JP5236173B2 - Parallel analog computing device using reversible optical response element - Google Patents
Parallel analog computing device using reversible optical response element Download PDFInfo
- Publication number
- JP5236173B2 JP5236173B2 JP2006257877A JP2006257877A JP5236173B2 JP 5236173 B2 JP5236173 B2 JP 5236173B2 JP 2006257877 A JP2006257877 A JP 2006257877A JP 2006257877 A JP2006257877 A JP 2006257877A JP 5236173 B2 JP5236173 B2 JP 5236173B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- analog
- image
- light
- optical
- reversible
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 title claims description 49
- 230000002441 reversible effect Effects 0.000 title claims description 26
- 108091027981 Response element Proteins 0.000 title description 7
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 claims description 53
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims description 32
- 230000008859 change Effects 0.000 claims description 19
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 claims description 19
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 claims description 14
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 6
- 239000000975 dye Substances 0.000 description 45
- 239000003016 pheromone Substances 0.000 description 22
- 238000000034 method Methods 0.000 description 14
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 12
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 description 8
- 230000005281 excited state Effects 0.000 description 7
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 6
- 230000006870 function Effects 0.000 description 6
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 6
- 238000012384 transportation and delivery Methods 0.000 description 6
- 241000257303 Hymenoptera Species 0.000 description 5
- 230000005283 ground state Effects 0.000 description 5
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 4
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 4
- 230000010365 information processing Effects 0.000 description 4
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 4
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 4
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 3
- 150000001988 diarylethenes Chemical class 0.000 description 3
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 3
- 230000002238 attenuated effect Effects 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 2
- 239000001044 red dye Substances 0.000 description 2
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 2
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 2
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 2
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 2
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 230000006399 behavior Effects 0.000 description 1
- 238000004422 calculation algorithm Methods 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 239000010408 film Substances 0.000 description 1
- 239000000499 gel Substances 0.000 description 1
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
Landscapes
- Non-Silver Salt Photosensitive Materials And Non-Silver Salt Photography (AREA)
Description
本発明は、所定の光を照射することにより特有な現象を示す可逆光応答素子を用いた並列アナログ演算装置に関するものである。 The present invention relates to a parallel analog operation device using a reversible photoresponsive device showing a peculiar phenomenon by irradiating a predetermined light.
また、本発明は、光を利用して逆光応答性素子が所定の光を照射することにより物性が変化し、当該変化後に指数関数的な確率で元の物性に戻る現象を指数関数演算として利用することで、高度な情報処理を行うための撮像素子、分子演算素子、演算装置に関する。 In addition, the present invention uses a phenomenon in which a physical property changes by irradiating predetermined light using a light responsive element and returns to the original physical property with an exponential probability after the change as an exponential function calculation. Thus, the present invention relates to an image sensor, a molecular arithmetic element, and an arithmetic device for performing advanced information processing.
また、複数のアナログ信号を一次元または二次元に展開するといった処理により、一群のアナログ情報を一つの画像情報として取り扱うことで、本発明はアナログ演算を行う装置にもなるため、従来は逐次演算処理していた一群のアナログ信号を、一つのアナログ画像情報を一度に並列演算できる演算装置に関する。 In addition, since a group of analog information is handled as one piece of image information by processing such as developing a plurality of analog signals in one dimension or two dimensions, the present invention can also be an apparatus that performs analog calculations. The present invention relates to an arithmetic device capable of performing a parallel operation on a single group of analog signals at a time for a group of processed analog signals.
近年の情報処理装置の高速化の要求に伴い、高速の演算処理が求められている。特に指数関数的な演算は、社会システムや自然現象のシミュレーションに頻繁に使用されている。そのため、要求されている指数関数的な演算をデジタル計算機で高速に行うためには複雑な回路が必要になる。しかも、アナログ信号を指数関数的な処理を行うには、一旦、アナログ−デジタル変換してから指数関数的な処理を行っていた。 With recent demands for speeding up information processing apparatuses, high-speed arithmetic processing is required. In particular, exponential operations are frequently used for simulation of social systems and natural phenomena. Therefore, a complex circuit is required to perform the required exponential operation at high speed with a digital computer. Moreover, in order to perform an exponential function on an analog signal, the analog signal is once converted and then exponential.
近年の情報処理装置の高速化の要求に伴い、演算処理の並列化が要求されている。このため、デジタル演算処理回路が複数組み込まれた並列演算装置が提供されているが、アナログ情報に関しては個々の信号を毎回デジタル信号に変換した後に並列デジタル演算を行わなければならない。そのために、演算処理の高速化には複数のアナログ信号をアナログのまま一度に演算する並列に演算できる演算装置が必要になってくる。 With recent demands for speeding up information processing apparatuses, parallel processing is required. For this reason, a parallel arithmetic device in which a plurality of digital arithmetic processing circuits are incorporated is provided. However, for analog information, parallel digital arithmetic must be performed after each signal is converted into a digital signal. For this reason, in order to speed up the arithmetic processing, an arithmetic device capable of performing a parallel operation in which a plurality of analog signals are calculated at a time as analog is required.
従来のアナログ演算装置において、単一回路のものはオペアンプのような従来の半導体素子を用い、複数の回路では、まずアナログ信号をデジタル信号に変換して、その後、複数のデジタル信号を演算処理していた。そのため、複数のアナログ信号のアナログ演算を並列に行うには、入力回路数と同数のアナログ−デジタル変換回路が必要になってしまう。しかも、回路数が多くなればなるほど複数のアナログ−デジタル変換回路同士の同期を取ることが難しくなるといった問題も生じてしまう。 In a conventional analog arithmetic unit, a single circuit uses a conventional semiconductor element such as an operational amplifier. In a plurality of circuits, an analog signal is first converted into a digital signal, and then a plurality of digital signals are processed. It was. Therefore, in order to perform analog operations of a plurality of analog signals in parallel, the same number of analog-digital conversion circuits as the number of input circuits are required. In addition, as the number of circuits increases, there arises a problem that it becomes difficult to synchronize a plurality of analog-digital conversion circuits.
上記のように、従来では、アナログ信号や画像情報のようなアナログ情報の指数関数的な演算には、複雑な回路構成と多くの演算時間が必要となってしまう。 As described above, conventionally, an exponential calculation of analog information such as an analog signal or image information requires a complicated circuit configuration and a lot of calculation time.
同時に、アナログ入力回路数が多くなればなるほど、入力数と同数のアナログ−デジタル変換回路が増えてしまうといった問題を生じていた。しかも、回路数が多くなれなるほどアナログ−デジタル変換回路の同期を取ることが難しくなるといった問題も生じてしまう。同様に指数演算の場合も入力回路数と同数の演算を行わなければならないために多くの演算時間が使われてしまう。 At the same time, as the number of analog input circuits is increased, there is a problem that the number of analog-digital conversion circuits equal to the number of inputs is increased. In addition, as the number of circuits increases, there is a problem that it becomes difficult to synchronize the analog-digital conversion circuit. Similarly, in the case of exponential calculation, since the same number of calculations as the number of input circuits must be performed, a lot of calculation time is used.
本発明は、このような従来技術の問題点を解決し、所定の光を照射することにより特有な現象を示す物質を利用した可逆光応答素子を用いて、複数のアナログ情報を二次元に展開することで、画像情報として一度に演算を行い、複雑なアナログ演算を行い、これを撮像及び並列アナログ演算に利用した新しい並列アナログ演算装置を提供することを課題とする。 The present invention solves such problems of the prior art and develops a plurality of analog information in two dimensions using a reversible photoresponsive element using a substance that exhibits a specific phenomenon by irradiating predetermined light. Thus, an object of the present invention is to provide a new parallel analog computing device that performs computation at once as image information, performs complex analog computation, and uses this for imaging and parallel analog computation.
