什么是光神经网络？

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简介

光神经收集是行使光手艺，如光保持手艺和光器件手艺而形成的一种新型收集。它具有超并行处理和传输信息的能力，高密度引线能力和可对图像直接进行处理的奇特长处。它的根基构成单元是光神经元器件和光突触器件，个中光神经芯片又是至关主要的。

三维构造形式

作为组成光神经收集的根基单元是光神经元器件和光突触器件。今朝,基于微电子手艺的超大规模集成电路(VLSI)芯片斥地已取得了长足提高，然则采用光手艺的光学器件尚很不成熟。是以,实现光神经收集的一个可行方案是采用光电连系手艺。即在高密度引线的突触连系网中采用光手艺，而在需要进行非线性处理的神经元器件中使用微电子手艺。

图1是行使三维空间的光神经收集的两种根基构造形式。一种是平日的收集形式，即把应该处理的旌旗作为神经元的状况向量透露(类型A)。另一种是直接处理图像的收集形式，即把应该处理的旌旗作为突触加权队列透露(类型B)。但不管哪种形式，其状况向量和队列的积和运算是完全并列进行的。

图1

光神经元器件

光神经元器件是由对输入光旌旗进行综合运算的光敏器件和对输入光旌旗进行非线性处理的电子电路所组成。若是要把被变换的旌旗传送到另外神经元，还需要采用发光器件和光调制器。

光神经芯片

1.人工网膜芯片

一样而言,生物的网膜是将输入图像信息进行压缩，只将图像的概况和活动的物体等主要信息传送到大脑，起着一种柔性预处理法式的感化。二维图像信息被并行输入网膜，再作并行处理和并行输出，生物网膜具有的这种信息压缩能力和并行处理功能，可用于对图像进行实时处理。

人工网膜芯片构造

光神经芯片能够用来作为实时图像处理和较量机的智能接口。图2是基于类型B的人工网膜芯片的构造，它是由NxN个VSPD进行二维阵列排布构成的。输入部门包罗NxN个像素的光图像信息和N个向量的掌握电压。经处理后的信息以光电流形式输出，它是掌握电压和光图像信息的积和。这种芯片的工作道理是显而易见的，即把掌握电压的图形作为1和一1，并使其从第一行到第N行作为周期性漂移，便可在输出部门获得图像的概况。图片中也示出了行使具有64x64个器件的人工网膜芯片所获得的图像概况实例，其处理时间为200邵。改变掌握电压的图形，能够进行各类图像处理。例如，若是所有的VSPD均具有沟通的活络度，那么能够敏捷地将二维图像旌旗压缩成一维旌旗。采用这种压缩旌旗，能够实现图像的实时识别。除此之外，少、工网膜芯片还具有图像的瞬时记忆，二维傅里叶变换，从复杂的图像中掏出特定图形等多种功能，在图像识别中具有主要感化。

2.图像联想存贮器

图3示出了图像联想存贮器芯片的根基构造，它是在人工网膜芯片积层SLM获得的。其根基工作道理是，首先将随机图形的掌握电压作为神经元的初期向量输入，此输入向量和强度被调制的图像队列的积和作为光电流输出。此光电流经非线性处理后反馈到掌握端，则神经元的状况向量将收敛为某一不乱状况。是以从这种不乱状况便能够识别输入图像。

图3

3.具有进修和记忆功能的光神经芯片

迄今所斥地的VLSI芯片，一样不具有既能在进修时能够改变突触加权值，又能以逻辑值形式长时间记忆被改变的突触加权值的功能,这就限制了神经芯片进修的高速化和装配的小型化等。行使VSPD能够有效地解决这一间题。例如,若以二维阵列形式设置VSPD/LED集成器件，能够实现类型A构造的芯片化。当光神经芯片改变突触加权值进行进修时，一边使LED工作，一边在VSPD的掌握极加上一个与突触加权值的转变量成比例关系的电压。若进行积和运算，可行使神经元的状况向量驱动LED阵列，那么在输出端便能够获得光电流。

4.光照射型神经芯片

跟着神经芯片的大规模化，若对所有的突触加权值进行并行掌握，则需要的保持数会急剧增加。是以斥地行使光照射改变突触加权值的光保持手艺已势在必行。这种光神经芯片构造与图像联想存贮器大体沟通。当向VSPD阵列上平均照射SLM的透射光时，在其上便能够光学写入与SLM的透射率相对应的突触加权队列。若是这种光照射型神经芯片中有N个神经元，那么其电保持数至多有2N个。

将来研究偏向

神经收集的研究今朝已成为现代脑神经科学，数理科学，信息科学和电子科学等综合研究范畴的配合前沿课题之一。而光神经收集与光神经芯片的斥地又是实现光神经较量机和光信息处理的要害。作为往后光神经芯片的研究偏向是：构造简洁且建造轻易的光学器件的设计，光学器件的集成建造手艺，具有高密度引线保持能力的大规模芯片的研制，以及光图像处理芯片的实用化等。（起原：收集文档）

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