ОПТИ́ЧЕСКАЯ ОБРАБО́ТКА ИНФОРМА́ЦИИ

ОПТИ́ЧЕСКАЯ ОБРАБО́ТКА ИНФОР­МА́­ЦИИ, об­ра­бот­ка ин­фор­ма­ци­он­ных сиг­на­лов с ис­поль­зо­ва­ни­ем оп­ти­че­ско­го из­лу­че­ния как но­си­те­ля ин­фор­ма­ции, а так­же оп­тич. и оп­то­элек­трон­ных эле­мен­тов для вво­да ин­фор­ма­ции в све­то­вой пу­чок, её пре­об­ра­зо­ва­ния и ре­ги­ст­ра­ции. О. о. и. да­ёт воз­мож­ность с боль­шой ско­ро­стью про­во­дить па­рал­лель­ную об­ра­бот­ку боль­ших мас­си­вов ин­фор­ма­ции. Это дос­то­ин­ст­во обу­слов­ле­но дву­мя свя­зан­ны­ми ме­ж­ду со­бой фак­то­ра­ми: вы­со­кой час­то­той элек­тро­маг­нит­ных волн оп­тич. диа­па­зо­на и ма­лой дли­ной вол­ны оп­тич. излу­че­ния λ. Вы­со­кая не­су­щая час­то­та обес­пе­чи­ва­ет боль­шую по­ло­су ин­фор­мац. час­тот при пе­ре­да­че сиг­на­лов по оп­тич. ка­на­лу с вре­меннóй мо­ду­ля­ци­ей не­су­щей час­то­ты. В оп­тич. ли­ни­ях свя­зи со спек­траль­ным уп­лот­не­ни­ем ка­на­лов дос­тиг­ну­ты ско­ро­сти пе­ре­да­чи и об­ра­бот­ки ин­фор­ма­ции по­ряд­ка 10¹³ бит/с. Ма­лая дли­на вол­ны оп­тич. из­лу­че­ния да­ёт воз­мож­ность об­ра­ба­ты­вать оп­тич. сиг­на­лы не толь­ко с вре­меннóй, но и с про­стран­ст­вен­ной мо­ду­ля­ци­ей. По­сколь­ку ми­ним. раз­мер эле­мен­та изо­бра­же­ния (пик­се­ля) име­ет ве­ли­чи­ну по­ряд­ка λ², све­то­вой пу­чок с по­пе­реч­ным се­че­ни­ем по­ряд­ка 1 см² по­зво­ля­ет прак­ти­че­ски мгно­вен­но (со ско­ро­стью све­та) пе­ре­да­вать до 10⁸ бит ин­фор­ма­ции па­рал­лель­но. Та­кой све­то­вой пу­чок по сво­им ин­фор­мац. воз­мож­но­стям эк­ви­ва­лен­тен 10⁸ па­рал­лель­но ра­бо­таю­щим элек­трич. ка­на­лам.

Ме­то­ды О. о. и. мож­но ус­лов­но раз­де­лить на три боль­шие груп­пы. Пер­вая груп­па вклю­ча­ет ме­то­ды ко­ге­рент­ной и не­ко­ге­рент­ной оп­тич. об­ра­бот­ки как де­тер­ми­ни­ро­ван­ных, так и слу­чай­ных сиг­на­лов, ос­но­ван­ные на про­стран­ст­вен­ной фильт­ра­ции оп­тич. изо­бра­же­ний. Ко вто­рой груп­пе от­но­сят­ся ме­то­ды, ис­поль­зую­щие разл. оп­то­элек­трон­ные эф­фек­ты и уст­рой­ст­ва. Тре­тью груп­пу, ко­то­рая по­ка на­хо­дит­ся в на­чаль­ной ста­дии раз­ра­бот­ки, со­став­ля­ют пол­но­стью оп­тич. ме­то­ды; в них оп­тич. из­лу­че­ние вы­сту­па­ет и как но­си­тель ин­фор­ма­ции, и как управ­ляю­щий сиг­нал (свет управ­ля­ет све­том). К этой груп­пе мож­но от­не­сти го­ло­гра­фич. ме­то­ды об­ра­бот­ки изо­бра­же­ния (см. Го­ло­гра­фия). Раз­ви­тие кван­то­вой оп­ти­ки вы­зва­ло ин­те­рес к кван­то­вой об­ра­бот­ке изо­бра­же­ний, ос­но­ван­ной на кван­то­вой при­ро­де све­та.

