JP3486214B2 - Pattern recognition device - Google Patents
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Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、光相関演算を行ってパ
ターンの認識を行うパターン認識装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a pattern recognition device for performing pattern recognition by performing optical correlation calculation.
【0002】[0002]
【従来の技術】パターンの相関を光演算を用いて行う方
法がいくつか提案されている。例えば、ホログラムを用
いた方法(Vander-Lugt 型の光相関器)や、空間光変調
器を2つ用いた合同変換相関法(Joint Transform Corr
elation:JTC)などが報告されている。この内、ホロ
グラムを用いた方法はホログラムマスクの波長精度に正
確な位置合わせが必要であるといった欠点を持つため、
JTCシステムの方が実用的である。2. Description of the Related Art Several methods have been proposed for performing pattern correlation using optical calculation. For example, a method using a hologram (Vander-Lugt type optical correlator) or a joint transform correlator using two spatial light modulators (Joint Transform Corr
elation: JTC) has been reported. Of these, the method using a hologram has the drawback that accurate alignment is required for the wavelength accuracy of the hologram mask.
The JTC system is more practical.
【0003】図9は、合同変換相関法を用いて入力パタ
ーンと参照パターンの光相関演算を行う従来のパターン
認識装置の構成を示すブロック図である。同図に示す認
識装置は、高解像度の空間光変調器(SLM)200,
201を用いており、入力パターンと参照パターンとか
らなる入力像210を液晶投影器202に描画させて、
両パターンの一致を検出するものである。入力パターン
と参照パターンはSLM200に書き込まれ、レンズ2
03でフーリエ変換されて、SLM201上にフーリエ
パターン211を形成する。このフーリエパターン21
1はレンズ204によって、もう一度フーリエ変換され
て、入力パターンと参照パターンの相関値に応じた相関
信号像212がCCDカメラ205に与えられる。CC
Dカメラ205に与えられた相関信号像212は、画像
計測装置206で画像処理され、入力パターンと参照パ
ターンが同一のパターンであるか検出される。FIG. 9 is a block diagram showing the configuration of a conventional pattern recognition apparatus for performing optical correlation calculation of an input pattern and a reference pattern by using the joint transform correlation method. The recognition device shown in the figure is a high-resolution spatial light modulator (SLM) 200,
201 is used, an input image 210 composed of an input pattern and a reference pattern is drawn by the liquid crystal projector 202,
It is to detect the coincidence of both patterns. The input pattern and the reference pattern are written in the SLM 200, and the lens 2
Fourier transform is performed at 03 to form a Fourier pattern 211 on the SLM 201. This Fourier pattern 21
1 is again Fourier-transformed by the lens 204, and the correlation signal image 212 according to the correlation value of the input pattern and the reference pattern is given to the CCD camera 205. CC
The correlation signal image 212 given to the D camera 205 is image-processed by the image measuring device 206, and it is detected whether the input pattern and the reference pattern are the same pattern.
【0004】入力パターンと参照パターンが一致してい
る場合には、CCDカメラ205に与えられた相関信号
像212は、原パターンの強度に応じた0次光の点が中
央に現れ、2つの輝度の高い±1次光の点が入力パター
ン,参照パターンの距離に対応して左右に現れた像とな
る。ここで、この相関信号像212の0次光点と−1次
光点の距離dは、入力パターンと参照パターンとの距離
d1に比例する。When the input pattern and the reference pattern coincide with each other, in the correlation signal image 212 given to the CCD camera 205, a point of 0th-order light corresponding to the intensity of the original pattern appears in the center, and two luminances are obtained. The points of the ± 1st order light having a high intensity appear on the left and right corresponding to the distance between the input pattern and the reference pattern. Here, the distance d between the 0th-order light spot and the -1st-order light spot of this correlation signal image 212 is proportional to the distance d1 between the input pattern and the reference pattern.
【0005】このようなJTC装置を用いた従来のパタ
ーン認識装置は、特願昭56−23925公報、特開平
3−204625公報,特開平3−280179公報,
特開平4−116710公報、特開平4−115241
公報、特開平4−158332公報などの文献に記載さ
れている。A conventional pattern recognition device using such a JTC device is disclosed in Japanese Patent Application No. 56-23925, Japanese Patent Application Laid-Open No. 3-204625, Japanese Patent Application Laid-Open No. 3-280179.
JP-A-4-116710, JP-A-4-115241
It is described in documents such as Japanese Patent Laid-Open No. 4-158332.
【0006】[0006]
【発明が解決しようとする課題】ところで、従来のパタ
ーン認識装置は、2度のフーリエ変換を行うために、S
LMとフーリエ変換レンズを2組必要とする。そのた
め、システムの規模が大きくなり、問題であった。By the way, the conventional pattern recognition apparatus uses S in order to perform the Fourier transform twice.
Two sets of LM and Fourier transform lens are required. Therefore, the scale of the system becomes large, which is a problem.
【0007】本発明は、このような問題を解決して、簡
単なシステム構成で動作するコンパクトでローコストな
パターン認識装置を提供することを目的とする。It is an object of the present invention to solve such a problem and to provide a compact and low cost pattern recognition apparatus which operates with a simple system configuration.