本発明によれば、上記課題を解決するため、下記の技術的手段が提供される。 According to the present invention, the following technical means are provided to solve the above problems.
(1)可逆光応答素子を用いた並列アナログ演算装置であって、入力したアナログ信号を二次元的に展開して光のアナログ信号に変換する入力部と、入力部からの光アナログ信号を受け取り、前記可逆光応答素子の物性変化及びその復元を一定時間毎に積算して二次元画像化する演算部と、演算部より演算結果である二次元画像を受け取り、出力する出力部を備え、前記可逆光応答素子が、光学セルを二次元配列してなる二次元配列素子を備え、各光学セルは、所定特性の光を照射することにより物性が変化し、当該変化後にその物性が時間に対して指数関数的な確率で元の状態に戻る物質を含むものであることを特徴とする並列アナログ演算装置。 (1) A parallel analog computing device using a reversible optical response element, which receives an optical analog signal from an input unit that two-dimensionally develops an input analog signal and converts it into an optical analog signal. A calculation unit that integrates the change in physical properties of the reversible photoresponsive element and its restoration at regular intervals to form a two-dimensional image, and an output unit that receives and outputs a two-dimensional image as a calculation result from the calculation unit, The reversible light-responsive element includes a two-dimensional array element in which optical cells are two-dimensionally arranged. Each optical cell changes its physical property by irradiating light with a predetermined characteristic, and the physical property changes with time after the change. A parallel analog computing device comprising a substance that returns to its original state with an exponential probability.
(2)上記(1)の発明において、各光学セルに含まれる物質は、フォトクロミック材料であることを特徴とする並列アナログ演算装置。 (2) In the invention of (1), the substance contained in each optical cell is a photochromic material.
(3)上記(1)又は(2)の発明において、各光学セルに含まれる物質は、所定空間に閉じ込められていることを特徴とする並列アナログ演算装置。 (3) The parallel analog arithmetic device according to (1) or (2), wherein the substance contained in each optical cell is confined in a predetermined space.
(4)上記(1)又は(2)の発明において、各光学セルに含まれる物質は、セルに固定されていることを特徴とする並列アナログ演算装置。 (4) The parallel analog arithmetic unit according to (1) or (2) , wherein the substance contained in each optical cell is fixed to the cell.
本発明によれば、所定の光を照射することにより物性が変化し、当該変化後にその物性が指数関数的な確率で元に戻るという特有な性質を有する可逆光応答素子を用いることで、非常に複数の回路の信号を二次元画像の光として演算部に照射して複数の指数関数演算を同時に行うことが可能となり、これを利用してノイズの少ない鮮明な画像を得ることができ、多量のアナログ情報の演算を並列にかつ迅速に実行することができる並列アナログ演算装置を提供することが可能となる。 According to the present invention, by using a reversible photoresponsive element having a unique property that a physical property is changed by irradiating predetermined light, and the physical property is restored with an exponential probability after the change. and irradiating the calculation unit the signals of a plurality of circuits as the light of the two-dimensional image it is possible to perform a plurality of exponential operation simultaneously, it is possible to obtain a clear image with less noise by utilizing them, a large amount Thus, it is possible to provide a parallel analog arithmetic device capable of quickly and rapidly executing analog information operations in parallel.
以下、本発明を図面を参照して詳細に説明する。 Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
本発明で用いる可逆光応答素子は、所定特性の光を照射することにより物性が変化し、当該変化後にその物性が時間に対して指数関数的な確率で元の状態に戻る物質を用いたことを特徴とする。 The reversible light-responsive element used in the present invention uses a substance that changes its physical properties by irradiating light with a predetermined characteristic, and then returns to its original state with an exponential probability with respect to time after the change. It is characterized by.
また、本発明で用いる可逆光応答素子は、光学セルを二次元配列してなる二次元配列素子を備え、各光学セルは、所定特性の光を照射することにより物性が変化し、当該変化後にその物性が時間に対して指数関数的な確率で元の状態に戻る物質を含むことを特徴とするものとすることができる。 The reversible light-responsive element used in the present invention includes a two-dimensional array element in which optical cells are two-dimensionally arrayed, and each optical cell changes its physical properties when irradiated with light of a predetermined characteristic. It may be characterized by including a substance whose physical properties return to its original state with an exponential probability with respect to time.
前記のような特性を有する物質としては、典型的には、蛍光・燐光材料、フォトクロミック材料を挙げることができ、例えば、スピロベンゾチオピラン等の蛍光・燐光材料、ジアリールエテン、スピロピラン等のフォトクロミック材料を用いることができる。 Examples of the substance having the above-described properties typically include fluorescent / phosphorescent materials and photochromic materials. For example, fluorescent / phosphorescent materials such as spirobenzothiopyran, and photochromic materials such as diarylethene and spiropyran. Can be used.
本発明で用いる可逆光応答素子において、前記物質は、固体状、液体状、あるいはゲル状等の形態をとることができる。前記物質は、薄膜状であっても、バルク状であっても、液滴状であってもよい。また、前記物質は、セル内部等の所定空間に閉じ込められていてもよいし、セルに付着、塗着、印刷等の形で固定されていてもよい。 In the reversible photoresponsive device used in the present invention , the substance can take a solid, liquid, or gel form. The substance may be a thin film, a bulk, or a droplet. Further, the substance may be confined in a predetermined space such as the inside of the cell, or may be fixed to the cell in the form of adhesion, coating, printing, or the like.
図1は、本発明による可逆光応答素子を用いた装置の構成例を模式的に示す図でもあり、かつ原理説明図である。この装置は、入力部(1−1)、演算部(1−2)及び出力部(1−3)よりなる。入力部(1−1)は、撮像画像等の二次元画像や、複数のアナログ情報を二次元的に展開して所定パターンに光画像化された画像を入力する。演算部(1−2)は、所定特性の光を照射することにより物性が変化し、当該変化後にその物性が時間に対して指数関数的な確率で元の状態に戻る物質を有し、入力部(1−1)からの光照射を受けて前記物質の特性を利用して演算を行う。出力部(1−3)は、演算部(1−2)の演算結果を画像の形で受け取り、出力する。 FIG. 1 is a diagram schematically showing a configuration example of an apparatus using a reversible photoresponsive element according to the present invention, and is a diagram for explaining the principle. This apparatus includes an input unit (1-1), a calculation unit (1-2), and an output unit (1-3). The input unit (1-1) inputs a two-dimensional image such as a picked-up image or an image optically converted into a predetermined pattern by two-dimensionally developing a plurality of analog information. The computing unit (1-2) has a substance whose physical properties change by irradiating with light having a predetermined characteristic, and after which the physical properties return to the original state with an exponential probability with respect to time. The light is irradiated from the part (1-1), and calculation is performed using the characteristics of the substance. The output unit (1-3) receives and outputs the calculation result of the calculation unit (1-2) in the form of an image.
