Trong kỷ nguyên của Internet, yêu cầu về lưu trữ, xử lý, truyền dẫn dữ liệu ngày
càng tăng. Theo ước tính, dữ liệu tăng trung bình 40% một năm, trong đó khoảng 90%
dung lượng dữ liệu ảnh và video [1]. Một trong những mục tiêu quan trọng của kỹ
thuật xử lý ảnh là thực hiện một số phân tích cụ thể và xử lý thông tin ảnh để đáp ứng
nhu cầu của ứng dụng thực tế của con người và tâm lý học trực quan. Có hai loại công
nghệ chính để thu nhận, xử lý ảnh là xử lý ảnh số và xử lý ảnh quang học. Bản thân
các ảnh số được chuyển đổi từ tín hiệu quang. Do vậy, xử lý được trực tiếp tín hiệu
ảnh trong miền toàn quang là mong muốn từ lâu.
Xử lý hình quang hay toàn quang là một công nghệ sử dụng mạch quang để xử lý,
lưu trữ và truyền dẫn trực tiếp thông tin trong miền quang. Trước đây, quang học
Fourier thường được sử dụng để thu nhận, tách biên, nhận dạng và bảo mật ảnh. Xử lý
ảnh trực tiếp trong miền quang đặc biệt có ưu điểm là tốc độ cao (lên đến tốc độ ánh
sáng), có khả năng xử lý thời gian thực và xử lý song song [2].
Ảnh số thường được biểu diễn bởi ma trận các điểm ảnh. Các ảnh số được số hóa
từ ảnh quang và ảnh tương tự. Bản chất của ảnh số là một ma trận lưu trữ các số hay
một chuỗi dữ liệu đã được số hóa. Do đó, xử lý ảnh số thường phải kết hợp với các
thuật toán phần mềm và phần cứng. Nó có ưu điểm là độ chính xác xử lý cao, linh hoạt,
dễ dàng điều chỉnh các bộ phận và khả năng xử lý phi tuyến phức tạp. Tuy nhiên, công
nghệ này có nhược điểm là yêu cầu phần cứng cao và tốc độ tương đối chậm. Đặc biệt
xử lý ảnh dữ liệu lớn thì rất khó khả thi và khó có khả năng xử lý trong thời gian thực.
Hoặc ở mức độ nào đó, để xử lý thời gian thực đáp ứng các yêu cầu nhận dạng, lưu trữ
và truyền dẫn, yêu cầu về phần cứng và phần mềm, các hệ thống tính toán rất phức tạp
và đắt tiền.
Thêm vào đó, công suất tiêu thụ là một vấn đề lớn với hệ thống tính toán này do
sự giới hạn về kích thước và khả năng tích hợp của các hệ thống máy tính hiện tại và
vi mạch điện tử. Các nghiên cứu về tính toán, xử lý ảnh trực tiếp trong miền quang do
đó là một chủ đề nghiên cứu mới của lĩnh vực kỹ thuật máy tính, xử lý thông tin, công
nghệ thông tin để thay thế vượt qua các giới hạn của kỹ thuật xử lý ảnh số hiện tại, đặc
biệt trong điều kiện xử lý một khối lượng lớn dữ liệu ảnh [3].