【0008】[0008]
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明のパターン認識装置は、(a)コヒーレント
光をフーリエ変換するフーリエ変換レンズと、(b)入
力パターンと少なくとも1つ以上の参照パターンを入力
して、これらのパターンの情報を持った第1のコヒーレ
ント光をフーリエ変換レンズに入射させる第1の空間光
変調手段と、(c)第1のコヒーレント光をフーリエ変
換レンズで変換して得られる第1のフーリエ変換像を入
力して、この第1のフーリエ変換像の情報を持った第2
のコヒーレント光を、この第2のコヒーレント光の光軸
が第1のコヒーレント光の光軸と一致しないように、第
1のコヒーレント光と異なる入射角度で且つ第1のコヒ
ーレント光と同じ側からフーリエ変換レンズに入射させ
る第2の空間光変調手段と、(d)第2のコヒーレント
光をフーリエ変換レンズで変換して得られる第2のフー
リエ変換像を入力して、入力パターンと参照パターンが
同一のパターンであるか検出する検出手段とを備え、第
1の空間光変調手段は、フーリエ変換レンズの光軸上で
且つ光軸と所定の出力面とが垂直になるように配置さ
れ、出力面から第1のコヒーレント光を出力する第1の
空間光変調器と、第1の空間光変調器の出力面と反対側
の面に入力パターンと少なくとも1つ以上の参照パター
ンを入力する入力装置とを備え、第2の空間光変調手段
は、第1の空間光変調器とフーリエ変換レンズとの間の
光軸上で且つ光軸と45度傾くように配置され、第1の
コヒーレント光を透過させると共に第2のコヒーレント
光を反射させるハーフミラーと、ハーフミラーの面と垂
直な光軸を含む面に沿った、ハーフミラーの面上で光軸
と垂直に交差する直線上に配置され、所定の出力面がこ
の直線と垂直な面に対してわずかに傾くように調整され
た、出力面から第2のコヒーレント光を出力する第2の
空間光変調器とを備え、さらに、パターン認識装置は、
フーリエ変換レンズを通過した第1のコヒーレント光を
第2の空間光変調器の出力面と反対側の面に入力させ、
且つフーリエ変換レンズを通過した第2のコヒーレント
光を検出手段の所定の検出面に入力させる光学系を備え
る。In order to solve the above-mentioned problems, the pattern recognition apparatus of the present invention comprises: (a) a Fourier transform lens for performing Fourier transform of coherent light; (b) an input pattern and at least one or more. First spatial light modulation means for inputting a reference pattern and causing first coherent light having information on these patterns to enter a Fourier transform lens; and (c) converting the first coherent light by the Fourier transform lens. The first Fourier transform image obtained by inputting is input, and the second Fourier transform image having the information of the first Fourier transform image is input.
Fourier coherent light from the same side as the first coherent light at an incident angle different from that of the first coherent light so that the optical axis of the second coherent light does not coincide with the optical axis of the first coherent light. The input pattern and the reference pattern are the same, by inputting the second spatial light modulation means to be incident on the conversion lens and (d) the second Fourier transform image obtained by converting the second coherent light by the Fourier transform lens. And a detection means for detecting whether or not the pattern is the pattern, the first spatial light modulation means is arranged on the optical axis of the Fourier transform lens and in such a manner that the optical axis and a predetermined output surface are perpendicular to each other. A first spatial light modulator for outputting a first coherent light from the input device, and an input device for inputting an input pattern and at least one or more reference patterns on a surface opposite to an output surface of the first spatial light modulator. And the second spatial light modulator is arranged on the optical axis between the first spatial light modulator and the Fourier transform lens and at a tilt of 45 degrees with respect to the optical axis, and emits the first coherent light. A half mirror that transmits the second coherent light and that reflects the second coherent light, and is arranged on a straight line perpendicular to the optical axis on the surface of the half mirror, along a surface including an optical axis perpendicular to the surface of the half mirror, A second spatial light modulator for outputting a second coherent light from the output surface, the predetermined output surface being adjusted to be slightly inclined with respect to the surface perpendicular to this straight line; Is
The first coherent light passing through the Fourier transform lens is input to the surface opposite to the output surface of the second spatial light modulator,
An optical system is also provided for inputting the second coherent light that has passed through the Fourier transform lens to a predetermined detection surface of the detection means.
【0009】[0009]
【作用】本発明のパターン認識装置によれば、入力パタ
ーンと少なくとも1つ以上の参照パターンが第1の空間
光変調手段に入力され、これらのパターンの情報を持っ
た第1のコヒーレント光が出射される。第1のコヒーレ
ント光はフーリエ変換レンズに入射され、第1のフーリ
エ変換像が形成される。この第1のフーリエ変換像が第
2の空間光変調手段に入力され、この第1のフーリエ変
換像の情報を持った第2のコヒーレント光が出射され
る。第2のコヒーレント光は再びフーリエ変換レンズに
入射され、第2のフーリエ変換像が形成される。この第
2のフーリエ変換像が検出手段に入力され、第2のフー
リエ変換像上に現れる相関パターンから入力パターンと
参照パターンが同一のパターンであるか検出される。According to the pattern recognition apparatus of the present invention, the input pattern and at least one or more reference patterns are input to the first spatial light modulator, and the first coherent light having the information of these patterns is emitted. To be done. The first coherent light is incident on the Fourier transform lens, and a first Fourier transform image is formed. This first Fourier transform image is input to the second spatial light modulator, and the second coherent light having the information of this first Fourier transform image is emitted. The second coherent light is again incident on the Fourier transform lens, and a second Fourier transform image is formed. This second Fourier transform image is input to the detecting means, and it is detected from the correlation pattern appearing on the second Fourier transform image whether the input pattern and the reference pattern are the same pattern.