図2は、本発明による可逆光応答素子を用いた装置の別の構成例を模式的に示す図である。この装置は、入力部(1−1)、演算部(1−2)、出力部(1−3)に加えてミラー(1−4)を有している。本構成例の場合、動作原理は基本的に図1の場合と同じであるが、入力部(1−1)から出た光画像情報はミラー(1−4)で反射して演算部(1−3)に照射される。また、演算部(1−3)で得られた画像はミラー(1−4)を通過して出力部(1−3)に到達するようになっている。ミラー(1−4)としては、ハーフミラー、ローパスフィルタ、ハイパスフィルタなど用途に応じて多様なものを利用できる。 FIG. 2 is a diagram schematically showing another configuration example of the apparatus using the reversible photoresponsive element according to the present invention. This apparatus has a mirror (1-4) in addition to an input unit (1-1), a calculation unit (1-2), and an output unit (1-3). In the case of this configuration example, the operation principle is basically the same as that in FIG. 1, but the optical image information output from the input unit (1-1) is reflected by the mirror (1-4) and the calculation unit (1 -3). The image obtained by the calculation unit (1-3) passes through the mirror (1-4) and reaches the output unit (1-3). As the mirror (1-4), various types such as a half mirror, a low pass filter, and a high pass filter can be used.
ここで、演算部(1−2)を構成する可逆光応答性素子の作用を述べる。図1に原理的に示す如く、Bの状態に変化した物質の量を縦軸とすると、所定特性の光を照射すると照射量に比例した数の物質構成要素(例えば分子)が状態Aから状態Bに変化し、その後、時間に対して指数関数的な確率でBの状態の物質からA状態の物質に戻る。個々の物質構成要素は、照射した光の量に比例した量をCとすると、照射後の縦軸はCexp(- k t)(kは係数、tは時間)を示すこととなる。 Here, the operation of the reversible photoresponsive element constituting the calculation unit (1-2) will be described. As shown in principle in FIG. 1, when the amount of the substance changed to the state of B is the vertical axis, the number of substance components (for example, molecules) proportional to the amount of irradiation is changed from the state A to the state of irradiation with light of a predetermined characteristic. It changes to B, and then returns from the substance in the B state to the substance in the A state with an exponential probability over time. For each substance component, if the amount proportional to the amount of irradiated light is C, the vertical axis after irradiation indicates Cexp (−kt) (k is a coefficient, and t is time).
この変化を可逆光応答性素子の指数演算として、例えば可逆光応答性素子を二次元的に配置した二次元配列素子を備える演算部(1−2)において演算を行う。複数のアナログ信号を二次元的に展開したものや画像情報を入力部(1−1)から光の画像情報として演算部(1−2)に照射すると、演算部(1−2)の二次元配列素子において二次元配置された物質それぞれが独立して上記の指数関数演算を始める。入力部(1−1)からの光照射による物性変化とその物性の指数関数的な復元を繰り返すことで、演算部(1−2)に演算結果が画像情報として現れ、その結果は出力部(1−3)に送られ、出力される。 This change is used as an exponent calculation of the reversible photoresponsive element, for example, in a calculation unit (1-2) including a two-dimensional array element in which the reversible photoresponsive elements are two-dimensionally arranged. When the arithmetic unit (1-2) is irradiated with two-dimensionally developed analog signals or image information from the input unit (1-1) as light image information, the two-dimensional of the arithmetic unit (1-2) is obtained. Each of the two-dimensionally arranged substances in the array element starts the exponential function calculation independently. By repeating the physical property change due to light irradiation from the input unit (1-1) and the exponential restoration of the physical property, the calculation result appears as image information in the calculation unit (1-2), and the result is output to the output unit (1-2). 1-3) and output.
従って、入力、演算、出力までを一貫して複数のアナログ情報を画像情報として取り扱うことで、複数の指数演算を一度に行うことができる。しかも、数値を指数関数的に減少させる機能を持つ演算部(1−2)により、積算演算のみの場合に生じるオーバーフローの発生を極力抑えることも可能にする。 Therefore, a plurality of exponential operations can be performed at once by handling a plurality of analog information as image information consistently from input to calculation to output. In addition, the calculation unit (1-2) having a function of decreasing the numerical value exponentially makes it possible to suppress the occurrence of overflow as much as possible when only the integration calculation is performed.
図3は本発明で用いる可逆光応答素子を撮像装置に適用した例を模式的に示す図である。この撮像装置は、画像入力部(3−1)、アナログ情報演算部(色素分子二次元配列素子)(3−2)、画像キャプチャー素子(3−3)、ミラー(3−4)及び面発光素子(3−5)を有する。 FIG. 3 is a diagram schematically showing an example in which the reversible photoresponsive element used in the present invention is applied to an imaging apparatus. This imaging apparatus includes an image input unit (3-1), an analog information calculation unit (dye molecule two-dimensional array element) (3-2), an image capture element (3-3), a mirror (3-4), and a surface light emission. It has an element (3-5).
画像入力部(3−1)は、一例として短波長の光源の光を数万個のマイクロサイズのミラーで構成されたデバイス〔デジタルマイクロミラー素子(DMD)〕で構成できる。画像入力部(3−1)の構成はこれに限定されず任意であり、例えば半導体レーザ出力を束ねた光ファイバーを用いることも可能である。 As an example, the image input unit (3-1) can be configured by a device [digital micromirror element (DMD)] configured with tens of thousands of micro-sized mirrors using light of a short wavelength light source. The configuration of the image input unit (3-1) is not limited to this, and may be arbitrary. For example, an optical fiber in which semiconductor laser outputs are bundled may be used.
ミラー(3−4)は、上部にローパスフィルタ、下部にハーフミラーを重ねたミラーであり、画像入力部(3−1)からの短波長の光画像をアナログ情報演算部(3−2)に導く。 The mirror (3-4) is a mirror in which a low-pass filter is superimposed on the top and a half mirror is superimposed on the bottom, and a short wavelength optical image from the image input unit (3-1) is sent to the analog information calculation unit (3-2). Lead.
アナログ情報演算部(3−2)は、一例として色素分子(3−2a)を液滴にしたものを封じ込めて光学セル(3−2b)とし、これを多数個二次元配列させた色素分子二次元配列素子で構成できる。この色素分子二次元配列素子では、短波長光で励起された励起状態の色素分子と、励起されないか励起状態から基底状態に戻った基底状態の色素分子が分布している。本例では、光学セル(3−2b)に入れる物質として、液体状の色素分子(3−2a)を用いているが、薄膜状の固体、ゲル状等の色素分子でも代用できる。動作中に色素分子が拡散できる距離が無視できる方が望ましいので、低温状態に置いたり、ゲル状のものとして利用したり、あるいは液体等の拡散が抑制されるように格子状の膜等を設けることも望ましい。 As an example, the analog information calculation unit (3-2) encloses a dye molecule (3-2a) in a droplet as an optical cell (3-2b), and two-dimensionally arranges a plurality of dye molecules (3-2b). It can be composed of a dimensional array element. In this dye molecule two-dimensional array element, dye molecules in an excited state excited by short-wavelength light and dye molecules in a ground state that are not excited or return from the excited state to the ground state are distributed. In this example , the liquid dye molecule (3-2a) is used as the substance to be placed in the optical cell (3-2b), but a thin film solid, gel-like dye molecule, etc. can be substituted. It is desirable that the distance that the dye molecules can diffuse during operation is negligible, so it can be placed in a low-temperature state, used as a gel, or provided with a lattice-like film to suppress the diffusion of liquids, etc. It is also desirable.
画像キャプチャー素子(3−3)は、ミラー(3−4)を短波長がカットされた状態で通過し、長波長の光画像のみを取得するアナログ情報出力部として働く。画像キャプチャー素子(3−3)は、一例としてCCD(電荷結合型素子)で構成でき、画像情報として現れた演算結果を外部信号として出力する素子として使用される。この時、アナログ情報演算部(3−2)を照らす光源として面発光素子(3−5)が用いられる。 The image capture element (3-3) passes through the mirror (3-4) in a state where the short wavelength is cut, and functions as an analog information output unit that acquires only a long-wavelength optical image. The image capture element (3-3) can be configured as a CCD (charge coupled device) as an example, and is used as an element that outputs a calculation result appearing as image information as an external signal. At this time, the surface light emitting element (3-5) is used as a light source for illuminating the analog information calculation unit (3-2).
