对象分类系统和方法技术方案

描述了一种用于对对象进行分类的对象分类系统。该系统包括：被适配用于辐照感兴趣对象的成像区域、阵列式检测器、以及混合单元，该混合单元被配置用于：在该混合单元与感兴趣对象相互作用之后并且在所述检测之前，通过将源自感兴趣对象的辐照反射或散射平均至少三次来混合该辐照。

Object classification system and method

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】对象分类系统和方法专利
本专利技术涉及基于光波的计算领域。更具体而言，本专利技术涉及使用混合单元以低损耗进行基于光波的计算的方法和系统。专利技术背景人们越是被大数据淹没，就越让计算机接管数据处理。因此，机器学习是当前计算机科学和统计中发展最快的学科之一。然而，大部分这种处理仍发生在高耗电计算机上的软件中。替换的硬件实现是专门被设计用于高效光学计算的所谓的储层计算机(ReservoirComputer)。储层计算是专注于时间相关数据的处理的机器学习分支。它最初是在2000年代早期作为使用具有内部反馈的未经训练神经网络结合经训练的线性读出层来执行对时间数据的分类的方法而提出的。通过所谓的递归网络中的非线性节点的反馈执行对信号的非线性混合，并向系统提供衰退存储器。2014年已由KristofVandoorne等人在Naturecommunications5(自然通信第5卷)(2014)中提出了基于相同储层计算原理的无源光子储层计算机。然而，所提出的实现受到来自与系统中所使用的组合器序列相关联的3dB损耗的基本缩放限制。无源光子储层可被用于多种应用。然而，储层可以执行的任务的复杂度取决于组成该储层的神经元数目，这些损耗也限制了可以执行的任务的复杂度，并且因此仍有改进的空间。专利技术概述本专利技术的各实施例的目的是基于混合单元提供显示出低损耗的高效的基于无源光子波的计算方法和系统。本专利技术涉及一种用于对对象进行分类的对象分类系统，该对象分类系统包括：被适配用于辐照感兴趣对象的成像区域；阵列式检测器；以及混合单元，该混合单元被配置用于：在该混合单元与感兴趣对象相互作用之后并且在所述检测之前，通过将源自感兴趣对象的辐照反射或散射平均至少三次来混合该辐照。混合单元可以被配置用于：在该混合单元与感兴趣对象相互作用之后将辐照反射或散射平均至少五次，例如平均至少十次。混合单元可以包括多个散射体。替换地，混合单元也可以是具有反射壁的腔，该反射壁包括输入和多个输出。还进一步描述了混合单元的各示例。在本专利技术的实施例中，在引用“复合散射或反射”或“辐照被散射或反射平均至少N次”时，这可以包括辐照的平均至少N个不同部分可以按不同方式被散射或反射(即，在空间上)和/或辐照的相同部分平均被散射或反射至少N次(即，在时间上)。N由此可以是大的数字，诸如举例而言3、5或10。对于空间反射，这包括其中辐照的一部分仅被混合单元反射或散射一次或者甚至从未被反射或散射的情况。换言之，这可以包括其中来自对象的辐射的许多不同部分以不同方式被反射或散射的情况。替换地，这可以被表述为辐照的显著部分被反射或散射至少一次，其中显著部分可以是被对象前向散射的全部光的至少五分之一。当在特定实施例中散射体被放置在各层中时，复合散射或反射条件或辐照被散射或反射平均至少N次的条件由此包括其中使用单层散射体的实施例，由此在不同的空间位置辐射将在不同位置以不同方式被散射。该系统进一步可以包括分类器，该分类器用于基于在所述混合之后获得的辐照来对对象进行分类。分类器可以是线性分类器，或者可以是更复杂的分类器，诸如举例而言前馈神经网络。阵列式检测器可以是线扫描图像传感器。线性分类器可以在电场中实现，从线扫描图像传感器接收输入信号。线性分类器可以基于输入信号的加权和。混合单元可以包括散射对象的随机集合。散射对象可以是散射柱。散射对象的随机集合可以被放置在腔中。散射对象可以被布置在多个层中，每层包括一行随机放置的散射对象。混合单元可包括可由氮化硅形成的腔，并且散射柱由二氧化硅制成。混合单元可以是光子晶体腔。混合单元可以是由硅制成的腔，其中铁电薄膜被涂覆在该腔上。混合单元可以是由硅棒制成的光子晶体腔，其中在中间引入非线性聚合物。混合单元可包括由III-V材料制成的腔。该系统可包括在分层布置中耦合的多个混合单元。在分层布置中耦合的混合单元可以包括：负责输入信号中的较低级特征的第一混合单元；以及用于负责较高级特征的其他混合单元。被适配用于辐照感兴趣对象的成像区域可包括用于在流体中携带对象的微流体通道。该系统可以是细胞分类系统。本专利技术还涉及将对象分类系统用于对细胞进行分类的用途。本专利技术进一步涉及一种用于对对象进行分类的方法，该方法包括：辐照感兴趣对象；在与感兴趣对象相互作用之后并且在检测器中检测辐照之前，通过使用混合单元反射或散射平均至少三次来混合该辐照；以及使用阵列式检测器来检测经混合辐照。该方法可以包括对检测到的经混合辐照应用线性分类。混合可以包括混合静态的非时间相关辐照信号，检测所述经混合信号，以及从中推导出感兴趣对象的分类。本专利技术涉及一种被配置用于执行基于波的计算的基于无源光子波的计算系统，该系统包括混合单元，该混合单元包括至少一个输入和多个输出，该混合单元进一步被配置用于：以复合方式将经由所述至少一个输入接收到的光束朝向所述多个输出中的至少一个输出进行反射或散射。混合元件可以是光子晶体腔，或者可以是基于散射的混合单元。要注意，混合单元通常可以显著大于波长或大于波长的量级。混合单元可以比将与该系统联用的波长至少大5倍。该至少一个输入可以是多个输入。混合单元具有多个输出。此类输出可以例如使用加权和求和进行组合，以使得整个基于波的计算系统可以仅有单个输出。本专利技术的各实施例的优点在于，混合单元允许提供对输入辐射的良好混合，而不会发生大的损耗。后者是通过避免使用系统中的至少一些组合器和分离器并且替代地使用混合单元来获得的。在本专利技术的实施例中引用腔的情况下，引用的是光子器件中通常填充有透明材料的区域，该区域对于系统可以对其使用的辐射的波长而言是透明的，并且在边缘包括反射元件，例如，反射壁。混合单元可以被配置在基于无源光子波的计算系统中，以使得其充当用于辐射信号的衰退存储器。混合单元可以是包括多个反射壁的腔，以使得来自输入的辐射在多次反射之后最终将到达输出端口。混合单元可以是光子晶体腔。混合单元可以具有四分之一体育场的形状。输入和/或输出波导可以通过绝热锥形体连接到混合单元。混合单元可以是由硅制成的腔，其中铁电薄膜被涂敷在该腔上，其中混合单元是由硅棒制成的光子晶体腔，其中在中间引入非线性聚合物，或者其中该腔由III-V材料制成。该系统可以包括在分层布置中耦合的多个混合单元。在分层布置中耦合的混合单元例如可以包括：负责输入信号中的较低级特征的第一混合单元；以及用于负责较高级特征的其他(诸)腔。混合单元可以包括散射对象的随机集合。散射对象可以是散射柱。散射对象的随机集合可以被放置在腔中。腔可以由氮化硅形成，并且散射柱可以由二氧化硅制成。本专利技术还涉及一种用于执行基于光子波的计算的方法，该方法包括：将光学输入信号施加到混合单元的一个或多个输入，允许光学信号在混合单元中传播，所述传播包括将经由所述至少一个输入接收的所述光学信本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于对对象进行分类的对象分类系统，所述对象分类系统包括：/n-被适配用于辐照感兴趣对象的成像区域，/n-阵列式检测器，/n混合单元，所述混合单元被配置用于：在所述混合单元与所述感兴趣对象相互作用之后并且在所述检测之前，通过将源自所述感兴趣对象的辐照反射或散射平均至少三次来混合所述辐照。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170529 EP 17173179.71.一种用于对对象进行分类的对象分类系统，所述对象分类系统包括：
-被适配用于辐照感兴趣对象的成像区域，
-阵列式检测器，
混合单元，所述混合单元被配置用于：在所述混合单元与所述感兴趣对象相互作用之后并且在所述检测之前，通过将源自所述感兴趣对象的辐照反射或散射平均至少三次来混合所述辐照。