【0010】このように、第1のコヒーレント光と第2
のコヒーレント光は同一のフーリエ変換レンズに入射さ
れる。しかし、これらのコヒーレント光のフーリエ変換
レンズへの入射角度は異なるので、第1のコヒーレント
光がフーリエ変換して得られる第1のフーリエ変換像
と、第2のコヒーレント光がフーリエ変換して得られる
第2のフーリエ変換像の結像点は異なった位置となる。
このため、第2のフーリエ変換像は第1のフーリエ変換
像と分離して取り出すことができる。Thus, the first coherent light and the second coherent light
The coherent light of is incident on the same Fourier transform lens. However, since the angles of incidence of these coherent lights on the Fourier transform lens are different, the first Fourier transform image obtained by Fourier transforming the first coherent light and the second coherent light are obtained by Fourier transform. The image formation points of the second Fourier transform image are at different positions.
Therefore, the second Fourier transform image can be taken out separately from the first Fourier transform image.
【0011】[0011]
【実施例】以下、本発明の一実施例について添付図面を
参照して説明する。図1は本実施例に係るパターン認識
装置の概要を示すブロック図である。同図より、本実施
例のパターン認識装置は、入力パターンと参照パターン
を入力して、これらのパターンの情報を持ったコヒーレ
ント光11に変換する空間光変調器(以下、SLMとい
う)10と、コヒーレント光11,31を光学的にフー
リエ変換するフーリエ変換レンズ20と、フーリエ変換
像21を入力して、このフーリエ変換像21の情報を持
ったコヒーレント光31に変換するSLM30とを備え
る。また、コヒーレント光31がフーリエ変換レンズ2
0で変換されたフーリエ変換像22を入力して、フーリ
エ変換像22上に現れる相関パターンから相関値データ
を検出する光検出器40と、光検出器40で検出された
相関値に基づいて入力パターンと参照パターンが同一の
パターンであるか判定する制御装置50とを備える。さ
らに、入力パターンと参照パターンを表示するCRT6
0と、CRT60に表示された入力パターンと参照パタ
ーンをSLM10の入力面10aに結像させる書き込み
レンズ70とを備える。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a block diagram showing the outline of the pattern recognition apparatus according to this embodiment. As shown in the figure, the pattern recognition apparatus of the present embodiment is provided with a spatial light modulator (hereinafter referred to as an SLM) 10 that inputs an input pattern and a reference pattern and converts the input pattern and a reference pattern into coherent light 11 having information on these patterns. A Fourier transform lens 20 for optically Fourier transforming the coherent light 11 and 31 and an SLM 30 for inputting a Fourier transform image 21 and converting it into coherent light 31 having information of this Fourier transform image 21 are provided. In addition, the coherent light 31 is reflected by the Fourier transform lens 2
A Fourier transform image 22 converted by 0 is input, and a photodetector 40 that detects correlation value data from a correlation pattern appearing on the Fourier transform image 22 and an input based on the correlation value detected by the photodetector 40 The control device 50 is provided for determining whether the pattern and the reference pattern are the same pattern. Furthermore, a CRT 6 displaying an input pattern and a reference pattern
0, and a writing lens 70 for forming an image of the input pattern and the reference pattern displayed on the CRT 60 on the input surface 10a of the SLM 10.
【0012】次に、本実施例のパターン認識装置の動作
について説明する。CRT60には、制御装置50の指
示により入力パターンと参照パターンとが並べて表示さ
れる。このときの表示画像の例を図2(a)に示す。図
2(a)は指紋パターンを用いた表示例であり、左側の
像が入力パターン、右側の像が参照パターンである。Next, the operation of the pattern recognition apparatus of this embodiment will be described. The input pattern and the reference pattern are displayed side by side on the CRT 60 according to an instruction from the control device 50. An example of the display image at this time is shown in FIG. FIG. 2A is a display example using a fingerprint pattern, where the left image is the input pattern and the right image is the reference pattern.
【0013】図示したような入力パターンと参照パター
ンからなる入力像は、書き込みレンズ70によりSLM
10の入力面10aに結像され、入力像の情報が書き込
まれる。そして、SLM10への読み出しレーザ光の照
射によって、入力像の情報を持ったコヒーレント光11
が出射される。このコヒーレント光11は、フーリエ変
換レンズ20に入射してフーリエ変換像21に変換され
る。このフーリエ変換像21は、SLM30の入力面3
0aに結像され、フーリエ変換像21の情報が書き込ま
れる。このフーリエ変換像21の例を図2(b)に示
す。The input image composed of the input pattern and the reference pattern as shown in the figure is transmitted by the writing lens 70 to the SLM.
An image is formed on the input surface 10a of 10 and the information of the input image is written. Then, by irradiating the SLM 10 with the read laser light, the coherent light 11 having the information of the input image is obtained.
Is emitted. The coherent light 11 enters a Fourier transform lens 20 and is converted into a Fourier transform image 21. This Fourier transform image 21 is the input surface 3 of the SLM 30.
0a and the information of the Fourier transform image 21 is written. An example of this Fourier transform image 21 is shown in FIG.
