JP2676562B2

JP2676562B2 - 光パターン認識装置

Info

Publication number: JP2676562B2
Application number: JP2082018A
Authority: JP
Inventors: 岩城　　忠雄; 靖幸光岡; 順子山中
Original assignee: セイコー電子工業株式会社
Priority date: 1990-03-29
Filing date: 1990-03-29
Publication date: 1997-11-17
Anticipated expiration: 2012-11-17
Also published as: JPH03280179A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、光情報処理や光計測の分野において、CCD
カメラなどの撮像装置から得られる２次元画像に対し、
光学的相関処理を施すことによりパターン認識や計測を
自動的に行う装置に関する。

〔発明の概要〕

本発明は、合同変換相関器（Joint Transform Correl
ator）において、空間光変調器に記録された所要の目標
を含む少なくとも１つ以上の参照画像と新たに入力する
少なくとも１つ以上の信号画像の合同のフーリエ変換強
度分布を、前記新たに入力する少なくとも１つ以上の信
号画像のみのフーリエ変換光で読み出し、これを再びフ
ーリエ変換することにより相関信号を得ることにより、
１度に多くの参照画像を用いてもノイズの少ない相関信
号を高速に得られる光パターン認識装置に関する。

〔従来の技術〕

従来の光学的なパターン認識装置や相関処理装置にお
いては、合同変換相関器（Joint Transform Correlato
r）を用いる方法が多くとられていた。例えば、光書き
込み型空間光変調器を用いた１例を第４図に示す。この
方法においては、認識の基準となる参照画像と認識の対
象となる信号画像を同時に隣接して配置した像を入力像
36とする。レーザ１から出射された光束はビームエキス
パンダー２で拡大された後、ビームスプリッタ25で２光
束に分岐される。ビームスプリッタ25を透過した光束は
入力像36を照射し、入力像36をコヒーレント画像に変換
する。このコヒーレント画像をフーリエ変換用レンズ７
を用いてフーリエ変換し、その変換面上に配置した液晶
ライトバルブ37に参照画像と信号画像の合同のフーリエ
変換像の光強度分布を記憶させる。

次に、ビームスプリッタ25で反射された光束はミラー
４、９、偏向ビームスプリッタ38で反射されて液晶ライ
トバルブ37を照射し、記憶されている合同のフーリエ変
換像の光強度分布をコヒーレント画像に変換する。この
コヒーレント画像は検光子として作用する偏向ビームス
プリッタ38を透過することによりネガ像あるいはポジ像
として読み出され、フーリエ変換用レンズ８でフーリエ
変換され、その変換面上に配置したCCDカメラ13で受光
される。このようにすると信号画像と参照画像の２次元
の相互相関係数を表す相関ピークを得ることができる。

上記１例は、光書き込み型空間を変調器として、反射
型の液晶ライトバルブを用いているが、透過型で使用す
る場合にはBSO結晶（Bi₁₂SiO₂₀）などがよく知られてい
る。また、光書き込み型の空間光変調器を用いる代わり
に、合同のフーリエ変換像をCCDカメラで撮像し、それ
を液晶テレビなどの電気書き込み型空間光変調器に表示
する方法もある。

第５図に入力像36の一例を示し、第６図にCCDカメラ1
3から得られる信号画像と参照画像の２次元の相互相関
係数を表す一対の相関ピークを示す。

さらに最近では、参照画像と信号画像のフーリエ変換
画像を二値化すると、相関ピークがより鮮明で急峻にな
り、S/N比が向上することがわかっている（例えば、ビ
ー・ジャビディおよびシー・ジェイ・クオ、アプライド
オプチックス、27、663（1988）:B.Javidi and C.J.K
uo,Applied Optics,27,663（1988）．）。

また、合同変換相関器以外の方法を用いた光パターン
認識装置としては、参照画像のフーリエ変換像のホログ
ラムを信号画像のフーリエ変換面に配置し、これで信号
画像のフーリエ変換像のフィルタリングを行った後、再
びそのフーリエ変換を行うことにより相関信号を得るマ
ッチドフィルタ型の光相関器も古くから知られている。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、通常この方法においては信号画像や参
照画像の個数はそれぞれ１つである。そのため、例えば
アルファベットを認識する場合では、認識したいアルフ
ァベット１文字を信号画像とし、全てのアルファベット
との相関のとるために、参照画像として１文字ずつアル
ファベットを書き換えて時系列的に相関処理を行わねば
ならず、非常に多くの時間を必要とする。ところが、そ
れを解決するために、例えば参照画像の個数を増やし一
度に多くの参照画像との相関をとろうとすると、各参照
画像と信号画像との相関処理による相関ピークの強度が
著しく低下し、ノイズ成分が増加するため、相関ピーク
はノイズ成分によって埋もれて分離が難しくなり、また
誤って認識する場合も生じる。