ただし、色素分子(3−2a)が、光照射後の状態が蛍光や燐光を発する物質である場合には、画像入力部(3−1)〜画像キャプチャー素子(3−3)までの装置構成でよいが、それ以外の性質を持つ物質の場合、例えば、光照射により色が変わり、室温の熱により元に戻る物性を持つ一部のジアリールエテンやスピロピランのような物質を用いる場合には、演算結果を出力する際、画像キャプチャー素子(3−3)にアナログ情報演算部(3−2)での演算結果を明確に出力するために、色素分子(3−2a)の色変化を最も大きく示す波長の光を発する面発光素子(3−5)を使用する。 However, when the dye molecule (3-2a) is a substance that emits fluorescence or phosphorescence after light irradiation, the apparatus configuration from the image input unit (3-1) to the image capture element (3-3) However, in the case of a substance having other properties, for example, when using a substance such as diarylethene or spiropyran whose physical properties change due to light irradiation and return to its original state by heat at room temperature, When outputting the result, the color change of the dye molecule (3-2a) is shown most greatly in order to clearly output the calculation result in the analog information calculation unit (3-2) to the image capture element (3-3). A surface light emitting device (3-5) that emits light of a wavelength is used.
なお、アナログ情報演算部(3−2)は、図3の下方に示すように色素分子のみで構成することもできる。 Note that the analog information calculation unit (3-2) can also be configured by only dye molecules as shown in the lower part of FIG.
次に、上記例の撮像装置の動作について説明する。アナログ情報演算部(3−2)を構成する色素分子二次元配列素子の光学セル(3−2a)に入れる物質は、図4Aの(a)に示すように、光照射により基底状態にある分子が励起状態に変化し、ある寿命Tを持つ指数関数的な減少exp(−x/T)で基底状態に戻る。このような性質を持つ代表的な化合物としては、半減期が12秒のスピロベンゾチオピランがある。この物質は励起状態では燐光を発するために、この物質を用いた場合には面発光素子(3−5)を設ける必要はない。この場合、二次元情報を持つ光、言い換えれば画像を、アナログ情報演算部(3−2)を構成する色素分子二次元配列素子に照射したとする。すると図4Aの(b)のように画像データの励起光の輝度が強い部分では、色素分子(3−2b)が励起されて色が変わる。この励起原子が元の状態に戻る指数関数的な減衰を用いると、ノイズ除去等の演算処理に用いることができる。 Next, the operation of the image pickup apparatus of the above example will be described. The substance put into the optical cell (3-2a) of the dye molecule two-dimensional array element constituting the analog information calculation unit (3-2) is a molecule in a ground state by light irradiation as shown in FIG. 4A (a). Changes to the excited state and returns to the ground state with an exponential decrease exp (−x / T) having a certain lifetime T. A representative compound having such properties is spirobenzothiopyran with a half-life of 12 seconds. Since this substance emits phosphorescence in an excited state, it is not necessary to provide a surface light emitting element (3-5) when this substance is used. In this case, it is assumed that light having two-dimensional information, in other words, an image is irradiated to the dye molecule two-dimensional array element constituting the analog information calculation unit (3-2). Then, as shown in FIG. 4A (b), the dye molecule (3-2b) is excited and changes its color in the portion where the luminance of the excitation light of the image data is strong. If exponential decay in which the excited atom returns to the original state is used, it can be used for arithmetic processing such as noise removal.
例えば、図4Aの(c)のAとBに、光の連続照射と断続照射の場合がそれぞれ例示されているが、ある一定時間後に励起状態の量を調べると大きな違いが生じることがわかる。図4Aの(d)に、ある一定間隔でAとBを観測し、積算した信号強度のグラフを示している。連続照射の場合には常に励起が繰り返されているので一定強度の励起状態が確保されているが、断続照射の場合には励起状態が減衰している確率が高い。すなわち、連続照射に比べて、断続照射の場合には、励起状態の量は実効的に低いことを意味している。 For example, A and B in (c) of FIG. 4A illustrate the cases of continuous irradiation and intermittent irradiation of light, respectively, but it can be seen that a large difference occurs when the amount of excited state is examined after a certain time. FIG. 4A (d) shows a graph of signal intensity obtained by observing A and B at a certain interval and integrating them. Since excitation is always repeated in the case of continuous irradiation, a constant intensity excitation state is ensured, but in the case of intermittent irradiation, there is a high probability that the excitation state is attenuated. That is, in the case of intermittent irradiation, the amount of excited states is effectively lower than continuous irradiation.
この動作原理は、例えば、画像のノイズ除去(図4Bの(e))に応用することができる。画像のノイズ除去は、ノイズを含む画像を積算することで、通常の信号はn回の積算回数に対してn倍、ノイズは√n倍増加するためにS/N比が√n倍増加し、鮮明な画像を作成することができる。ランダムに発生するノイズの場合には、積算する手法により鮮明な画像を得ること可能であるが、パルス状や波状のノイズの場合には、積算処理によるノイズ除去は難しいことが知られている。ところが、本発明の場合には、積算処理と処理時のノイズ除去の効果を、ノイズの無い鮮明画像とノイズ処理後の画像との差を二乗平均した結果をみると、積算処理(図4Bの(e)のA)に比べて本発明の画像処理(図4Bの(e)のB)の方が二乗平均の値が小さい。すなわち、本発明を利用することでパルス状や波状のノイズが、従来技術に比べて大幅に低減できる。 This operation principle can be applied to, for example, image noise removal ((e) in FIG. 4B). Image noise removal is performed by integrating images that contain noise, and the S / N ratio increases by √n times because normal signals increase by n times and n times by √n times the number of integrations. A clear image can be created. In the case of randomly generated noise, it is possible to obtain a clear image by a method of integration, but in the case of pulse or wave noise, it is known that noise removal by integration processing is difficult. However, in the case of the present invention, when the difference between the clear image without noise and the image after noise processing is square-averaged with respect to the effect of noise reduction during the integration processing and processing, the integration processing (in FIG. 4B) Compared to A) of (e), the image processing of the present invention (B of (e) of FIG. 4B) has a smaller root mean square value. That is, by using the present invention, pulsed and wavy noise can be significantly reduced as compared with the prior art.
また、鮮明な画像を作成する作業は、通常、本例の画像キャプチャー素子(3−3)を構成しているようなCCD内の電荷を蓄積させる部分で行われる。しかし、この蓄積には問題点があることが良く知られていて、CCDによる画像の蓄積は、電荷の貯め込みすぎによるオーバーフローや図4Bの(f)のように少ない信号強度差によるダイナミックレンジの減少が起きる。しかし、本例では、アナログ情報演算部(3−2)を構成する色素分子二次元配列素子の光学セルに入っている色素分子(3−2a)の数が非常に多いため、オーバーフローが起こりにくく、ダイナミックレンジも大きく取ることができる。前記色素分子液滴の一つの大きさを単純化のために立方体と考えて、縦80μm、横80μm、深さ100μmとし、この液滴中にモル濃度0.05モル/リットルの光応答性分子が入っている場合には、前記光応答性分子の数は1.9×1013個にもなり、原理的には13桁ものダイナミックレンジを持つことができることが分かる。 Also, the work of creating a clear image is usually performed at a portion for accumulating charges in the CCD that constitutes the image capture element (3-3) of this example . However, it is well known that there is a problem with this accumulation, and the accumulation of images by the CCD is caused by overflow due to excessive charge accumulation and the dynamic range due to a small signal intensity difference as shown in FIG. 4B (f). A decrease occurs. However, in this example , since the number of dye molecules (3-2a) contained in the optical cell of the dye molecule two-dimensional array element constituting the analog information calculation unit (3-2) is very large, overflow is unlikely to occur. The dynamic range can also be increased. Considering the size of one of the dye molecule droplets as a cube for simplification, it is 80 μm in length, 80 μm in width, and 100 μm in depth, and a photoresponsive molecule having a molar concentration of 0.05 mol / liter in the droplet. In the case where is included, the number of photoresponsive molecules is as large as 1.9 × 10 13 , and in principle, it can be understood that the dynamic range of 13 digits can be obtained.
