基于T型微环谐振器的光电混合计算芯片及图像处理方法技术

本发明专利技术提供了一种基于T型微环谐振器的光电混合计算芯片，包括：多个微环谐振器阵列的调制单元，和多个T型微环谐振器阵列的卷积计算单元所述调制单元，用于对输入的图像数据与光信号调制成映射关系，使光信号携带图像数据；卷积计算单元，用于对携带图像数据的光信号与卷积核权重调制成映射关系，并对光信号携带的图像数据进行卷积运算。本发明专利技术使用硅光子芯片替代神经网络中的卷积核来进行卷积计算，实现大幅度减少卷积运算的能耗。实现大幅度减少卷积运算的能耗。实现大幅度减少卷积运算的能耗。

【技术实现步骤摘要】
基于T型微环谐振器的光电混合计算芯片及图像处理方法


[0001]本专利技术涉及光子计算
，特别是涉及一种基于T型微环谐振器的光电混合计算芯片及图像处理方法。

技术介绍

[0002]架空输电是电力系统整体功能的重要组成环节，由于架空电路设备长期露置在大自然的环境中运行，容易遭受各种气候条件的侵袭(如雨雪、冰冻、污秽、雷击等)，以及其它的外力破坏如机械撞击杆塔或拉线基础、树竹倾倒碰撞导线、鸟兽造成的接地短路等)。传统的人工巡检除存在劳动强度大，巡线效率低等缺陷外，而使用图像处理技术进行远程巡检可以降低劳动强度、提高巡检效率、扩大覆盖范围，对提高电网运行安全性，稳定性以及运行效率具有重要意义。
[0003]绝缘子是组成电网线路重要的一部分，使用目标识别算法对绝缘子是否有缺陷进行检测对电网巡检效率提升具有实际意义。卷积神经网络是计算密集型的，因此会导致较长的处理延迟，主要瓶颈之一是计算正向传播所需的矩阵乘法。，超过80％的总处理时间用于卷积。