また、マッチドフィルタ型の相関器を用いる場合は、
合同変換相関器を用いる場合よりも参照画像の個数が増
えたときにノイズの影響が少ないことが知られているが
［フランシス・T.S.ユー、Q.W.ソング、Y.S.チェングお
よびドン・A.グレゴリー、アプライドオプチックス、
29,225（1990）:Francis T.S,Yu,Q.W.Song,Y.S.Cheng,a
nd Don A.Gregory,Applied Optics,29,225（1990）］、
参照画像の個数を増やすためには参照画像の個数と同じ
数だけの参照光束を用意しなければならないため、光学
系が複雑になるという問題点があった。

〔課題を解決するための手段〕

上記課題を解決するために、本発明においては、所要の目標を含む少なくとも１つの参照画像と新たに
入力する少なくとも１つの信号画像をコヒーレント画像
に変換する手段と、前記コヒーレント画像をフーリエ変換し、前記参照画
像と信号画像の合同のフーリエ変換画像を得る手段と、前記合同のフーリエ変換画像を、強度分布画像に変換
し、その強度分布を空間光変調器に表示する手段と、新たに入力する少なくとも１つの信号画像のみをコヒ
ーレント画像に変換する手段と、前記信号画像のみのコヒーレント画像をフーリエ変換
し、これを前記空間光変調器に記録された強度分布画像
の記録中心に一致させるように照射して当該強度分布画
像を読み出す手段と、前記の読み出した強度分布画像をフーリエ変換して、
その画像を撮像装置を用いて相関信号に変換する手段を
有する光パターン認識装置とすることによって、参照画
像の個数が増えてもノイズの影響が少ない相関信号を得
ることができ、しかも簡単な光学系で構成することがで
きる光パターン認識装置とすることができ上記課題を解
決した。

特に、合同のフーリエ変換画像を強度分布画像に変換
し、その強度分布を空間光変調器に表示する手段が、光
反射率と印加電圧の間に双安定メモリ性を有する強誘電
性液晶を用いた光書き込み型空間光変調器に合同のフー
リエ変換画像を照射して記憶するものであるようにする
ことにより、実時間で光パターン認識を可能とする光パ
ターン認識装置を提供するものである。

〔作用〕

上記のような構成にすれば、入力像のフーリエ変換面
において光書き込み型空間光変調器に記録されている複
数個の参照画像と信号画像のフーリエ変換同士の干渉に
よって生じた干渉縞のうち、所要の目標以外の参照画像
と信号画像のフーリエ変換同士や参照画像間のフーリエ
変換同士の干渉によって生じた干渉縞の部分は読み出さ
ないで、所要の目標である参照画像と信号画像のフーリ
エ変換によって生じた干渉縞の部分のみを読み出して、
それを再びフーリエ変換して相関信号を含んだ（例え
ば、信号画像をｆ、参照画像をｇで表すと、ｇとｆの相
関とｆの畳み込み:f＊（ｇ☆ｆ）を含んだ）画像を得る
ため、マッチドフィルタ型の光相関器と同程度にノイズ
に強い光パターン認識装置とすることができる。その
上、合同変換相関器と同様のフーリエ変換画像の強度分
布画像への変換を行うため、簡単な構成で信号画像と１
度に多くの参照画像との相関をとるために、高速で正確
なパターン認識が行えるようになる。

〔実施例〕

以下に本発明による光パターン認識装置の実施例を図
面に基づいて説明する。第１図は本発明の光パターン認
識装置の１実施例の構成図である。所要の目標を含む少
なくとも１つの参照画像と新たに入力する少なくとも１
つの信号画像をコヒーレント画像に変換する手段は、レ
ーザ１とビームエキスパンダ２と第１のビームスプリッ
タ３と第１の液晶テレビ５からなり、前記コヒーレント
画像をフーリエ変換し前記参照画像と信号画像の合同の
フーリエ変換画像を得る手段は、第１のフーリエ変換レ
ンズ７と第２のミラー９からなり、前記合同のフーリエ
変換画像を強度分布画像に変換しその強度分布画像を空
間光変調器に表示する手段は、光書き込み型液晶ライト
バルブ10からなり、新たに入力する少なくとも１つの信
号画像のみをコヒーレント画像に変換する手段は、レー
ザ１とビームエキスパンダ２と第１のミラー４と第２の
液晶テレビ６からなり、前記信号画像のみのコヒーレン
ト画像をフーリエ変換し、これを前記空間光変調器に記
録された強度分布画像の記録中心に一致させるように照
射して当該強度分布画像を読み出す手段は、第２のフー
リエ交換レンズ８と第２のビームスプリッタ11と偏光子
39からなり、前記の読み出した強度分布画像をフーリエ
変換して、その画像を撮像装置を用いて相関信号に変換
する手段は、第３のフーリエ変換レンズ12とCCDカメラ1
3からなる。コンピュータ14と第１のD/A変換器15と第１
の液晶テレビの駆動部31は、所要の目標を含む少なくと
も１つの参照画像と新たに入力する少なくとも１つの信
号画像を第１の液晶テレビ５に表示するために用い、コ
ンピュータ14と第２のD/A変換器16と第２の液晶テレビ
の駆動部32は新たに入力する少なくとも１つの信号画像
のみを第２の液晶テレビ６に表示するために用い、コン
ピュータ14と光書き込み型液晶ライトバルブの駆動部17
は光書き込み型液晶ライトバルブ10を駆動させるために
用いる。