このように、上記素子を用いれば、ノイズ除去が効率的に行えて、オーバーフローが起こりにくく、ダイナミックレンジも大きい撮像装置を実現できる。 As described above, by using the above-described element, it is possible to realize an imaging device that can efficiently perform noise removal, hardly cause overflow, and has a large dynamic range.
図5は、本発明で用いる可逆光応答素子を並列アナログ演算装置に適用した実施例を模式的に示す図である。前記実施例では、画像のノイズ除去を例として撮像装置について説明したが、ここでは本発明を二次元データを並列演算するのに適した並列アナログ演算装置に適用した場合について説明する。 FIG. 5 is a diagram schematically showing an embodiment in which the reversible optical response element used in the present invention is applied to a parallel analog arithmetic device. In the above-described embodiment, the image pickup apparatus has been described by taking image noise removal as an example. However, here, a case will be described in which the present invention is applied to a parallel analog arithmetic apparatus suitable for parallel calculation of two-dimensional data.
この並列アナログ演算装置は、前記撮像装置の例と同様に、画像入力部(5−1)、アナログ情報演算部[色素分子二次元配列素子](5−2)、画像キャプチャー素子(5−3)、ミラー(5−4)及び面発光素子(5−5)を有する。 As in the example of the imaging device, the parallel analog arithmetic device includes an image input unit (5-1), an analog information arithmetic unit [dye molecule two-dimensional array element] (5-2), and an image capture element (5-3). ), A mirror (5-4) and a surface light emitting element (5-5).
現在、計算科学や計算工学の分野では、電子計算機を用いて計算時間がかかるために、例えば、巡回セールスマン問題に代表されるオペレーションリサーチに最適なソフトウエアやアーキテクチャーが必要とされている。すなわち、「複数の配送場所全てに配送し、配送距離が最短の配送経路は?」という巡回セールスマン問題は、配送経路の数が配送数の階乗であるため、従来の計算機では膨大な計算時間を必要とするからである。この問題を解くアルゴリズムの一つに、蟻がフェロモンを用いて餌と巣穴の間の最適経路を検索する手法であるACO[Ant Colony Optimization]法がある。このACO法では、蟻が移動した軌跡であるフェロモン濃度分布を表わすフェロモンマップをメモリ上に作成するが、従来の計算機で行う方法では、フェロモンマップの計算、特に指数関数的な減衰の計算に膨大な時間が掛かってしまうが、本実施例では、指数関数的な減衰を本発明の可逆光応答性素子が行うため、最も計算機に負担を掛けているフェロモンマップの個々のフェロモン量の計算が必要なくなる。その結果、ACO法による最適条件の検索速度を飛躍的に速くすることが可能になる。それは、蟻がフェロモンと呼ばれる化学物質を放出しながら餌を探索して巣穴と餌の間の最短経路を求める探索手法に適応させるもので、ある程度の寿命を持つ励起状態の色素分子をフェロモンと看做し、光を照射する位置を蟻の位置と看做すと、フェロモンマップを演算部に作り出すことが本発明で容易に実現でき、本発明はACO法に最適なハードウエアということができる。 Currently, in the fields of computational science and computational engineering, since it takes time to calculate using an electronic computer, for example, software and architecture optimal for operation research represented by the traveling salesman problem are required. In other words, the traveling salesman problem of “What is the delivery route with the shortest delivery distance with delivery to multiple delivery locations?” Is because the number of delivery routes is the factorial of the number of deliveries. This is because time is required. One algorithm that solves this problem is the ACO [Ant Colony Optimization] method, which is a method in which ants use pheromones to search for the optimum route between food and burrows. In this ACO method, a pheromone map representing the pheromone concentration distribution, which is the locus of movement of ants, is created on a memory. However, with a conventional computer method, a pheromone map calculation, particularly exponential decay calculation, is enormous. In this embodiment, since the reversible photoresponsive element of the present invention performs exponential decay, it is necessary to calculate the amount of each pheromone in the pheromone map that places the greatest burden on the computer. Disappear. As a result, it is possible to dramatically increase the search speed for the optimum condition by the ACO method. It is adapted to a search method that finds the shortest path between the burrow and the bait by searching for food while ants release chemicals called pheromones. If the position of irradiating light is regarded as the position of an ant, it is possible to easily create a pheromone map in the arithmetic unit by the present invention, and the present invention can be said to be the optimum hardware for the ACO method. .
本実施例の構成を、図5を用いて説明する。蟻が移動する二次元領域(xy座標で示す)をアナログ情報演算部(5−2)を構成する色素分子二次元配列素子の面内にとり、このxy座標で示された各座標に独立した光学セル(5−2b)が置かれ、この光学セル(5−2b)に色素分子(5−2a)が入れられているとする。紫色の光を照射すると無色から赤色に変わり変化後に指数関数的な確率で無色に戻る色素分子(5−2a)をフェロモンとして、蟻のフェロモンがある状態を赤色、フェロモンがまったくない状態を無色とし、フェロモンの濃度と色素分子(5−2a)の赤色の濃さが比例するものとする。餌を探索する蟻の位置に相当する光学セル(5−2b)を照射する個所は紫色の光を、巣穴に帰還する蟻の位置に相当する光学セル(5−2b)を照射する個所は強度の強い紫色の光を、巣穴の位置の光学セル(5−2b)に橙色、餌の位置の光学セル(5−2b)に黄色を照射する光画像を画像入力部(5−1)により作成し、画像化したアナログ情報としてアナログ情報演算部(5−2)の色素分子二次元配置素子に照射する。 The configuration of this embodiment will be described with reference to FIG. A two-dimensional region (indicated by xy coordinates) in which an ant moves is taken within the plane of the dye molecule two-dimensional array element constituting the analog information calculation unit (5-2), and an optical system independent of each coordinate indicated by the xy coordinates. It is assumed that a cell (5-2b) is placed and a dye molecule (5-2a) is placed in this optical cell (5-2b). Dye molecule (5-2a) that changes from colorless to red when irradiated with purple light and returns to colorless with an exponential probability after the change is used as a pheromone. The pheromone concentration is proportional to the red color density of the dye molecule (5-2a). The part irradiating the optical cell (5-2b) corresponding to the position of the ant searching for food is violet light, and the part irradiating the optical cell (5-2b) corresponding to the position of the ant returning to the nest is An image input unit (5-1) emits an intense purple light to illuminate the optical cell (5-2b) at the burrow position with orange and yellow to the optical cell (5-2b) at the bait position. The dye molecule two-dimensional arrangement element of the analog information calculation unit (5-2) is irradiated as analog information created and imaged by the above.
画像入力部(5−1)はDMDに加えて二次元情報を発生させる計算機などを組み合わせて構成することができる。その後、アナログ情報演算部(5−2)の色素分子二次元配置素子の色情報を画像キャプチャー部(5−3)で入手し、後述する判定条件に従って、蟻が移動する位置を画像入力部(5−1)に伝える。 The image input unit (5-1) can be configured by combining a computer that generates two-dimensional information in addition to the DMD. After that, the color information of the dye molecule two-dimensional arrangement element of the analog information calculation unit (5-2) is obtained by the image capture unit (5-3), and the position where the ant moves according to the determination condition described later is set in the image input unit ( Tell 5-1).
