All-optical processing based on integrated optics

Abstract

During the last years, the demand for high data transfer rates in optical fiber communications has increased exponentially. Since image in its original format exactly as it is captured by the digital camera requires an enormous amount of storage capacity, it is important to develop a system that increases its amount of compression while preserving the important image’s information. In the topic of image’s compression, there are several transformation techniques used for data compression. Discrete Wavelet Transform (DWT) is one of the most commonly used, thanks to its multi-resolution transformation. This multi-resolution property allows to develop, not only a lossless compression method, from which the original image can be obtained exactly as it was before the transform, but also, a lossy method where it is not possible to obtain the original image. In this context, this thesis will develop the idea to apply the Haar wavelet transform using optical circuits. This concept will be analyzed, verifying the possibility of its implementation in the optical domain, using several methods, lossy and lossless, to conclude about the best compression method to apply to an image. Finally, the lossy method will be tested in the laboratory with different components and design the optical device able to accomplish the Haar wavelet transform.

Nos últimos anos, a procura por elevados ritmos de transferência de informação em comunicações óticas tem aumentado exponencialmente. Dado que imagem, no seu formato original exactamente como é captada pela câmara fotográfica ocupa enormes quantidades de espaço de armazenamento, torna-se importante desenvolver um sistema que aumente o seu grau de compressão, preservando as informações importantes da imagem. No tópico da compressão de imagem existem várias técnicas de transformação usadas para compressão de dados. A transformada discreta de onduleta é uma das mais usadas, graças ao uso da transformação em multiresolução. Esta propriedade de multi-resolução permite não só desenvolver métodos de compressão de imagem sem perdas, nos quais se obtém a imagem original exatamente como era antes da transformação, como também métodos com perdas, já não sendo possível obter a imagem original. Neste contexto, esta tese irá desenvolver a ideia de aplicar a transformada de onduleta de Haar usando circuitos óticos. Este conceito irá ser analisado, verificando a possibilidade da sua implementação no domínio ótico, usando vários métodos, com perdas e sem perdas, para concluir acerca do melhor método de compressão a aplicar a uma imagem. Por fim, o método com perdas irá ser testado no laboratório com diferentes componentes e desenhar o dispositivo ótico capaz de aplicar a transformada de onduleta de Haar.