レーザ１から出射されビームエキスパンダ２で拡大さ
れたコヒーレント光は、ビームスプリッタ３で２光束に
分けられる。ビームスプリッタ３で反射された光束は、
信号画像と参照画像が同時に並列して配置して表示され
ている第１の液晶テレビ５を照射することにより信号画
像と参照画像よりなる入力像をコヒーレント画像に変換
する。そのコヒーレント画像は第１のフーリエ変換レン
ズ７で第２のミラー９を介してフーリエ変換され、光書
き込み型液晶ライトバルブ10に照射される。ここで、光
書き込み型液晶ライトバルブ10として、光変調材料とし
てTN（Twist Nematic）液晶を用いたものを使用すれば
上記フーリエ変換画面はグレイスケールを有する画像と
して記録され、光変調材料として光反射率と印加電圧と
の間に双安定メモリ性を有する強誘電性液晶を用いたも
のを使用すれば、画像はある閾値によって全て二値化さ
れてしまうため、フーリエ変換画像の二値化強度分布が
光書き込み型液晶ライトバルブ10に記録される。

一方、ビームスプリッタ３を透過した他方の光束は、
第１のミラー４で反射された後、新たに入力される信号
画像のみを第１の液晶テレビ５に表示されているのと同
一の配置で表示する第２の液晶テレビ６を照射すること
により信号画像のみをコヒーレント画像に変換する。そ
の信号画像のみのコヒーレント画像は第２のフーリエ変
換レンズ８で第２のビームスプリッタ11と偏光子39を介
してフーリエ変換され光書き込み型液晶ライトバルブ10
の読み出し面に照射され、再び反射される。ただし、光
書き込み型液晶ライトバルブ10は反射型のため、読み出
し面はフーリエ変換像を記録した面とは逆方向の面とな
る。これにより、光書き込み型液晶ライトバルブ10上に
記録されているフーリエ変換像のグレイスケールを持っ
たあるいは二値化された強度分布画像はコヒーレント画
像に変換される。そのコヒーレント画像は偏光子39を透
過することによってネガ像として読み出され、そして第
３のフーリエ変換レンズ12でフーリエ変換されることに
より、相関出力を含んだ画像としてCCDカメラ13で受光
される。ここで、第１のフーリエ変換レンズ７の前焦点
面に第１の液晶テレビ５を、後焦点面に光書き込み型液
晶ライトバルブ10を配置する。また、第２のフーリエ変
換レンズ８の前焦点面に第２の液晶テレビ６を、後焦点
面に光書き込み型液晶ライトバルブ10を配置する。さら
に、第３のフーリエ変換レンズ12の前焦点面に光書き込
み型液晶ライトバルブ10を、後焦点面にCCDカメラ13を
配置する。

第１の液晶テレビ５と第２の液晶テレビ６は、ビデオ
信号を用いてそれぞれ第１の液晶テレビの駆動部31と第
２の液晶テレビの駆動部32により画像情報を表示するた
め、コンピュータ14から出力されるデジタル画像情報は
それぞれ第１のD/A変換器15と第２のD/A変換器16によっ
てビデオ信号に変換される。また、光書き込み型液晶ラ
イトバルブ10は、その駆動部17によって駆動するが、こ
れはコンピュータ14によって第１のD/A変換器15と第２
のD/A変換器16に送られるデジタル画像情報のクロック
に同期して動作している。

第１の液晶テレビ５には例えば第７図に示すように、
１個の信号画像を中心としてその円周上に複数の参照画
像を配置したものを表示する。これは、信号画像と参照
画像との距離を一定にすると同時にレーザ光の強度分布
がガウス分布になっている影響を低減するためである。
さらに、第２の液晶テレビ６には、第１の液晶テレビ５
に表示されている信号画像と全く同一で大きさや位置や
回転方向も全く同一な信号画像のみを表示する。第７図
の例を用いると、信号画像Ｅのみを第７図に示すのと全
く同一の大きさ、回転方向で同一の位置に表示するので
ある。