【0014】そして、SLM30への読み出しレーザ光
の照射によって、フーリエ変換像の情報を持ったコヒー
レント光31が出射される。このコヒーレント光31
は、フーリエ変換レンズ20に再び入射してフーリエ変
換像22に変換される。このフーリエ変換像22上に
は、入力パターンと参照パターンの相関パターンが現れ
る。このフーリエ変換像22の例を図2(c)に示す。
ここで、コヒーレント光31は、コヒーレント光11と
入射角度を変えている。このため、フーリエ変換像22
の結像位置は、フーリエ変換像11の結像位置であるS
LM30の入力面30aと異なった位置となる。この結
像位置には光検出器40が備えられていて、フーリエ変
換像22上に現れる相関パターンの相関値データが光強
度として検出される。相関値データは、制御装置50に
与えられ、例えばしきい値処理によって、入力パターン
と参照パターンが同一のパターンであるか判定される。
つまり、相関を示す強度値があらかじめ定められたしき
い値以上の場合は同一パターンであると判断するのであ
る。この判定結果は、CRTなどに表示され、操作者に
パターン認識結果として知らせることができる。By irradiating the SLM 30 with the read laser beam, the coherent light 31 having the information of the Fourier transform image is emitted. This coherent light 31
Enters the Fourier transform lens 20 again and is converted into a Fourier transform image 22. On this Fourier transform image 22, a correlation pattern between the input pattern and the reference pattern appears. An example of this Fourier transform image 22 is shown in FIG.
Here, the incident angle of the coherent light 31 is different from that of the coherent light 11. Therefore, the Fourier transform image 22
Is an image forming position of the Fourier transform image 11 S
The position is different from the input surface 30a of the LM 30. A photodetector 40 is provided at this image forming position, and the correlation value data of the correlation pattern appearing on the Fourier transform image 22 is detected as the light intensity. The correlation value data is given to the control device 50, and it is determined whether the input pattern and the reference pattern are the same pattern by, for example, threshold value processing.
That is, when the intensity value indicating the correlation is equal to or greater than the predetermined threshold value, it is determined that the patterns are the same. This determination result is displayed on a CRT or the like, and the operator can be informed as a pattern recognition result.
【0015】次に、本実施例を詳細に示した具体例につ
いて図3を用いて説明する。この具体例に係るパターン
認識装置は、SLM10とフーリエ変換レンズ20が対
向して配置されており、SLM10とフーリエ変換レン
ズ20の間にフーリエ変換レンズ20の光軸と45度の
角度でハーフミラー80が配置されている。さらに、フ
ーリエ変換レンズ20の光軸と直交する線上の一端にS
LM30が、他端にレーザ光源90およびコリメータレ
ンズ91が配置されている。したがって、レーザ光源9
0から出射した読み出しレーザ光の内、ハーフミラー8
0を透過したレーザ光がSLM30に照射され、ハーフ
ミラー80で反射したレーザ光がSLM10に照射され
る。そして、SLM10へのレーザ光の照射によって読
み出された(出射した)コヒーレント光11はハーフミ
ラー80を透過してフーリエ変換レンズ20に与えられ
る。さらに、SLM30へのレーザ光の照射によって読
み出された(出射した)コヒーレント光31はハーフミ
ラー80で反射してフーリエ変換レンズ20に与えられ
る。Next, a concrete example showing the present embodiment in detail will be described with reference to FIG. In the pattern recognition apparatus according to this specific example, the SLM 10 and the Fourier transform lens 20 are arranged to face each other, and the half mirror 80 is formed between the SLM 10 and the Fourier transform lens 20 at an angle of 45 degrees with the optical axis of the Fourier transform lens 20. Are arranged. Furthermore, at one end on the line orthogonal to the optical axis of the Fourier transform lens 20, S
The LM 30 is provided with the laser light source 90 and the collimator lens 91 at the other end. Therefore, the laser light source 9
Of the read laser light emitted from 0, the half mirror 8
The SLM 30 is irradiated with the laser light transmitted through 0, and the SLM 10 is irradiated with the laser light reflected by the half mirror 80. Then, the coherent light 11 read out (emits) by irradiating the SLM 10 with the laser light passes through the half mirror 80 and is given to the Fourier transform lens 20. Further, the coherent light 31 read (emitted) by irradiating the SLM 30 with the laser light is reflected by the half mirror 80 and given to the Fourier transform lens 20.
【0016】フーリエ変換レンズ20で変換されたフー
リエ変換像21は、反射ミラー81〜83を介して、S
LM30の入力面30aに結像する。ここで、SLM1
0はフーリエ変換レンズ20の光軸に対して出射面10
bが垂直になるように配置されている。これに対して、
SLM30はフーリエ変換レンズ20の光軸と直交する
線分に対してある角度だけ傾けて配置されている。この
ため、SLM10から出射したコヒーレント光11がフ
ーリエ変換レンズ20に入射する角度と、SLM30か
ら出射したコヒーレント光31がフーリエ変換レンズ2
0に入射する角度とは異なった角度になる。本具体例で
は、反射ミラー81,82に比べて反射ミラー83は、
面積の小さなミラーを用いている。このため、フーリエ
変換レンズ20を透過したコヒーレント光31は、反射
ミラー83で反射されずに反射ミラー83の横を通過
し、光検出器40の検出面40a上にフーリエ変換像2
2が結像される。このように、本具体例では、SLM3
0を傾けて配置することにより、フーリエ変換像21と
フーリエ変換像22の結像位置を分離させることができ
る。このため、従来の相関値の検出ではフーリエ変換レ
ンズを2枚必要としていたが、本具体例(および本実施
例)ではフーリエ変換レンズ20を1枚しか必要としな
い。このように、本具体例(および本実施例)は従来に
比べて、システム構成が簡単になり、コンパクトで、ロ
ーコストなパターン認識装置が提供できる。The Fourier transform image 21 converted by the Fourier transform lens 20 passes through the reflection mirrors 81 to 83 to S
An image is formed on the input surface 30a of the LM 30. Where SLM1
0 is the exit surface 10 with respect to the optical axis of the Fourier transform lens 20.
