Programozható optoelektronikus tömbprocesszorok (POAC) és alkalmazásaik
Title in English
Programmable opto-electric array processors (POAC) and their applications
Panel
Informatics and Electrical Engineering
Department or equivalent
HUN-REN Institute for Computer Science and Control
Participants
Orzó, László Váró, György
Starting date
2003-01-01
Closing date
2005-12-31
Funding (in million HUF)
9.200
FTE (full time equivalent)
0.00
state
closed project
Final report
Results in Hungarian
Kidolgoztunk és megépítettünk egy hordozható programozható opto-elektronikus analogikus CNN számítógépet (Laptop-POAC), amelyet céltárgyak felismerésére és követésére alkalmaztunk. A POAC (programmabble optical analogic array computer) magprocesszora egy új típusu optikai korrelátor, amelyben bakteriorhodopsin (BR) filmet alkalmaztunk dinamikus (újraírható, többszörösen olvasható, törölhető) holografikus anyagként. Ez az optikai CNN implementáció egyesíti az optikai számítógépek nagy sebességét, rendkívűl nagy práhuzamosságát (milliós nagyságrendű csatornaszám) és a nagymértű templatek alkalmazhatóságát a CNN eszköszök rugalmas programozhatóságával. Különös jellemzője ennek az optikai tömbprocesszornak az, hogy a programozó templateket vagy egy kétdimenziós akuszto-optikai eltérítővel (ez esetben 64x64 pixel méretű templateket használtunk), vagy egy VCSEL lézer mátrixszal valósíthatjuk meg. A bemenő képeket 600x800 pixel felbontású folyadékkristályos mikromegjelenítővel vittük be. Meghatároztuk a jelenleg beszerezhető kulcselemekkel elérhető maximális felbontás és a sebesség korlátait. Ezáltal kimutatttuk, hogy a kispárhuzamosságú elektronikus adatátvitel (továbbá a létező CCD, CMOS és vizuális CNN chipek felbontás/sebesség) korlátai miatt 2D-s optika utófeldolgozásra van szükség és lehetőség.
Új és hatékony céltárgy felismerő és több tárgy kvázi-egyidejű követésére alkalmas algoritmust dolgoztunk ki. Mérésekkel bizonyítottuk a berendezés és az algoritmusok hatékonyságát.
Results in English
A portable programmable opto-electronic analogic CNN computer (Laptop-POAC) has been built and used to recognize and track targets. Its kernel processor is a novel type of high performance optical correlator based on the use of bacteriorhodopsin (BR) as a dynamic holographic material.
This optical CNN implementation combines the optical computer’s high speed, high parallelism (1 000 000 channel) and large applicable template sizes with flexible programmability of the CNN devices.
A unique feature of this optical array computer is that programming templates can be applied either by a 2D acousto-optical deflector (up to 64x64 pixel size templates) incoherently or by VCSEL arrays. Input images are fed-in by a LCD-SLM of 600x800 pixel resolution. Evaluation of trade-off between speed and resolution is given.
Novel and effective target recognition and multiple-target-tracking algorithms have been developed for the POAC. Tracking experiments are demonstrated. In the present model a video-speed CCD camera is recording the correlograms, however, later a CNN-UM chip and a high-speed CMOS camera will be applied for combined optical/electro-optical post-processing.
An optical CNN template- and algorithm-library has been developed to solve a great variety of image processing tasks. It seems to be an important future work to expand this library.
Tőkés Sz; Orzó L; Ayoub A: Two-wavelength POAC (Programmable Opto-electronic Analogic Computer) using bacteriorhodopsin as dynamic holographic material, In: Proceedings of ECCTD\'03 Conf, Krakow, 2003. vol. 3, pp. 97-100,, 2003
Tímár G; Rekeczky Cs,; Orzó L; Tőkés Sz.: Sensing-Computing-Actuation in a Multi-Target Tracking Framework, In: Proceedings of ECCTD\'03 Conf, Krakow, 2003. vol. 2, pp. 77-80, 2003
Ayoub A; Tőkés Sz: The First Version of the Optical Programmable Array/Analogic Computer (POAC) Template, In: Proc of The 46th IEEE International Midwest Symposium on Circuits and Systems (MWCAS 2003), Cairo, Published on CD, 2003
Tőkés Sz; Orzó L; Ayoub A; Roska: Laptop POAC: a Compact Optical Implementation of CNN-UM, In: Proc of IEEE CNNA2004, , Budapest, 2004, pp. 70-75, 2004
Ayoub A; Tőkés Sz; Orzó L; Roska T: Evolution of the Programmable Optical Array Computer (POAC), In: Proc of IEEE CNNA2004, , Budapest, 2004, pp. 64-69, 2004
Ayoub A; Tőkés Sz; Orzó L;: Review of the Programmable Optical Array Computer, DNS-2-2004, Technical Report, MTA-SZTAKI, Hungary, 2004, 2004
Tőkés Sz; Orzó L; Ayoub A; Roska T: POAC (Programmable Optical Array/Analogic Computer) Applied for Target Recognition and Tracking, In: Proc of SPIE European Symposium on Optics/Photonics in Security and Defense, vol. 5613-, London, 2004, pp. 154-165, 2004
Ahmed Ayoub, László Orzó and Szabolcs Tőkés: POAC: Optical Computer for Large Data Sets, ERCIM News No. 60, January 2005, pp.76-77, 2005
Ayoub A; Tőkés Sz;: A New CNN Template for POAC Peak Enhancement, In: Proceedings of IEEE ECCTD’05, vol. I., pp. 157-160, Cork, Ireland, 2005
Zarandy, A.; Foldesy, M.; Szolgay, P.; Tokes, S.; Rekeczky, C.; Roska, T.: Various implementations of topographic, sensory, cellular wave computers, In: Circuits and Systems, 2005. ISCAS 2005. IEEE International Symposium on 23-26 May 2005 Page(s):5802 - 5805 Vol. 6, 2005
Ayoub A; Tőkés Sz; Orzó L: A Study of Correlation Process of a Modified JTC for Optical Cellular Neural Networks, In: Proceedings of ECCTD'03 Conf, Krakow, 2003. vol. 3, pp. 105-108,, 2003
Tőkés Sz; Orzó L; Ayoub A;: Eljárás és optikai eszközök információk biztonsági tárolására és a tárolt információk felismerhetővé tételére, Bejelentés ideje: 2005.04.20. Iktatószám: 0510119, Ügyszám: P0500395, 2005
Ayoub A; Tőkés Sz;: Adaptive Threshold and Template Library for Optical Cellular Wave-Computing, Submitted to IEEE Trans. on Image Processing, 2005