この状態において、CCDカメラ13からは、信号画像と
参照画像との間で相関に基づく複数の相関ピーク（正確
には信号画像と参照画像の相関と信号画像の畳み込みで
あるが、簡単のため以下これを信号画像と参照画像の相
関ピークと呼んでいく）の像が得られる。例えば、第７
図に示す入力像の場合には、参照画像が４個あるため４
対の相関ピークが得られる可能性がある。この場合、参
照画像が１個の場合と比べると、各々の相関ピークの光
強度は小さく、その上ノイズ成分が増加しているため、
相関ピークとノイズとの区別が困難となり、従来の合同
変換相関器では誤った認識をする場合もある。そこで、
光書き込み型液晶ライトバルブ10としてTN液晶を光変調
材料に用いたものを使って、参照画像の数を増加させた
場合の、本発明の光パターン認識装置のSN比と従来の合
同変換相関器のSN比の比を第８図に示す。第８図からわ
かるように、参照画像の数が増加するにつれて、本発明
の光パターン認識装置は従来の合同変換相関器よりも優
れたSN特性を示すようになることがわかる。もちろん、
第８図に示す曲線の傾きは、使用する参照画像と信号画
像の種類（例えば、アルファベット、漢字、指紋、絵
画、写真等）等によっても異なる。第８図においては、
信号画像および参照画像としてアルファベットの大文字
を用いている。

次に、光書き込み型液晶ライトバルブ10として、光反
射率と印加電圧の間に双安定メモリ性を有する強誘電性
液晶を用いた光書き込み型空間光変調器を用いた場合の
本発明の光パターン認識装置の特性を説明する前に、ま
ず光反射率と印加電圧の間に双安定メモリ性を有する強
誘電性液晶を用いた光書き込み型空間光変調器のことに
ついて説明する。

第９図は、強誘電性液晶を用いた光書き込み型空間光
変調器の構造を示す断面図である。液晶分子を狭持する
ためのガラスやプラスティックなどの透明基板40a、40b
は、表面に透明電極層41a、41b、透明基板の法線方向か
ら75度から85度の範囲の角度で一酸化珪素を斜方蒸着し
た配向膜層42a、42bが設けられている。透明基板40aと4
0bはその配向膜層42a、42b側を、スペーサ48を介して間
隙を制御して対向させ、強誘電性液晶層43を狭持するよ
うになっている。

また、光による書き込み側の透明電極層41a上には光
導電層44、遮光層45、誘電体ミラー46が配向膜42aとの
間に積層形成され、書き込み側の透明基板40aと読み出
し側の透明基板40bのセル外面には、無反射コーティン
グ47a、47bが形成されている。

次に、上記構造をもつ強誘電性液晶を用いた光書き込
み型空間光変調器10を初期化する方法を示す。第１の方
法は、一度強誘電性液晶を用いた光書き込み型空間光変
調器10の書き込み面全面を光照射し、その明時の閾値電
圧の最大値よりも充分に高い直流バイアス電圧あるいは
100Hz〜50k Hzの交流電圧を重畳した直流バイアス電圧
を透明電極層41a、41bの間に印加して、強誘電性液晶分
子を一方向の安定状態にそろえ、その状態をメモリさせ
る。第２の方法は、光照射なしで、暗時の閾値電圧の最
大値よりも充分に高い直流バイアス電圧あるいは100Hz
〜50k Hzの交流電圧を重畳した直流バイアス電圧を透明
電極層41a、41bの間に印加して、強誘電性液晶分子を一
方向の安定状態にそろえ、その状態をメモリさせる。

さらに、強誘電性液晶を用いた光書き込み型空間光変
調器10を上記のように初期化した後の動作について説明
する。光照射なしで、暗時には強誘電性液晶を用いた光
書き込み型空間光変調器の閾値電圧の最小値以下であ
り、光照射時には強誘電性液晶を用いた光書き込み型空
間光変調器の閾値電圧の最大値以上となる逆極性の直流
バイアス電圧あるいは100Hz〜50k Hzの交流電圧を重畳
した直流バイアス電圧を透明電極層41a、41bの間に印加
しながら、レーザ光などによって画像の書き込みをす
る。レーザ照射を受けた領域の光導電層44にはキャリア
が発生し、その結果光導電層の比抵抗が小さくなり、発
生したキャリアは直流バイアスにより電界方向にドリフ
トし、レーザ照射を受けた領域には閾値電圧以上の逆極
性のバイアス電圧が強誘電性液晶層に印加され、強誘電
性液晶は自発分極の反転に伴う分子の反転が起こり、も
う一方の安定状態に移行するので、画像が二値化処理さ
れて記憶される。