На­ча­ло раз­ви­тию ко­ге­рент­ных ме­то­дов О. о. и. по­ло­жи­ли ис­сле­до­ва­ния Э. Аб­бе (1873), ко­то­рый пред­ло­жил схе­му про­стран­ст­вен­ной фильт­ра­ции изо­бра­же­ний. Ра­бо­та уст­рой­ст­ва ос­но­ва­на на свой­ст­ве лин­зы осу­ще­ст­в­лять про­стран­ст­вен­ное фу­рье-пре­об­ра­зо­ва­ние оп­тич. сиг­на­ла (см. Фу­рье-оп­ти­ка). В этой схе­ме с по­мо­щью транс­па­ран­та (пе­ре­да­вае­мой кар­тин­ки), рас­по­ла­гае­мо­го в плос­ко­сти фор­ми­ро­ва­ния про­стран­ст­вен­но­го спек­тра, осу­ще­ст­в­ля­ет­ся из­би­ра­тель­ное из­ме­не­ние ам­пли­туд и фаз ком­по­нент спек­тра. Под­би­рая функ­цию про­пус­ка­ния транс­па­ран­та, мож­но осу­ще­ст­в­лять разл. опе­ра­ции над оп­тич. сиг­на­ла­ми: диф­фе­рен­ци­ро­ва­ние и ин­тег­ри­ро­ва­ние изо­бра­же­ний, по­лу­че­ние пре­об­ра­зо­ва­ний Гиль­бер­та, Ла­п­ла­са, рас­по­зна­ва­ние об­ра­зов и др. Важ­ным при­ме­не­ни­ем ме­то­да про­стран­ст­вен­ной фильт­ра­ции яв­ля­ет­ся ви­зуа­ли­за­ция не­ви­ди­мых фа­зо­вых объ­ек­тов (ме­то­ды тём­но­го по­ля, фа­зо­во­го кон­тра­ста и др.).

Реа­ли­за­ция дос­то­инств О. о. и. не­воз­мож­на без бы­ст­ро­дей­ст­вую­щих оп­то­элек­трон­ных уст­ройств для вво­да ин­фор­ма­ции в све­то­вой пу­чок – управ­ляе­мых транс­па­ран­тов. Осн. ти­па­ми та­ких транс­па­ран­тов яв­ля­ют­ся жид­кок­ри­стал­лич. мат­ри­цы, управ­ляе­мые элек­трич. по­лем, и аку­сто­оп­тич. мо­ду­ля­то­ры, в ко­то­рых ис­поль­зу­ет­ся ди­фрак­ция све­та на ульт­ра­зву­ке. По­след­ние об­ра­зу­ют боль­шой класс спе­циа­ли­зир. про­цес­со­ров, при­ме­няе­мых для оп­тич. об­ра­бот­ки ра­дио­сиг­на­лов: для ана­ли­за спек­тра, на­хо­ж­де­ния функ­ций свёрт­ки и кор­ре­ля­ции двух сиг­на­лов, вы­де­ле­ния сиг­на­ла из шу­ма, об­ра­бот­ки ра­дио­ло­кац. сиг­на­лов и мн. др. Бла­го­да­ря про­сто­те кон­ст­рук­ции, вы­со­кой на­дёж­но­сти, ком­пакт­но­сти и вы­со­ко­му бы­ст­ро­дей­ст­вию уст­рой­ст­ва и сис­те­мы О. о. и. ши­ро­ко ис­поль­зу­ют­ся не толь­ко в фи­зи­ке и тех­ни­ке, но так­же в эко­ло­гии, гео­ло­гии, био­ло­гии, ме­ди­ци­не, во­ен. де­ле.