光电探测器4检测。检测的数据被用于控制相位调制器6，该相位调制器6调制稳定激光器8的相位，以产生时态二元相位调制光信号。高速相位调制器在电信领域存在，并且可以处理非常高的输入数据速率。然而数据可以任何形式输入，例如它可以作为调幅电信号到达，并且这些可以直接用来控制相位调制器6。

该相位调制的光数据信号被划分到多个光信道。在该实施例中，每个光信道包括一长度的光纤14₁-14_N。每条光纤光信道具有不同的延迟长度，每条光纤相比前一条光纤具有一增加的延迟，该延迟等于系统的比特速率。从而在该多条光纤14的输出处，第一光纤将输出等价于一个特定比特的相位调制信号，而具有增加的延迟的下一条光纤，将输出前一比特的相位调制信号，以此类推。因此每条光纤的输出将是信号中的不同比特。因此该装置将时态光信号转换到并行光相位信号。也可以使用光纤以外的光延迟装置。

每条光纤14的输出由透镜28导向到相位调制空间光调制器(SLM)18的一部分上。空间光调制器18显示对应于至少一个参考模式(或者其倒转)的相位调制模式—该参考模式对应于所搜索的某些参考数据。

因此，离开SLM的信号的任一光信道的相位，将是对于输入数据的该特定比特施加的相位调制和对参考模式的该部分施加的相位调制的组合。在输入数据和参考数据之间没有相关的情况下，得到的光信号中不同信道的相位将随机变化，因此，该信号将具有变化相位的波前。然而，在参考模式与输入数据确切匹配的情况下，结果将是所有光信道具有相同的相位，或者说将产生平面的波前。