二値化されて記憶された画像は、初期化によって揃え
られた液晶分子の配列方向（またはそれに直角方向）に
偏光軸を合わせた直線偏光の読み出しの光の照射、及
び、誘電体ミラー46による反射光の偏光方向に対し、偏
光軸が直角（または平行）になるように配置された検光
子を通すことにより、ポジ状態またはネガ状態で読み出
すことができる。上記第１図の実施例においては、検光
子の代わりに偏光子39を用いている。

画像を二値化する場合の閾値電圧は、透明電極41a、4
1bの間に印加する交流電圧の周波数や直流バイアス電圧
の値を調整することにより、変化させることにより、実
質的に閾値を変化させた場合と同じ効果が得られる。

上記実施例において、誘電体ミラー46の可視光反射率
が充分大きく、光導電層44に対して読み出し光の影響が
極めて小さい場合には遮光層45を省略することができ
る。さらに、光導電層44に達する読み出し光が充分に小
さく光導電層44に対して読み出し光の影響が極めて小さ
い場合には、誘電体ミラー46も省略することができる。

上述の強誘電性液晶を用いた光書き込み型空間光変調
器を本発明の光パターン認識装置に適用した場合の特徴
を説明する。第10図は、本発明の光パターン認識装置の
液晶ライトバルブ10として強誘電性液晶を用いた光書き
込み型空間変調器を用いた場合のS/N比とTN液晶を用い
た光書き込み型空間光変調器を用いた場合のS/N比が、
参照画像の数の増加に対して変化するようすを示したも
のである。強誘電性液晶を用いた光書き込み型空間光変
調器を用いた場合のS/NをSN_F、TN液晶を用いた光書き込
み型空間光変調器を用いた場合のS/NをSN_Tとしたとき、
参照画像の数が変化したときのSN_F/SN_Tは、参照画像の
数が増加するにつれて減少していく。しかし、参照画像
の数が少ない場合は、強誘電性液晶を用いた光書き込み
型空間光変調器を用いた方が、S/Nが大きく感度の高い
パターン認識が可能であることがわかる。さらに、参照
画像の数が増加しても、第10図の例では、参照画像の数
が８までは、強誘電性液晶を用いた光書き込み型空間光
変調器を用いた方がS/Nが大きいことがわかる。なお、
第10図の実施例では、信号画像と参照画像としてアルフ
ァベットを用いた。上記の関係は入力画像として用いる
画像の種類によっても少し異なるが本質的な変化はない
ことは言うまでもない。

次に、本発明の光パターン認識装置を１つの画像情報
入力手段のみを用いて構成できる例を第２図に示す。第
２図において、所要の目標を含む少なくとも１つの参照
画像と新たに入力する少なくとも１つの信号画像をコヒ
ーレント画像に変換する手段は、レーザ１とビームエキ
スパンダ２と液晶テレビ18からなり、前記コヒーレント
画像をフーリエ変換し前記参照画像と信号画像の合同の
フーリエ変換画像を得る手段は、第１のフーリエ変換レ
ンズ７とミラー21からなり、前記合同のフーリエ変換画
像を強度分布画像に変換しその強度分布画像を空間光変
調器に表示する手段は、光書き込み型液晶ライトバルブ
10からなり、新たに入力する少なくとも１つの信号画像
のみをコヒーレント画像に変換する手段は、レーザ１と
ビームエキスパンダ２と液晶テレビ18と第１のビームス
プリッタ３からなり、前記信号画像のみのコヒーレント
画像をフーリエ変換し、これを前記空間光変調器に記録
された強度分布画像の記録中心に一致させるように照射
して当該強度分布画像を読み出す手段は、第２のフーリ
エ変換レンズ８と第２のビームスプリッタ11からなり、
前記の読み出した強度分布画像をフーリエ変換して、そ
の画像を撮像装置を用いて相関信号に変換する手段は、
第３のフーリエ変換レンズ12とCCDカメラ13からなる。
コンピュータ14とD/A変換器34と液晶テレビ駆動部24
は、所要の目標を含む少なくとも１つの参照画像と新た
に入力する少なくとも１つの信号画像を液晶テレビ18に
表示するために用い、コンピュータ14と第１の光シャッ
タ駆動部23は第２の光シャッタ20を駆動し所要の目標を
含む少なくとも１つの参照画像と新たに入力する少なく
とも１つの信号画像のフーリエ変換像を光書き込み型液
晶ライトバルブ10に記録するためのスイッチングを行う
ために用い、コンピュータ14と第１の光シャッタ駆動部
22は第１の光シャッタ19を駆動し新たに入力する少なく
とも１つの信号画像のみのフーリエ変換像を光書き込み
型液晶ライトバルブ10に照射しその中に記録された情報
を読み出すためのスイッチングを行うために用い、コン
ピュータ14と光書き込み型液晶ライトバルブの駆動部17
は光書き込み型液晶ライトバルブを駆動させるために用
いる。光書き込み型液晶ライトバルブ10の画像の書き込
み・読み出しにおいて、読み出し光がフーリエ変換画像
の書き込みに影響を与えない程度に、読み出し光強度
が、書き込み光強度強度に比べて弱い場合は、第１の光
シャッタ19、第１の光シャッタ駆動部22、第２の光シャ
ッタ20および第２の光シャッタ駆動部23は省略してもよ
い。