2.如前述权利要求所述的对象分类系统，其特征在于，所述系统进一步包括分类器，所述分类器用于基于在所述混合之后获得的辐照来对所述对象进行分类。


3.如前述权利要求所述的对象分类系统，其特征在于，所述分类器是线性分类器。


4.如前述权利要求中任一项所述的对象分类系统，其特征在于，所述阵列式检测器是线扫描图像传感器。


5.如从属于权利要求2和4的前述权利要求中任一项所述的对象分类系统，其特征在于，所述线性分类器在电场中被实现，从所述线扫描图像传感器接收输入信号。


6.如权利要求5所述的对象分类系统，其特征在于，所述分类器基于所述输入信号的加权和。


7.如前述权利要求中任一项所述的对象分类系统，其特征在于，所述混合单元包括散射对象的随机集合。


8.如前述权利要求所述的对象分类系统，其特征在于，所述散射对象是散射柱。


9.如前述权利要求中任一项所述的对象分类系统，其特征在于，所述散射对象的随机集合被放置在腔中。


10.如前述权利要求所述的对象分类系统，其特征在于，所述腔是由氮化硅形成的并且所述散射柱是由二氧化硅制成的。


11.如前述权利要求中任一项所述的对象分类系统，其特征在于，所述混合单元是光子晶体腔。<...

【专利技术属性】
技术研发人员：P·比安斯特曼，A·卢格南，F·拉波特，
申请(专利权)人：根特大学，IMEC非营利协会，
类型：发明
国别省市：比利时;BE