It is arranged so that b is vertical. On the contrary,
The SLM 30 is arranged at an angle with respect to a line segment orthogonal to the optical axis of the Fourier transform lens 20. Therefore, the angle at which the coherent light 11 emitted from the SLM 10 is incident on the Fourier transform lens 20, and the coherent light 31 emitted from the SLM 30 is calculated by the Fourier transform lens 2
The angle is different from the angle of incidence on 0. In this specific example, the reflection mirror 83 is
It uses a small area mirror. Therefore, the coherent light 31 that has passed through the Fourier transform lens 20 passes through the side of the reflection mirror 83 without being reflected by the reflection mirror 83, and the Fourier transform image 2 is formed on the detection surface 40 a of the photodetector 40.
2 is imaged. Thus, in this specific example, the SLM3
By arranging 0 at an angle, the image formation positions of the Fourier transform image 21 and the Fourier transform image 22 can be separated. For this reason, two Fourier transform lenses are required to detect the conventional correlation value, but only one Fourier transform lens 20 is required in this specific example (and this embodiment). As described above, the present specific example (and the present example) has a simpler system configuration than the conventional one, and can provide a compact and low-cost pattern recognition apparatus.
【0017】ところで、フーリエ変換レンズを1個用い
てJTCを行う従来のシステムは、既に平4−3236
23公報の文献において考案されている。しかしなが
ら、この従来のシステムでは、フーリエ変換レンズの両
側にSLMをそれぞれ配置され、各SLMからのコヒー
レント光がフーリエ変換レンズの両側から入射する。こ
のため、フーリエ変換レンズの両側にフーリエ変換像が
できることとなり、フーリエ変換レンズの両側にそれぞ
れ焦点距離fだけの空間が必要となる。よって、レンズ
は1枚で構成できるが、装置の大きさをコンパクトにす
ることができない。By the way, a conventional system for performing JTC using one Fourier transform lens has already been disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 4-3236.
It is devised in the document of the 23rd publication. However, in this conventional system, SLMs are arranged on both sides of the Fourier transform lens, and coherent light from each SLM enters from both sides of the Fourier transform lens. Therefore, Fourier transform images can be formed on both sides of the Fourier transform lens, and a space having the focal length f is required on each side of the Fourier transform lens. Therefore, although a single lens can be used, the size of the device cannot be made compact.
【0018】さらに、フーリエ変換レンズには、精度向
上や焦点距離の短縮(望遠タイプのレンズを利用)のた
めに、組合せレンズを用いることが多い。こうした組み
合わせレンズは、光入射方向を決めた上で、収差が最小
に最適化されて設計されている。ところが、両方向から
の光入射がある従来のシステムでは、収差が大きくなる
ために、こうした高性能フーリエ変換レンスを利用する
ことができない。また、この従来のシステムでは、波長
の異なった2つのレーザを必要としており、複雑なシス
テム構成となる。本具体例(および本実施例)は、この
ような問題の生じない優れた装置である。Further, as the Fourier transform lens, a combination lens is often used in order to improve accuracy and shorten the focal length (using a telephoto type lens). Such a combination lens is designed with the aberrations minimized after the light incident direction is determined. However, in a conventional system in which light is incident from both directions, such high performance Fourier transform lens cannot be used because of large aberration. In addition, this conventional system requires two lasers having different wavelengths, resulting in a complicated system configuration. The present specific example (and this example) is an excellent device that does not cause such a problem.
【0019】図3の具体例では、SLM10及びSLM
30に、光アドレス型のSLMを用いている。図4に、
代表的な光アドレス型のSLM100の構成を示す。同
図より、SLM100は、内面に透明電極101が形成
された2枚のガラス基板102の間に、アモルファスシ
リコン(a−Si)層103、誘電体ミラー104及び
液晶層105を挟んだサンドイッチ構造を有している。
そして、a−Si層103側に書き込み光106が、液
晶層105側に読み出し光107がそれぞれ入射され
る。書き込み光106が与えられない状態では、a−S
i層103のインピーダンスは非常に高く、電圧を透明
電極101間に印加しても液晶層105に与えられる電
圧は僅かである。書き込み光106を与えるとa−Si
層103のインピーダンスは下がり、液晶層105に加
わる電圧は書き込み光106に応じて上昇し、液晶分子
が動く。ここで読み出し光107を液晶層105側に照
射することにより読み出し光107は変調され、コヒー
レント光像が得られる。In the embodiment of FIG. 3, SLM 10 and SLM
An optical address type SLM is used for 30. In Figure 4,
A configuration of a typical optical address type SLM 100 is shown. As shown in the figure, the SLM 100 has a sandwich structure in which an amorphous silicon (a-Si) layer 103, a dielectric mirror 104, and a liquid crystal layer 105 are sandwiched between two glass substrates 102 having a transparent electrode 101 formed on the inner surface. Have
Then, the writing light 106 enters the a-Si layer 103 side, and the reading light 107 enters the liquid crystal layer 105 side. In the state where the writing light 106 is not given, aS
The impedance of the i layer 103 is very high, and even if a voltage is applied between the transparent electrodes 101, the voltage applied to the liquid crystal layer 105 is small. When writing light 106 is applied, a-Si
The impedance of the layer 103 decreases, the voltage applied to the liquid crystal layer 105 increases in response to the writing light 106, and the liquid crystal molecules move. By irradiating the liquid crystal layer 105 side with the reading light 107, the reading light 107 is modulated and a coherent light image is obtained.