画像キャプチャー部(5−3)は、CCDにフレームメモリーや、前記判定条件に従った信号判定を行うための計算機などを、組み合わせて構成することができる。 The image capture unit (5-3) can be configured by combining a CCD with a frame memory and a computer for performing signal determination in accordance with the determination conditions.
次に、本実施例の動作例について図6を用いて説明する。図6(Iに示すように、蟻の現在位置に相当する光学セル(5−2b)に入れられた色素分子(5−2a)に紫色の光を照射する。この時、色素分子(5−2a)は赤色に変わる。次に図6(II)に示すように、蟻が移動すると、光の照射位置が変わるために、変色した色素分子(5−2a)の赤色は指数関数的な減衰により無色に変化していく。この場合、蟻の現在位置から赤色が指数関数的に薄くなっていく蟻の軌跡が色素分子二次元配列素子上に現れる。この赤色の分布がフェロモンマップとなる。 Next, an operation example of the present embodiment will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 6 (I, violet light is irradiated to the dye molecule (5-2a) placed in the optical cell (5-2b) corresponding to the current position of the ant. At this time, the dye molecule (5- 6 (II), when the ant moves, the irradiation position of the light changes, so that the red color of the discolored dye molecule (5-2a) is exponentially attenuated. In this case, an ant locus in which the red color becomes exponentially thinner from the current position of the ant appears on the dye molecule two-dimensional array element, and this red distribution becomes a pheromone map.
図6(III)に示すように、巣穴の位置の光学セル(5−2b)に橙色、餌の位置の光学セル(5−2b)に黄色を照射し続ける。蟻が餌を求めて巣穴からランダムに移動する蟻の現在位置に相当する光学セル(5−2b)の色素分子(5−2a)に紫色の光を照射する。この蟻の行動には、次の判定条件を加えておく。 As shown in FIG. 6 (III), the optical cell (5-2b) at the burrow position is continuously irradiated with orange, and the optical cell (5-2b) at the bait position is continuously irradiated with yellow. The ant irradiates purple light to the dye molecule (5-2a) of the optical cell (5-2b) corresponding to the current position of the ant moving at random from the burrow in search of food. The following judgment condition is added to the behavior of this ant.
i)黄色(餌)の光学セル(5−2b)に到達したら、橙色の光学セル(5−2b)に向かって移動する。巣穴に戻るときには紫色の光の強度を強くする。 i) When it reaches the yellow (bait) optical cell (5-2b), it moves toward the orange optical cell (5-2b). When returning to the burrow, increase the intensity of the purple light.
ii)画像キャプチャー部(5−3)で取得した画像情報から、蟻の周りに赤い色素分子(5−2a)があれば赤い色素分子の光学セル(5−2b)に向かう。 ii) If there is a red dye molecule (5-2a) around the ants from the image information acquired by the image capture unit (5-3), the image goes to the red dye molecule optical cell (5-2b).
この条件で、図6(IV)に示すように本実施例の動作を実行させると、ある時間後には、巣穴の位置の光学セル(5−2b)と餌の位置の光学セル(5−2b)に、巣穴と餌の間の最短ルートに赤色の模様が現れる。すなわち、本実施例により巣穴と餌の間の最短ルールが計算されたことになる。 Under this condition, when the operation of the present embodiment is executed as shown in FIG. 6 (IV), after a certain time, the optical cell (5-2b) at the position of the burrow and the optical cell (5- In 2b), a red pattern appears on the shortest route between the nest hole and the bait. That is, the shortest rule between the burrow and the bait is calculated according to this embodiment.
図7は、図5の実施例の変形例の構成図である。蟻の現在位置指定に相当する紫色の光を照射、巣穴の位置指定、餌の位置に相当する橙色ないしは黄色の照射を分けて行う構成で、画像入力部が、前記紫色の光の画像情報を生成する画像入力部A(7−1)と、前記橙色ないしは黄色の光の画像情報を生成する画像入力部B(7−1)が分離されているのが特徴である。これにより蟻の位置指定が煩雑に実施することが可能となる。本変形例では画像入力部は二つであったが、数には制限は無く3つ以上になっても良い。なお、本変形例の場合には、ミラー(7−4)がローパスフィルタになっているため、画像入力部A(7−1)は画像入力部B(7−1)より上になる必要がある。 FIG. 7 is a block diagram of a modification of the embodiment of FIG. It is configured to irradiate purple light corresponding to the current position designation of ants, to specify the position of the nest, and to irradiate orange or yellow corresponding to the position of the bait, and the image input unit includes image information of the purple light The image input unit A (7-1) for generating the image information and the image input unit B (7-1) for generating the image information of the orange or yellow light are separated. This makes it possible to carry out the ant position designation in a complicated manner. In this modification, there are two image input units, but the number is not limited and may be three or more. In the case of this modification, since the mirror (7-4) is a low-pass filter, the image input unit A (7-1) needs to be above the image input unit B (7-1). is there.
次に、本発明による並列アナログ演算装置の別の実施例を図8に基づいて示す。 Next, another embodiment of the parallel analog arithmetic unit according to the present invention will be described with reference to FIG.
前述の並列アナログ演算装置の実施例では最適化問題探索への応用を記述したが、道路の渋滞回避システムのような演算には、本実施例の専用演算装置が適用できる。 In the embodiment of the parallel analog arithmetic device described above, the application to the optimization problem search has been described. However, the dedicated arithmetic device of the present embodiment can be applied to arithmetic operations such as a road traffic jam avoidance system.
本実施例の演算装置は、画像入力部(8−1)、アナログ情報演算部(8−2)、画像キャプチャー素子(8−3)、ミラー(8−4)及び面発光素子(8−5)を有する。本実施例では、図8に示すように、道路に相当する部分のみに光学セル(8−2b)を配置した点が、前述の実施例との構成上の違いになっている。 The arithmetic device of this embodiment includes an image input unit (8-1), an analog information calculation unit (8-2), an image capture element (8-3), a mirror (8-4), and a surface light emitting element (8-5). ). In the present embodiment, as shown in FIG. 8, the optical cell (8-2b) is arranged only in the portion corresponding to the road, which is a difference in configuration from the above-described embodiment.
道路状況の画像を撮影し、この画像から移動する車のみを抽出した画像を画像入力部(8−1)により作成し、二次元画像化したアナログ情報をアナログ情報演算部(8−2)の色素分子二次元配置素子に照射する。照射部分は、道路に相当した部分のみ設けられた色素分子二次元配置素子である。この動作を繰り返すと、色素分子二次元配置素子に色が付いた部分が現れ、画像キャプチャー部(8−3)に色の付いた渋滞箇所が示される。この実施例により、複雑な道路網での渋滞箇所を探索することができる。 An image of road conditions is taken, an image in which only moving cars are extracted from the image is created by the image input unit (8-1), and the two-dimensional analog information is converted into the analog information calculation unit (8-2). Irradiate the dye molecule two-dimensional arrangement element. The irradiation part is a dye molecule two-dimensional arrangement element provided only in the part corresponding to the road. When this operation is repeated, a colored portion appears in the dye molecule two-dimensional arrangement element, and a colored traffic jam location is indicated in the image capture section (8-3). According to this embodiment, it is possible to search for a traffic jam location on a complicated road network.