レーザ１から出射されビームエキスパンダー２で拡大
されたコヒーレント光は、信号画像と参照画像を並列し
て配置して表示した液晶テレビ18を照射して入力像をコ
ヒーレント画像に変換する。そのコヒーレント画像のう
ち、信号画像に対応する部分の１部のみがビームスプリ
ッター３で２光束に分けられる。ビームスプリッター３
を透過したコヒーレント画像は第２の光シャッタ20を経
て第１のフーリエ変換レンズ７でフーリエ変換され、光
書き込み型液晶ライトバルブ10に照射される。ここで、
光書き込み型液晶ライトバルブ10として、光変調材料と
してTN液晶を用いたものを使用すれば上記フーリエ変換
画像はグレイスケールを有する画像として記録され、光
変調材料として光反射率と印加電圧との間に双安定メモ
リ性を有する強誘電性液晶を用いたものを使用すれば、
画像はある閾値によって全て二値化されてしまうため、
フーリエ変換画像の二値化強度分布が光書き込み型液晶
ライトバルブ10に記録される。

一方、ビームスプリッター３で反射された信号画像の
みのコヒーレント画像は第１の光シャッタ19を経た後、
第２のフーリエ変換レンズ８で第２のビームスプリッタ
11と偏光子39を介してフーリエ変換され光書き込み型液
晶ライトバルブ10の読み出し面に照射され、再び反射さ
れる。ただし、光書き込み型液晶ライトバルブ10は反射
型のため、読み出し面はフーリエ変換像を記録した面と
は逆方向の面となる。これにより、光書き込み型液晶ラ
イトバルブ10上に記録されているフーリエ変換像のグレ
イスケールを持ったあるいは二値化された強度分布画像
はコヒーレント画像に変換される。そのコヒーレント画
像は偏光子39を透過することによってネガ像またはポジ
像として読み出され、そして第３のフーリエ変換レンズ
12でフーリエ変換されることにより、相関出力を含んだ
画像としてCCDカメラ13で受光される。ここで、第１の
フーリエ変換レンズ７の前焦点面に液晶テレビ18を、後
焦点面に光書き込み型液晶ライトバルブ10を配置する。
また、第２のフーリエ変換レンズ８の前焦点面に液晶テ
レビ18を、後焦点面に光書き込み型液晶ライトバルブ10
を配置する。さらに、第３のフーリエ変換レンズ12の前
焦点面に光書き込み型液晶ライトバルブ10を、後焦点面
にCCDカメラ13を配置する。

液晶テレビ18は、ビデオ信号を用いて液晶テレビの駆
動部24により画像情報を表示するため、コンピュータ14
から出力されるデジタル画像情報はD/A変換器34によっ
てビデオ信号に変換される。また、光書き込み型液晶ラ
イトバルブ10は、その駆動部17によって駆動するが、こ
れはコンピュータ14によってD/A変換器34に送られるデ
ジタル画像情報のクロックに同期して動作している。ま
た、第１の光シャッタ19と第２の光シャッタ20は、第１
の光シャッタ駆動部22と第２の光シャッタ駆動部23によ
ってそれぞれ駆動する。これらの光シャッタは、機械的
な光シャッタを用いてもよいが、強誘電性液晶や電気光
学結晶を光変調材料として用いた高速光シャッタを用い
るのが好ましい。さらに、これらの光シャッタは、光書
き込み型液晶ライトバルブ10に書き込み光が照射されて
いるときは読み出し光が照射されず、読み出し光が照射
されているときは書き込み光が照射されないようにコン
ピュータ14で制御されている。

第２図で示した、本発明の光パターン認識装置の１実
施例の特性は、第１図で示した本発明の光パターン認識
装置の特性とほぼ同じであるが、コンピュータ14におけ
る信号画像と参照画像の光学系への入力処理がより簡便
になるという特徴を持っている。