技术实现思路

[0004]为了解决现有技术中图像识别算法处理计算量大的技术问题，本专利技术的一个目的在于提供一种基于T型微环谐振器的光电混合计算芯片，所述光电混合计算芯片包括：多个微环谐振器阵列的调制单元，和多个T型微环谐振器阵列的卷积计算单元；
[0005]所述调制单元，用于对输入的图像数据与光信号调制成映射关系，使光信号携带图像数据；卷积计算单元，用于对携带图像数据的光信号与卷积核权重调制成映射关系，并对光信号携带的图像数据进行卷积运算。/>[0006]优选地，所述光电混合计算芯片还包括，波分复用器、平衡探测器、放大器、电阻和开发板；
[0007]所述波分复用器连接所述调制单元，所述调制单元连接所述卷积计算单元，所述卷积计算单元连接所述平衡放探测器，所述平衡探测器连接所述放大器，所述放大器连接所述电阻，所述电阻连接所述开发板；
[0008]所述开发板连接所述调制单元和所述卷积计算单元，用于对所述调制单元阵列的多个微环谐振器进行调制，以及对所述卷积计算单元阵列的多个T型微环谐振器进行调制。
[0009]优选地，所述T型微环谐振器包括微环和T型波导；
[0010]所述T型波导包括input端、throught端和drop端；所述微环上沉积电极，用于对微环加热调制。
[0011]优选地，所述T型微环谐振器基于绝缘体上硅结构制备，
[0012]其中，硅衬底厚度为220nm，掩埋氧化层厚度为2um，T型波导的宽度为450nm，微环半径为10um。
[0013]本专利技术的另一个目的在于提供一种利用光电混合计算芯片处理图像的方法，其特征在于，所述方法利用权利要求1至4中任一权利要求所述的光电混合计算芯，对图像进行处理，包括：
[0014]光信号输入到波分复用器，通过波分复用器将光信号输入到调制单元阵列的多个微环谐振器的光路中；
[0015]开发板对调制单元阵列的多个微环谐振器进行调制，使光信号与输入的图像数据形成映射关系，使光信号携带图像数据；
[0016]开发板对卷积计算单元阵列的多个T型微环谐振器进行调制，使携带图像数据的光信号与卷积核权重形成映射关系，并对光信号携带的图像数据进行卷积运算；
[0017]经过卷积运算后的光信号由平衡探测器转换为电信号，经放大器、电阻后输出。
[0018]本专利技术提供的一种基于T型微环谐振器的光电混合计算芯片及图像处理方法，利用硅光芯片体积小、功耗小、高度集成的优势，使用硅光子芯片替代神经网络中的卷积核来进行卷积计算，实现大幅度减少卷积运算的能耗。
附图说明
[0019]为了更清楚地说明本专利技术具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0020]图1示意性示出了本专利技术一种基于T型微环谐振器的光电混合计算芯片的结构框图。
[0021]图2示出了本专利技术T型微环谐振器的结构示意图。
[0022]图3示出了图2中A
‑
A的剖视图。
[0023]图4示出了T型微环谐振器加热光谱偏移示意图。
[0024]图5示出了本专利技术一个实施例中对图像处理过程的示意图。
[0025]图6示出了本专利技术一个实施例中图像处理结果的示意图。
具体实施方式
[0026]为了使本专利技术的上述以及其他特征和优点更加清楚，下面结合附图进一步描述本专利技术。应当理解，本文给出的具体实施例是出于向本领域技术人员解释的目的，仅是示例性的，而非限制性的。
[0027]为了解决现有技术中图像识别算法处理计算量大的技术问题，特别是电力绝缘子目标图像检测过程中图像处理计算量大的技术问题，本专利技术提供一种基于T型微环谐振器的光电混合计算芯片。
[0028]如图1所示本专利技术一种基于T型微环谐振器的光电混合计算芯片的结构框图，根据本专利技术的实施例，一种基于T型微环谐振器的光电混合计算芯片G，包括：波分复用器100、多个微环谐振器201阵列的调制单元200、多个T型微环谐振器301阵列的卷积计算单元300、平衡探测器400、放大器500、电阻600和开发板700(zcu216)。
[0029]波分复用器100连接调制单元200，调制单元200连接卷积计算单元300，卷积计算
单元300连接平衡放探测器400，平衡探测器400连接放大器500，放大器500连接电阻600，600电阻连接开发板700。
[0030]开发板700连接调制单元200和卷积计算单元300，用于对调制单元200阵列的多个微环谐振器201进行调制，以及对卷积计算单元300阵列的多个T型微环谐振器301进行调制。
[0031]调制单元200，用于对输入的图像数据与光信号调制成映射关系，使光信号携带图像数据。卷积计算单元300，用于对携带图像数据的光信号与卷积核权重调制成映射关系，并对光信号携带的图像数据进行卷积运算。
[0032]如图2所示本专利技术T型微环谐振器的结构示意图，图3示出了图2中A
‑
A的剖视图，根据本专利技术的实施例，卷积计算单元300阵列的多个T型微环谐振器301包括微环3011和T型波导3012。T型波导3012包括input端、throught端和drop端。微环3011上沉积电极3012，用于对微环加热调制。
[0033]T型微环谐振器301基于绝缘体上硅结构制备，硅衬底(Si)厚度为220nm，掩埋氧化层(SiO2)厚度为2um，T型波导3012的宽度为450nm，微环3011半径为10um。
[0034]下面对T型微环谐振器301的工作原理进行说明。
[0035](1)T型微环谐振器301的耦合原理：
[0036]T型微环谐振器301的input端的输本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于T型微环谐振器的光电混合计算芯片，其特征在于，所述光电混合计算芯片包括：多个微环谐振器阵列的调制单元，和多个T型微环谐振器阵列的卷积计算单元；所述调制单元，用于对输入的图像数据与光信号调制成映射关系，使光信号携带图像数据；卷积计算单元，用于对携带图像数据的光信号与卷积核权重调制成映射关系，并对光信号携带的图像数据进行卷积运算。2.根据权利要求1所述的光电混合计算芯片，其特征在于，所述光电混合计算芯片还包括，波分复用器、平衡探测器、放大器、电阻和开发板；所述波分复用器连接所述调制单元，所述调制单元连接所述卷积计算单元，所述卷积计算单元连接所述平衡放探测器，所述平衡探测器连接所述放大器，所述放大器连接所述电阻，所述电阻连接所述开发板；所述开发板连接所述调制单元和所述卷积计算单元，用于对所述调制单元阵列的多个微环谐振器进行调制，以及对所述卷积计算单元阵列的多个T型微环谐振器进行调制。3.根据权利要求2所述的光电混合计算芯片，其特征在于，所述T型微环谐振器包括...

【专利技术属性】
技术研发人员：梅峰，鹿利单，倪家融，祝连庆，卢文达，赖晓翰，
申请(专利权)人：国网浙江省电力有限公司信息通信分公司，
类型：发明
国别省市：