複雑な道路網での渋滞箇所を探索に用いる専用演算素子の動作例について、図9を用いて説明する。図9(I)aに示すように車が右から左に一方向に移動する画像を入手した場合、この画像から移動する車の位置情報を入手して、この車の位置に相当する位置の光学セル(8−2b)に入れられた色素分子(8−2a)に図9(I)bに相当する照射を紫外光で行う。色素分子(8−2a)としては、スピロピラン、同様の特性を持つジアリールエテンやスピロベンゾチオピランも使用できる。これらの分子は紫色吸収で色が変わり、室温の熱により元の構造に戻る。紫外光照射により、光が照射された色素分子(8−2a)は色が変わり、当該変化後に指数関数的な確率で元に戻る変化が起こる。車が移動すると、光の照射位置が変わるために、変色した色素分子(8−2a)の色は指数関数的な減衰により無色に変化していく。この場合、車の現在位置から白色が指数関数的に薄くなっていく車の移動軌跡が、図9(I)cに示すように色素分子二次元配置素子(8−2)上に現れる。 An example of the operation of a dedicated arithmetic element used for searching for a traffic jam location on a complex road network will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 9 (a) a, when an image in which the car moves in one direction from right to left is obtained, position information of the moving car is obtained from this image, and the position corresponding to the position of the car is obtained. The dye molecule (8-2a) put in the optical cell (8-2b) is irradiated with ultraviolet light corresponding to FIG. 9 (I) b. As the dye molecule (8-2a), spiropyran, diarylethene or spirobenzothiopyran having similar characteristics can also be used. These molecules change color due to purple absorption and return to their original structure due to room temperature heat. The color of the dye molecule (8-2a) irradiated with light changes due to the irradiation with ultraviolet light, and a change that returns to the original with an exponential probability occurs after the change. When the vehicle moves, the light irradiation position changes, so that the color of the discolored dye molecule (8-2a) changes to colorless due to exponential decay. In this case, the movement trajectory of the car in which white becomes exponentially thinner from the current position of the car appears on the dye molecule two-dimensional arrangement element (8-2) as shown in FIG. 9 (I) c.
次に、図9(II)に示す交差点を考える。今、縦方向の信号機が青で横方向の信号機が赤の時、青信号で通過する車に追従して光が照射されるため、縦方向には薄く車の移動軌跡が現れ、赤の信号機で止められている車の位置には光が移動せずに照射され続けるため、車が止まっている渋滞部分に白色の渋滞部分が現れる。この時、車が渋滞している横方向の道路の領域(領域H)の方が、縦方向の道路の領域(領域V)に比べて白いことが図9(II)からわかる。 Next, consider the intersection shown in FIG. Now, when the traffic light in the vertical direction is blue and the traffic light in the horizontal direction is red, light is emitted following the car passing by the blue light, so the moving trajectory of the car appears thinly in the vertical direction, and the red traffic light Since the light is kept moving without moving to the position of the stopped vehicle, a white traffic congestion portion appears in the traffic congestion portion where the vehicle is stopped. At this time, it can be seen from FIG. 9 (II) that the lateral road region (region H) where the vehicle is congested is whiter than the vertical road region (region V).
本実施例を、渋滞回避用の信号制御システムに用いることができるので、この動作例について述べる。上記の画像キャプチャー部(8−3)の画像情報をもとにした図9(III)のフローチャートに書かれた手順で信号機を制御することで、渋滞を低減するシステムについて説明する。まず、交差点に接続する道路の白色の量(フェロモン量)を測る。縦の道路の領域(領域V)と横方向の道路の領域(領域H)の白色の量(フェロモン量)を比較する。この時、領域Hの方が領域Vに比べて白色の量(フェロモン量)が多い場合には、縦方向の青信号の時間を短くし、横方向の青信号の時間を長くする。一方、領域Vの方が多い場合には、前記の制御の反対を行う。この信号制御は、図8で示す装置に加えて、(図示しない)制御装置、別に設けた計算機あるいは制御装置と信号機をつなぐ通信システムなどの構成装置で実現できる。 Since this embodiment can be used in a signal control system for avoiding traffic jams, an example of this operation will be described. A system for reducing traffic congestion by controlling the traffic light according to the procedure described in the flowchart of FIG. 9 (III) based on the image information of the image capture unit (8-3) will be described. First, the white amount (pheromone amount) of the road connected to the intersection is measured. The white amount (pheromone amount) of the vertical road region (region V) and the horizontal road region (region H) is compared. At this time, when the amount of white (the amount of pheromone) in the region H is larger than that in the region V, the time of the blue signal in the vertical direction is shortened and the time of the blue signal in the horizontal direction is lengthened. On the other hand, if there are more regions V, the above control is reversed. In addition to the device shown in FIG. 8, this signal control can be realized by a control device (not shown), a computer provided separately, or a configuration device such as a communication system that connects the control device and the signal device.
本実施例の効果を示すために、一定時間毎に信号機を制御するパターン制御と本実施例の制御法であるフェロモン制御のどちらかの方法で制御したときの総フェロモン量の時間変化をシミュレートして、両制御法の優劣を調べた。 In order to show the effect of this embodiment, the time change of the total pheromone amount when controlled by either the pattern control that controls the traffic light at regular intervals or the pheromone control that is the control method of this embodiment is simulated. Then, the superiority or inferiority of both control methods was investigated.
2つの交差点、2種類の制御方法で4種類のパターンでシミュレーションを行った。この制御法の評価は、マップ上のフェロモンの量が多くなればなるほど、渋滞状況が悪いことを示すことから、総フェロモン量の大きさで行った。4パターンそれぞれについて10000ステップの計算を20回試行し、渋滞状況を示す総フェロモン量の平均値の時間変化を図9(IV)に示した。2つの交差点をフェロモン制御した方が、最も総フェロモン量が少なかった。すなわち、パターン制御よりフェロモン制御の方が、渋滞する車の数が少なかった。 The simulation was performed with two kinds of patterns at two intersections and two kinds of control methods. This control method was evaluated based on the total amount of pheromones because the greater the amount of pheromones on the map, the worse the traffic situation. FIG. 9 (IV) shows the change over time of the average value of the total pheromone amount indicating the traffic jam situation after 20 trials of 10,000 steps for each of the four patterns. The amount of total pheromone was the smallest when the two intersections were pheromone controlled. That is, the number of vehicles that are congested is smaller in the pheromone control than in the pattern control.
以上のことより、上記実施例に示す制御法を、本発明に基づく装置構成で行うことで、交通システムの情報処理で効果があることがわかる。 From the above, it can be seen that the control method shown in the above embodiment is effective in the information processing of the traffic system by performing the apparatus configuration based on the present invention.
本発明によれば、所定の光を照射することにより物性が変化し、当該変化後に指数関数的な確率で元に戻る物質を利用することで、非常に複数の回路の信号を二次元画像の光として演算部に照射して複数の指数関数演算を同時に行うことで、複数のアナログ情報の指数演算を並列に実現でき、係るアナログ演算装置の性能向上に寄与するところが大きい。 According to the present invention, by using a substance that changes its physical properties by irradiating predetermined light and returns to the original with an exponential probability after the change, signals of a plurality of circuits can be converted into two-dimensional images. By irradiating the arithmetic unit as light and performing a plurality of exponential function calculations simultaneously, exponential calculations of a plurality of analog information can be realized in parallel, which greatly contributes to improving the performance of the analog arithmetic device.