次に、光書き込み型空間光変調器を全く用いないで、
全て電気書き込み型空間光変調器を用いて構成した本発
明の光パターン認識装置の１実施例について説明する。
第３図は、全て電気書き込み型空間光変調器を用いて構
成した本発明の光パターン認識装置の１実施例の構成図
である。第３図において、所要の目標を含む少なくとも
１つの参照画像と新たに入力する少なくとも１つの信号
画像をコヒーレント画像に変換する手段は、レーザ１と
ビームエキスパンダ２と第１の液晶テレビ５からなり、
前記コヒーレント画像をフーリエ変換し前記参照画像と
信号画像の合同のフーリエ変換画像を得る手段は、第１
のフーリエ変換レンズ７からなり、前記合同のフーリエ
変換画像を強度分布画像に変換しその強度分布画像を空
間光変調器に表示する手段は、第１のCCDカメラ26と第
３の液晶テレビ27と第３の液晶テレビ駆動部35からな
り、新たに入力する少なくとも１つの信号画像のみをコ
ヒーレント画像に変換する手段は、レーザ１とビームエ
キスパンダ２とビームスプリッタ25第２の液晶テレビ６
からなり、前記信号画像のみのコヒーレント画像をフー
リエ変換し、これを前記空間光変調器に記録された高度
分布画像の記録中心に一致させるように照射して当該強
度分布画像を読み出す手段は、第２のフーリエ変換レン
ズ８からなり、前記の読み出した強度分布画像をフーリ
エ変換して、その画像を撮像装置を用いて相関信号に変
換する手段は、第３のフーリエ変換レンズ12と第２のCC
Dカメラ29からなる。第３のCCDカメラ30から取り込まれ
た信号画像はA/D変換器33によってデジタル信号に変換
され、コンピュータ14に取り込まれると同時に、第２の
液晶テレビ駆動部32を通して第２の液晶テレビ６に信号
画像のみを表示させる。コンピュータ14とD/A変換器34
と第１の液晶テレビ駆動部31は、所要の目標を含む少な
くとも１つの参照画像と上記第３のCCDカメラ30から取
り込まれた新たに入力する少なくとも１つの信号画像を
第１の液晶テレビ５に表示するために用いる。第１のCC
Dカメラ26で得られた信号画像と参照画像のフーリエ変
換強度分布は第３の液晶テレビ駆動部35を通して第３の
液晶テレビ27に表示される。

第３図に示した実施例では、より安価で入手しやすい
空間光変調器で構成することができる。また、電気系と
の結合も容易であるという特徴を持っているため、従来
のマシンビジョンなどとも結合がたやすくできる。

上記実施例では、第７図に示すように入力像として１
個の信号画像と複数の参照画像を用いているが、複数個
の信号画像と１個の参照画像でも良いし、信号画像と参
照画像がそれぞれ複数個であってもよいことはいうまで
もない。

上記実施例において、レーザ１は気体レーザや半導体
レーザなど、コヒーレント性のよいレーザであれば良い
ことはいうまでもない。

上記実施例において、参照画像および新たに入力する
信号画像の入力手段としては、液晶テレビを用いていた
が、光変調材料としてPLZTやLiNO3などの電気光学材料
やイットリウム鉄ガーネットやガドリニウム鉄ガーネッ
トなどの磁気光学材料などを用いた電気書き込み型空間
光変調器や、電気的に材料が変形するディフォーマブル
（deformable）材料を用いた空間光変調器や、光書き込
み型空間光変調器を用いても良いことはいうまでもな
い。

また、第１図および第２図に示した実施例において、
光書き込み型空間光変調器に記録された信号画像と参照
画像のフーリエ変換干渉縞分布を読み出すために用いて
いる偏光子39を用いないで、第２のビームスプリッター
11の代わりに偏光ビームスプリッターを用いてもよい
し、第２のビームスプリッター11と第２のフーリエ変換
レンズ８の間に偏光子を入れ、第２のビームスプリッタ
ー11と第３のフーリエ変換レンズ12の間に検光子を入
れ、当該偏光子を検光子を直行（あるいは平行）に配置
してもよいことはいうまでもない。