【0020】一般の液晶TV等に用いられているのはツ
イストネマティック液晶であり、この液晶を用いたTN
LC−SLMが、SLM10,30に利用できる。ま
た、FLC(強誘電性液晶)を光変調材料として用いた
FLC−SLMを用いれば高速な応答が実現できる。さ
らに、回析効率を向上させることを目的として液晶軸を
平行に配向したネマティック液晶SLM(位相変調型S
LM)を利用することによってシステムの高機能化が可
能である。この場合、位相変調であるため明るいフーリ
エ変換像が得られる。これによって、認識時のS/Nが
向上できると同時に、高速応答(10ミリ秒以下)が達
成できる。これは、位相変調型SLMの駆動電圧に対す
る感度と応答速度の関係を示す図5のグラフからも判る
ように、位相変調型SLMの動作特性は、駆動電圧を上
げるほど応答速度が速くなるが、感度が劣化する特性を
持つからである。そのため、明るいフーリエ変換像が得
られている場合には、駆動電圧を上げることができ、シ
ステムの応答速度が向上する。図5のグラフの横軸は駆
動電圧であり、縦軸は感度と上昇時間である。ここで、
感度とは位相をπ変調するのに必要な光量(単位μW/
cm2 、波長680nm)をいい、上昇時間とは位相を
π変調した場合の10%〜90%の上昇に必要な時間
(強度変調で測定、単位msec)をいう。A twisted nematic liquid crystal is used in a general liquid crystal TV or the like, and a TN using this liquid crystal is used.
The LC-SLM can be used for the SLMs 10 and 30. Further, a high-speed response can be realized by using a FLC-SLM using FLC (ferroelectric liquid crystal) as a light modulation material. Furthermore, a nematic liquid crystal SLM (a phase modulation type SLM) in which liquid crystal axes are aligned in parallel for the purpose of improving diffraction efficiency.
By using LM), it is possible to make the system highly functional. In this case, since it is phase modulation, a bright Fourier transform image is obtained. As a result, the S / N at the time of recognition can be improved, and at the same time, high-speed response (10 milliseconds or less) can be achieved. As can be seen from the graph of FIG. 5 showing the relationship between the sensitivity and the response speed of the phase modulation SLM, the operating characteristics of the phase modulation SLM are such that the higher the drive voltage, the faster the response speed. This is because it has a characteristic that sensitivity is deteriorated. Therefore, when a bright Fourier transform image is obtained, the drive voltage can be increased and the response speed of the system is improved. The horizontal axis of the graph of FIG. 5 is the drive voltage, and the vertical axis is the sensitivity and the rise time. here,
Sensitivity is the amount of light required to modulate the phase by π (unit: μW /
cm 2 , wavelength 680 nm), and the rise time means a time required for rise of 10% to 90% (measured by intensity modulation, unit: msec) when the phase is π-modulated.
【0021】SLM10は、電気アドレス型のSLM
(例えば液晶TV)によっても構成できる。その具体例
を図6に示す。同図のシステム構成が図3のシステム構
成と異なるのは、制御装置50からの入力像(入力パタ
ーン+参照パターン)の信号が直接、電気アドレス型の
SLM110に入力されている点である。それ以外の構
成は図3のシステム構成と同じである。したがって、こ
の具体例の処理は、制御装置50からの入力像の信号が
SLM110に電気的に書き込まれる以外は、図3のシ
ステムと同様の処理が行われる。本具体例では、反射型
電気アドレスSLMの代わりに、透過型の液晶TVを用
いてもよい。この場合には透過像がフーリエ変換系に入
力されるように、読み出し光学系(レーザ光源、コリメ
ータレンズ)を配置する必要がある。The SLM 10 is an electric address type SLM.
(For example, a liquid crystal TV). A specific example thereof is shown in FIG. The system configuration of the figure is different from the system configuration of FIG. 3 in that a signal of an input image (input pattern + reference pattern) from the control device 50 is directly input to the electrical address type SLM 110. The other configuration is the same as the system configuration of FIG. Therefore, the processing of this specific example is the same as that of the system of FIG. 3 except that the signal of the input image from the control device 50 is electrically written to the SLM 110. In this specific example, a transmissive liquid crystal TV may be used instead of the reflective electric address SLM. In this case, it is necessary to arrange the reading optical system (laser light source, collimator lens) so that the transmission image is input to the Fourier transform system.
