Diffractive deep neural networks (D2NNs) define an all-optical computing framework comprised of spatially engineered passive surfaces that collectively process optical input information by modulating the amplitude and/or the phase of the propagating light. Diffractive optical networks complete their computational tasks at the speed of light propagation through a thin diffractive volume, without any external computing power while exploiting the massive parallelism of optics. Diffractive networks were demonstrated to achieve all-optical classification of objects and perform universal linear transformations. Here we demonstrate, for the first time, a "time-lapse" image classification scheme using a diffractive network, significantly advancing its classification accuracy and generalization performance on complex input objects by using the lateral movements of the input objects and/or the diffractive network, relative to each other. In a different context, such relative movements of the objects and/or the camera are routinely being used for image super-resolution applications; inspired by their success, we designed a time-lapse diffractive network to benefit from the complementary information content created by controlled or random lateral shifts. We numerically explored the design space and performance limits of time-lapse diffractive networks, revealing a blind testing accuracy of 62.03% on the optical classification of objects from the CIFAR-10 dataset. This constitutes the highest inference accuracy achieved so far using a single diffractive network on the CIFAR-10 dataset. Time-lapse diffractive networks will be broadly useful for the spatio-temporal analysis of input signals using all-optical processors.


翻译:Diffractive 深神经网络( D2NNS) 定义了一个全光计算框架, 由空间工程被动表面组成, 集体处理光学输入信息, 调整振幅和(或) 传播光的阶段。 Diffractive 光学网络以光传播速度完成计算任务, 其速度为薄色的调幅, 没有任何外部计算能力, 同时利用光学的巨大平行性能。 Diffractive 网络被演示, 以实现对对象的全光分类, 并进行通用线性变换。 在这里, 我们第一次展示了一个“ 时间流” 图像分类方案, 使用调色网络的“ 时间流”, 通过调试显示输入物体的横向移动速度和( 或) diffractive 网络的横向移动速度速度, 利用控制性或随机的“ 时间流” 数据流流数据流, 将使用极快的“ 直径” 直径网络的透明性能。

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