［発明の効果］この発明は以上説明したように、一度に多くの参照画
像と相関を取るために、合同変換相関器（Joint Transf
orm Correlator）において、空間光変調器に記録された
所要の目標を含む少なくとも１つ以上の参照画像と新た
に入力する少なくとも１つ以上の信号画像の合同のフー
リエ変換強度分布を、前記新たに入力する少なくとも１
つ以上の信号画像のみのフーリエ変換光で読み出し、こ
れを再びフーリエ変換することにより相関信号を得る構
造とし、１度に多くの参照画像を用いてもノイズの少な
い相関信号を高速に得られ、参照画像が１個の場合と同
じ精度でパターン認識ができる。そのため、１個の参照
画像を次々に書き換えて時系列的に相関をとるよりも高
速にでき、またそれはコストダウンにもつながる。

【図面の簡単な説明】

第１図と第２図は本発明の光パターン認識装置の１実施
例の構成図であり、第３図は全て電気書き込み型空間光
変調器を用いた場合の本発明の光パターン認識装置の１
実施例の構成図であり、第４図は光書き込み型空間光変
調器を用いた従来の合同変換相関器の１例を示す構成図
であり、第５図は第４図における入力像36の１例を示す
図であり、第６図は第４図における信号画像と参照画像
の２次元の相互相関係数を表す一対の相関ピークを示す
図、第７図は複数の参照画像を用いた場合の入力像の１
例を示す図であり、第８図は参照画像の数が増加したと
きの、本発明の光パターン認識装置のSN比と従来の合同
変換相関器のSN比の比の変化を示すグラフであり、第９
図は強誘電性液晶を用いた光書き込み型空間光変調器の
構造を示す断面図であり、第10図は本発明の光パターン
認識装置の液晶ライトバルブとして、強誘電性液晶を用
いた光書き込み型空間光変調器を用いた場合のSN比とTN
液晶を用いた光書き込み型空間光変調器を用いた場合の
SN比の比が、参照画像の数の増加に対して変化する様子
を示したグラフである。１……レーザ２……ビームエキスパンダ３……第１のビームスプリッタ４……第１のミラー５……第１の液晶テレビ６……第２の液晶テレビ７……第１のフーリエ変換レンズ８……第２のフーリエ変換レンズ９……第２のミラー 10……光書き込み型液晶ライトバルブ 11……第２のビームスプリッタ 12……第３のフーリエ変換レンズ 13……CCDカメラ 14……コンピュータ 15……第１のD/A変換器 16……第２のD/A変換器 17……光書き込み型液晶ライトバルブの駆動部 18……液晶テレビ 19……第１の光シャッタ 20……第２の光シャッタ 21……ミラー 22……第１の光シャッタ駆動部 23……第２の光シャッタ駆動部 24……液晶テレビ駆動部 25……ビームスプリッタ 26……第１のCCDカメラ 27……第３の液晶テレビ 29……第２のCCDカメラ 30……第３のCCDカメラ 31……第１の液晶テレビの駆動部 32……第２の液晶テレビの駆動部 33……A/D変換器 34……D/A変換器 35……第３の液晶テレビ駆動部 36……入力像 37……液晶ライトバルブ 38……偏光ビームスプリッタ 39……偏光子 40a、40b……透明基板 41a、41b……透明電極層 42a、42b……配向膜層 43……強誘電性液晶層 44……光導電層 45……遮光層 46……誘電体ミラー 47a、47b……無反射コーティング層 48……スペーサ SN_F……強誘電性液晶を用いた光書き込み型空間光変調
器を用いた場合のSN比 SN_T……TN液晶を用いた光書き込み型空間光変調器を用
いた場合のSN比

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】撮像装置から得られる２次元画像に対し
て、コヒーレント光を用いた光学的処理を施すことによ
り、所要のパターンを自動的に認識・計測する光学的パ
ターン認識装置において、所要の目標を含む少なくとも１つの参照画像と新たに入
力する少なくとも１つの信号画像をコヒーレント画像に
変換する手段と、前記コヒーレント画像をフーリエ変換し、前記参照画像
と信号画像の合同のフーリエ変換画像を得る手段と、前記合同のフーリエ変換画像を、強度分布画像に変換
し、その強度分布を空間光変調器に表示する手段と、新たに入力する少なくとも１つの信号画像のみをコヒー
レント画像に変換する手段と、前記信号画像のみのコヒーレント画像をフーリエ変換
し、これを前記空間光変調器に記録された強度分布画像
の記録中心に一致させるように照射して当該強度分布画
像を読み出す手段と、前記の読み出した強度分布画像をフーリエ変換して、そ
の画像を撮像装置を用いて相関信号に変換する手段を有
する光パターン認識装置。
【請求項２】合同のフーリエ変換画像を強度分布画像に
変換し、その強度分布を空間光変調器に表示する手段
が、光反射率と印加電圧の間に双安定メモリ性を有する
強誘電性液晶を用いた光書き込み型空間光変調器に合同
のフーリエ変換画像を照射して記憶するものである請求
項１記載の光パターン認識装置。