【0022】さらに、このSLMとして、入出力特性が
非線形なものを用いた場合に、入力光強度の影響の少な
い相関器が実現できる。図7に、a−Si(アモルファ
スシリコン)とネマティック液晶を用いたSIMの入出
力特性の例を示す(縦軸:位相変調度、横軸:入力光強
度)。この図より、SLMの位相変調度は入力光強度の
対数にほぼ比例した特性を持つことが判る。Furthermore, when a nonlinear input / output characteristic is used as the SLM, a correlator with little influence of the input light intensity can be realized. FIG. 7 shows an example of the input / output characteristics of a SIM using a-Si (amorphous silicon) and nematic liquid crystal (vertical axis: phase modulation degree, horizontal axis: input light intensity). From this figure, it can be seen that the phase modulation degree of the SLM has a characteristic substantially proportional to the logarithm of the input light intensity.
【0023】この特性を持つSLMを用いて、相関器を
構成した場合の相関強度と入力光強度の関係を図8に示
す。この図より、最大相関強度の50%が得られる領域
は、15μW/cm2 〜1mW/cm2 程度であること
が判る。FIG. 8 shows the relationship between the correlation intensity and the input light intensity when a correlator is constructed using an SLM having this characteristic. From this figure, it is understood that the region where 50% of the maximum correlation intensity is obtained is about 15 μW / cm 2 to 1 mW / cm 2 .
【0024】これまで、光相関器では、入力光強度が変
化すると、それに比例して相関強度が変化したが、この
ような非線形的な入出力特性を持つSLMを用いること
で、入力光強度の変化の影響の少ない光相関器が実現で
きる。Up to now, in the optical correlator, when the input light intensity changes, the correlation intensity changes in proportion to it, but by using the SLM having such a nonlinear input / output characteristic, the input light intensity It is possible to realize an optical correlator that is less affected by changes.
【0025】なお、本実施例では、CRT60の代わり
に、液晶ディスプレイやプラズマディスプレイなどのそ
の他のディスプレイ装置を用いてもよい。In this embodiment, instead of the CRT 60, another display device such as a liquid crystal display or a plasma display may be used.
【0026】[0026]
【発明の効果】本発明のパターン認識装置は、1枚のフ
ーリエ変換レンズでフーリエ変換を2回行って、相関パ
ターンを検出している。このため、2枚のフーリエ変換
レンズを必要とした従来の装置に比べてシステム構成が
簡単になり、装置の小型化および製造コストの低減が図
れる。The pattern recognition apparatus of the present invention detects the correlation pattern by performing Fourier transform twice with one Fourier transform lens. Therefore, the system configuration is simpler than that of a conventional device that requires two Fourier transform lenses, and the device can be downsized and the manufacturing cost can be reduced.
【図1】本実施例に係るパターン認識装置の概要を示す
ブロック図である。FIG. 1 is a block diagram showing an outline of a pattern recognition apparatus according to this embodiment.
【図2】入力像、フーリエ変換像を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing an input image and a Fourier transform image.
【図3】本実施例の具体的な構成を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing a specific configuration of the present embodiment.
【図4】SLMの構造を示す断面図である。FIG. 4 is a sectional view showing the structure of an SLM.
【図5】位相変調型SLMの駆動電圧に対する感度と応
答速度の関係を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing a relationship between sensitivity and response speed with respect to a drive voltage of a phase modulation type SLM.
【図6】本実施例の具体的な構成を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing a specific configuration of the present embodiment.
【図7】位相変調型SLMの入出力特性を示す図であ
る。FIG. 7 is a diagram showing input / output characteristics of a phase modulation type SLM.
【図8】入力光強度の変化による相関強度への影響を示
す図である。FIG. 8 is a diagram showing an influence of a change in input light intensity on a correlation intensity.
【図9】従来のパターン認識装置の構成を示すブロック
図である。FIG. 9 is a block diagram showing a configuration of a conventional pattern recognition device.
10,30,100,110…空間光変調器、11,3
1…コヒーレント光、20…フーリエ変換レンズ、2
1,22…フーリエ変換像、40…光検出器、50…制
御装置、60…CRT、70…書き込みレンズ、80…
ハーフミラー、81〜83…反射ミラー、90…レーザ
光源、91…コリメータレンズ、101…透明電極、1
02…ガラス基板、103…アモルファスシリコン層、
104…誘電体ミラー、105…液晶層、106…書き
込み光、107…読み出し光。10, 30, 100, 110 ... Spatial light modulator, 11, 3
1 ... Coherent light, 20 ... Fourier transform lens, 2
1, 22 ... Fourier transform image, 40 ... Photodetector, 50 ... Control device, 60 ... CRT, 70 ... Writing lens, 80 ...