1−1 入力部
1−2 演算部
1−3 出力部
1−4 ミラー
3−1 画像入力部
3−2 アナログ情報演算部
3−2a 色素分子
3−2b 光学セル
3−3 画像キャプチャー素子
3−4 ミラー
3−5 面発光素子
5−1 画像入力部
5−2 アナログ情報演算部(色素分子二次元配列素子)
5−2a 色素分子
5−2b 光学セル
5−3 画像キャプチャー部
7−1 画像入力部A、B
7−2 アナログ情報演算部(色素分子二次元配列素子)
7−2a 励起状態の色素分子
7−2b 基底状態の色素分子
7−3 画像キャプチャー素子
7−4 ミラー
7−5 面発光素子
8−1 画像入力部
8−2 アナログ情報演算部(色素分子二次元配列素子)
8−3 画像キャプチャー素子
8−4 ミラー
8−5 面発光素子
1-1 Input Unit 1-2 Computing Unit 1-3 Output Unit 1-4 Mirror 3-1 Image Input Unit 3-2 Analog Information Computing Unit 3-2a Dye Molecule 3-2b Optical Cell 3-3 Image Capture Device 3- 4 Mirror 3-5 Surface Light Emitting Element 5-1 Image Input Unit 5-2 Analog Information Calculation Unit (Dye Molecule Two-dimensional Array Element)
5-2a Dye molecule 5-2b Optical cell 5-3 Image capture unit 7-1 Image input unit A, B
7-2 Analog information calculation unit (Dye molecule two-dimensional array element)
7-2a Excited state dye molecule 7-2b Ground state dye molecule 7-3 Image capture element 7-4 Mirror 7-5 Surface light emitting element 8-1 Image input unit 8-2 Analog information calculation unit (Dye molecule two-dimensional Array element)
8-3 Image capture element 8-4 Mirror 8-5 Surface light emitting element
Claims (4)
入力したアナログ信号を二次元的に展開して光のアナログ信号に変換する入力部と、入力部からの光アナログ信号を受け取り、前記可逆光応答素子の物性変化及びその復元を一定時間毎に積算して二次元画像化する演算部と、演算部より演算結果である二次元画像を受け取り、出力する出力部を備え、
前記可逆光応答素子が、光学セルを二次元配列してなる二次元配列素子を備え、各光学セルは、所定特性の光を照射することにより物性が変化し、当該変化後にその物性が時間に対して指数関数的な確率で元の状態に戻る物質を含むものであることを特徴とする並アナログ演算装置。 A parallel analog computing device using a reversible photoresponsive element,
An input unit that two-dimensionally develops an input analog signal and converts it to an optical analog signal, and receives an optical analog signal from the input unit, and integrates physical property changes and restoration of the reversible photoresponsive element at regular intervals. A two-dimensional image, and an output unit that receives and outputs a two-dimensional image as a calculation result from the calculation unit,
The reversible light-responsive element includes a two-dimensional array element formed by two-dimensionally arraying optical cells, and each optical cell changes its physical properties by irradiating light of a predetermined characteristic, and the physical properties change over time after the change. On the other hand, it comprises a substance that returns to its original state with an exponential probability, and is a parallel analog computing device.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2006257877A JP5236173B2 (en) | 2006-09-22 | 2006-09-22 | Parallel analog computing device using reversible optical response element |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2006257877A JP5236173B2 (en) | 2006-09-22 | 2006-09-22 | Parallel analog computing device using reversible optical response element |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2008076884A JP2008076884A (en) | 2008-04-03 |
| JP5236173B2 true JP5236173B2 (en) | 2013-07-17 |
Family
ID=39348985
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2006257877A Expired - Fee Related JP5236173B2 (en) | 2006-09-22 | 2006-09-22 | Parallel analog computing device using reversible optical response element |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP5236173B2 (en) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5512322B2 (en) * | 2010-02-16 | 2014-06-04 | 独立行政法人物質・材料研究機構 | Optical parallel computing element |
| JP6829858B2 (en) * | 2016-03-08 | 2021-02-17 | 国立大学法人京都大学 | Optimal flight network generation method and system |
Family Cites Families (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61187483A (en) * | 1985-02-15 | 1986-08-21 | Canon Inc | Image pickup device |
| JPS61271382A (en) * | 1985-05-27 | 1986-12-01 | Seiko Epson Corp | Photochromic optical material |
| JPH01293323A (en) * | 1988-05-20 | 1989-11-27 | Kao Corp | Material for light signal gate element and production thereof |
| JPH02129600A (en) * | 1988-11-09 | 1990-05-17 | Fujitsu Ltd | Phosphor plate for radiation image reading |
| US5622807A (en) * | 1994-11-14 | 1997-04-22 | Hewlett-Packard Company | Phosphor film composition for use in image capture |
| JPH08304749A (en) * | 1995-05-08 | 1996-11-22 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | Optical waveguide device and method for manufacturing the same |
| JPH1172808A (en) * | 1997-08-29 | 1999-03-16 | Toshiba Corp | Optical switching element |
| US7443902B2 (en) * | 2003-10-15 | 2008-10-28 | California Institute Of Technology | Laser-based optical switches and logic |
| US7417788B2 (en) * | 2005-11-21 | 2008-08-26 | Aditya Narendra Joshi | Optical logic device |
-
2006
- 2006-09-22 JP JP2006257877A patent/JP5236173B2/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2008076884A (en) | 2008-04-03 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP7581351B2 (en) | Volumetric Microlithography | |
| JP5985140B2 (en) | Fluorescence intensity correction method, fluorescence intensity calculation method, and fluorescence intensity calculation apparatus | |
| US10830643B2 (en) | Spectral microscope | |
| JP7408572B2 (en) | Vehicle lights and vehicles | |
| JP2019520596A (en) | Super resolution microscopy | |
| WO2000075644A9 (en) | Sensor platform and method for analysing multiple analytes | |
| US20190084241A1 (en) | System and methods for the fabrication of three-dimensional objects via multiscale multiphoton photolithograhy | |
| FI3628066T3 (en) | STRUCTURED ILLUMINATION MICROSCOPE EQUIPPED WITH LINE SCAN | |
| DE112020000849T5 (en) | Sensor system for vehicle and vehicle | |
| Chashechkin et al. | Banded structures in the distribution pattern of a drop over the surface of the target fluid | |
| US20190058871A1 (en) | Nanostructured optical element, depth sensor, and electronic device | |
| US9703211B2 (en) | Sub-diffraction-limited patterning and imaging | |
| CN115552223A (en) | Method, computer program and apparatus for determining the position of molecules in a sample | |
| WO2013008033A1 (en) | Improvements relating to fluorescence microscopy | |
| JP5236173B2 (en) | Parallel analog computing device using reversible optical response element | |
| US20200081349A1 (en) | Method for Manufacturing Light Guide Elements | |
| Yulianto et al. | Imaging of latent three-dimensional exposure patterns created by direct laser writing in photoresists | |
| CA3187935A1 (en) | Apparatus and method of obtaining an image of a sample in motion | |
| US20240280467A1 (en) | Data Generation Method, Trained Model Generation Method, and Particle Classification Method | |
| Hanley et al. | Fluorescence lifetime imaging in an optically sectioning programmable array microscope (PAM) | |
| JP2013148819A (en) | Exposure optical system, exposure device and exposure method | |
| Stonehouse et al. | Automated alignment in mask‐free photolithography enabled by micro‐LED arrays | |
| US20180045938A1 (en) | Filter array based ultrafast compressive image sensor | |
| JP2015094737A (en) | Light irradiator, particle analyzer and light irradiation method | |
| US12449362B2 (en) | Apparatus and method for extended depth of field |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20061016 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20061110 |
|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20090706 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20120522 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20120723 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20121023 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20121214 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20130319 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20130327 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 Ref document number: 5236173 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20160405 Year of fee payment: 3 |
|
| S533 | Written request for registration of change of name |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313533 |
|
| R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |