[发明专利]一种基于电控刺激下VCSEL-SA的图像识别系统及方法

权利要求书

1.一种基于电控刺激下VCSEL-SA的图像识别系统，其特征在于,包括：

图像的Spike编码模块，用于将输入的原始图像信息转换为Spike信号；

Spike信号传输模块；用于将图像的Spike编码模块编码的Spike信号同步传输至图像识别模块；

图像识别模块，用于响应Spike信号传输模块传输过来的Spike信号，并恢复Spike信号传输模块的原始图像信息；

基于STDP的突触权重调节模块；基于VCSOA神经突触的STDP响应特性用于实现权重依赖的突触权重调节；

控制与分析测试模块，通过分析比较图像的Spike编码模块和图像识别模块之间的Spike响应信号的差异，调节系统的参量；

图像的Spike编码模块，包括原始图像信息、图像编码器、biasTee、VCSEL-SA1、 VCSEL-SA2及相应的温度控制器和电流控制器，图像编码器将图像信息进行二进制编码，将编码的二进制代码按一定的协议分成两组，其中一组信息通过biasTeeⅠ与电流控制器Ⅰ输出的信号耦合在一起，另一组信息通过和biasTeeⅡ与电流控制器Ⅱ输出的信号耦合在一起，分别注入到相应光子神经元VCSEL-SA1和VCSEL-SA2，实现二进制码与Spike信号的转换；

所述Spike信号传输模块包括传输光纤、掺铒光纤放大器、延迟线、偏振控制器、光隔离器、可调衰减器，VCSEL-SA1输出的Spike信号经传输光纤、掺铒光纤放大器、迟延线、偏振控制器、光隔离器、可调衰减器后注入到光电探测器； VCSEL-SA2输出的Spike信号经另一路传输光纤、掺铒光纤放大器、迟延线、偏振控制器、光隔离器、可调衰减器后注入到光电探测器；

基于STDP的突触权重调节模块；包括两个电路控制单元和两个垂直腔半导体光放大器VCSOAs；从VCSEL-SA3输出的Spike信号经两个耦合器后分成三路，第一路进入基于STDP的突触权重调节模块，利用突触权重依赖的STDP算法实现神经突触权重的实时调节；

所述图像识别模块包括光电探测器、biasTee、VCSEL-SA3及相应的温度控制器、电流控制器、图像解码器，光电探测器输出的信号经biasTeeⅢ与电流控制器Ⅲ输出的信号耦合，注入到神经元VCSEL-SA3，从VCSEL-SA3输出的Spike信号经两个耦合器分成三路，VCSEL-SA3输出的第三路Spike信号输入图像解码器恢复传输的图像；

控制与分析测试模块，包括光谱仪、频谱分析仪、实时示波器、功率计测试分析设备及与激光器和各测试分析设备相连的数据采集卡和电脑，进入控制与分析测试模块一路信号通过将神经元输出的Spike信号与两个神经元VCSEL-SA1和VCSEL-SA2输出的Spike信号相比较，评估二者的均方误差，并根据比较的结果精确调控光子神经元的偏置电流、延迟时间、注入光的强度、失谐频率、偏振态。

2.一种基于电控刺激下VCSEL-SA的图像识别方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1.利用图像编码器将图像信息进行二进制编码，然后将编码的二进制代码按一定的协议分成两组，一组信息通过biasTeeⅠ与电流控制器Ⅰ输出的信号耦合在一起，另一组信息通过biasTeeⅡ与电流控制器Ⅱ输出的信号耦合在一起，分别注入到相应光子神经元VCSEL-SA1和VCSEL-SA2，从而实现二进制码与Spike信号的转换；

步骤2.从VCSEL-SA1输出的Spike信号经传输光纤、掺铒光纤放大器、迟延线、光隔离器、可调衰减器后注入到光电探测器；同样，从VCSEL-SA2输出的Spike信号经另一路传输光纤、掺铒光纤放大器、迟延线、光隔离器、可调衰减器后注入到光电探测器；

步骤3.从光电探测器输出的信号经biasTeeⅢ与电流控制器输出的信号耦合后注入到神经元VCSEL-SA3，从VCSEL-SA3输出的Spike信号经两个耦合器分成三路，第一路进入基于STDP的突触权重调节模块，利用突触权重依赖的STDP算法实现神经突触权重的实时调节，第二路进入控制与分析测试模块，第三路用于图像的解码；

步骤4.进入控制与分析测试模块的信号通过将神经元输出的Spike信号与两个神经元VCSEL-SA1和VCSEL-SA2输出的Spike信号相比较，评估二者的均方误差，并根据比较的结果精确调控光子神经元的偏置电流、延迟时间、注入光的强度、失谐频率、偏振态；

步骤5.将VCSEL-SA3输出的第三路Spike信号输入图像解码器恢复传输的图像，从而实现基于电控VCSEL-SA神经元的Gb/s图像信息的传输和识别。