[发明专利]一种单像素成像运算方法、装置、系统及存储介质

说明书

本发明公开了一种单像素成像运算方法、装置、系统及存储介质，方法包括：通过投影仪产生预设光图像并投射于目标对象，并根据投射后的光场获取光场强度信号；确定所述预设光图像与所述光场强度信号的二阶相关性，并根据所述二阶相关性计算所述预设光图像的估计值；根据所述估计值进行光学逻辑运算，以输出与所述目标对象对应的运算结果。本发明通过投影仪产生预设光图像，利用复合编码及单像素成像的方式进行非线性光学逻辑运算，从而基于单像素成像的光学逻辑门系统，在普通照明条件下使用简单和低成本的光学实验装置，即可实现非线性光学逻辑操作，解决了现有的光学逻辑运算过程中需要昂贵设备和严苛实验条件的问题。

技术领域

本发明涉及光学计算技术领域，尤其涉及的是一种单像素成像运算方法、装置、系统及存储介质。

背景技术

在大多数现代电子计算设备中，复杂的计算过程(例如，具有多个神经元层的深度学习网络)最终被分解为许多基于二进制位的基本逻辑门操作。常见的基本逻辑门操作有与门(AND Gate)、与非门(NAND Gate)、或门(OR Gate)、非或门(NOR Gate)、异或门(XORGate)、同或门(XNOR Gate)等，当大量的不同的逻辑门以适当的方式互相连接构成逻辑电路后，就可以实现更为复杂的数学运算如加、减和乘。与模拟计算相比，具有二进制逻辑门的数字计算在精度、稳定性和鲁棒性方面都具有优势。但是目前电子计算面临着一些瓶颈，进一步提高计算能力越来越困难。与电子计算相比，光学计算一般具有光速快、并行性高、功耗低等潜在优点。因此逻辑门操作的光学实现是一个重要的研究问题。

现在，光学计算所面临的一个挑战是逻辑门普遍是非线性的数学运算，而许多光学系统都只有线性的数学模型。在以往的工作中，通过半导体放大器、纳米光子等离子体网络、硅微环谐振器、非线性光子晶体纳米空间、衍射神经网络等方法可以实现非线性光学逻辑门，但这些系统通常需要用特殊材料制造的光学器件、严格控制的光源和严苛的实验条件。

因此，现有技术还有待改进。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术缺陷，本发明提供一种单像素成像运算方法、装置、系统及存储介质，以解决现有的光学逻辑运算过程中需要昂贵设备和严苛实验条件的技术问题。

本发明解决技术问题所采用的技术方案如下：

第一方面，本发明提供一种单像素成像运算方法，所述单像素成像运算方法包括以下步骤：

通过投影仪产生预设光图像并投射于目标对象，并根据投射后的光场获取光场强度信号；

确定所述预设光图像与所述光场强度信号的二阶相关性，并根据所述二阶相关性计算所述预设光图像的估计值；

根据所述估计值进行光学逻辑运算，以输出与所述目标对象对应的运算结果。

在一种实现方式中，所述通过投影仪产生预设光图像并投射于目标对象，并根据投射后的光场获取光场强度信号，之前包括：

根据输入的二进制数值和逻辑门操作类型进行复合编码，得到若干个所述预设光图像；

根据预设排列顺序对若干个所述预设光图像进行排序，得到用于所述投影仪投射的照明图像序列。

在一种实现方式中，所述通过投影仪产生预设光图像并投射于目标对象，并根据投射后的光场获取光场强度信号，之前还包括：

将所述目标对象所对应的图像划分为若干个子区域，根据各子区域内对应的光反射率确定所述二进制位数值。

在一种实现方式中，所述预设光图像包括随机结构光图像、傅里叶图像以及哈达玛图像。

在一种实现方式中，所述逻辑门操作类型包括与门、与非门、或门、非或门、异或门以及同或门。