Half mirror, 81-83 ... Reflective mirror, 90 ... Laser light source, 91 ... Collimator lens, 101 ... Transparent electrode, 1
02 ... glass substrate, 103 ... amorphous silicon layer,
104 ... Dielectric mirror, 105 ... Liquid crystal layer, 106 ... Write light, 107 ... Read light.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 向坂 直久 静岡県浜松市市野町1126番地の1 浜松 ホトニクス株式会社内 (72)発明者 小林 祐二 静岡県浜松市市野町1126番地の1 浜松 ホトニクス株式会社内 (72)発明者 原 勉 静岡県浜松市市野町1126番地の1 浜松 ホトニクス株式会社内 (56)参考文献 特開 平4−116710(JP,A) 特開 昭61−185719(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G02F 3/00 502 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Naohisa Kosaka 1 1126, Nomachi, Hamamatsu City, Shizuoka Prefecture 1126 Hamamatsu Photonics Co., Ltd. (72) Inventor Yuji Kobayashi 1 1126, Nomachi, Hamamatsu City, Shizuoka Prefecture Hamamatsu Photonics Co., Ltd. (72) Inventor Tsutomu Hara 1 1126, Nomachi, Hamamatsu-shi, Shizuoka 1 Hamamatsu Photonics Co., Ltd. (56) Reference JP-A-4-116710 (JP, A) JP-A-61-185719 (JP, A) (58) Fields surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) G02F 3/00 502
Claims (2)
リエ変換レンズと、 入力パターンと少なくとも1つ以上の参照パターンを入
力して、これらのパターンの情報を持った第1のコヒー
レント光を前記フーリエ変換レンズに入射させる第1の
空間光変調手段と、 前記第1のコヒーレント光を前記フーリエ変換レンズで
変換して得られる第1のフーリエ変換像を入力して、こ
の第1のフーリエ変換像の情報を持った第2のコヒーレ
ント光を、この第2のコヒーレント光の光軸が前記第1
のコヒーレント光の光軸と一致しないように、前記第1
のコヒーレント光と異なる入射角度で且つ前記第1のコ
ヒーレント光と同じ側から前記フーリエ変換レンズに入
射させる第2の空間光変調手段と、前記第2のコヒーレ
ント光を前記フーリエ変換レンズで変換して得られる第
2のフーリエ変換像を入力して、入力パターンと参照パ
ターンが同一のパターンであるか検出する検出手段とを
備え、 前記第1の空間光変調手段は、前記フーリエ変換レンズ
の光軸上で且つ前記光軸と所定の出力面とが垂直になる
ように配置され、前記出力面から前記第1のコヒーレン
ト光を出力する第1の空間光変調器と、前記第1の空間
光変調器の前記出力面と反対側の面に入力パターンと少
なくとも1つ以上の参照パターンを入力する入力装置と
を備え、 前記第2の空間光変調手段は、前記第1の空間光変調器
と前記フーリエ変換レンズとの間の前記光軸上で且つ前
記光軸と45度傾くように配置され、前記第1のコヒー
レント光を透過させると共に前記第2のコヒーレント光
を反射させるハーフミラーと、前記ハーフミラーの面と
垂直な前記光軸を含む面に沿った、前記ハーフミラーの
面上で前記光軸と垂直に交差する直線上に配置され、所
定の出力面がこの直線と垂直な面に対してわずかに傾く
ように調整された、前記出力面から前記第2のコヒーレ
ント光を出力する第2の空間光変調器とを備え、 さらに、前記フーリエ変換レンズを通過した前記第1の
コヒーレント光を前記第2の空間光変調器の前記出力面
と反対側の面に入力させ、且つ前記フーリエ変換レンズ
を通過した前記第2のコヒーレント光を検出手段の所定
の検出面に入力させる光学系を備えることを特徴とする
パターン認識装置。1. A Fourier transform lens for Fourier transforming coherent light, and an input pattern and at least one or more reference patterns are inputted, and the first coherent light having information on these patterns is inputted to the Fourier transform lens. A first spatial light modulation means to be incident and a first Fourier transform image obtained by transforming the first coherent light by the Fourier transform lens are input, and information of the first Fourier transform image is stored. The second coherent light beam whose optical axis is the first coherent light beam
Of the first coherent light so that it does not coincide with the optical axis of the coherent light.
Second spatial light modulating means for entering the Fourier transform lens from the same side as the first coherent light at an incident angle different from that of the first coherent light, and converting the second coherent light by the Fourier transform lens. The obtained second Fourier transform image is input, and a detection unit that detects whether the input pattern and the reference pattern are the same pattern is provided, and the first spatial light modulation unit is the optical axis of the Fourier transform lens. A first spatial light modulator which is arranged above and in which the optical axis and a predetermined output surface are perpendicular to each other, and which outputs the first coherent light from the output surface; and the first spatial light modulation. An input device for inputting an input pattern and at least one or more reference patterns on a surface opposite to the output surface of the device, wherein the second spatial light modulator is the first spatial light modulator. A half mirror that is arranged on the optical axis between the Fourier transform lens and the optical axis so as to be inclined by 45 degrees and that transmits the first coherent light and reflects the second coherent light; It is arranged on a straight line perpendicular to the optical axis on the surface of the half mirror, along a surface including the optical axis perpendicular to the surface of the half mirror, and the predetermined output surface is a surface perpendicular to the straight line. A second spatial light modulator that outputs the second coherent light from the output surface, adjusted so as to be slightly inclined with respect to the first coherent light that has passed through the Fourier transform lens. Is input to the surface of the second spatial light modulator opposite to the output surface, and the second coherent light that has passed through the Fourier transform lens is input to a predetermined detection surface of the detection means. Pattern recognition apparatus comprising: a system.
の空間光変調器の少なくとも一方が位相変調型空間光変
調器であることを特徴とする請求項1に記載のパターン
認識装置。2. The first spatial light modulator and the second spatial light modulator.
2. The pattern recognition device according to claim 1, wherein at least one of the spatial light modulators of 1. is a phase modulation type spatial light modulator.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP30662693A JP3486214B2 (en) | 1993-12-07 | 1993-12-07 | Pattern recognition device |
Applications Claiming Priority (1)
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JPH07159822A JPH07159822A (en) | 1995-06-23 |
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