JPH0820916B2 - 光学的座標変換装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、光情報処理や光計測の分野において、コ
ヒーレント光を用いて二次元画像を所望の座標変換像に
変換する座標変換装置に関するものである。

〔発明の概要〕

この発明は、光学的座標変換装置において、一般に得
られる座標変換像には強度のばらつきが存在するという
問題点を、強誘電性液晶を用いた液晶ライトバルブに座
標変換像を照射して記憶させるか、または座標変換像を
CCDカメラなどの撮像装置で撮像して画像信号に変換し
その画像信号を二値化処理することにより、波状変換像
の強度分布を二値化処理して、強度のばらつきを解消し
たものである。

〔従来の技術〕

従来、例えば文字や部品のように、形状、大きさ、向
き、位置などが異なる物体を光学的に計測、認識する場
合、第一に対象物を二次元の画像（入力像）に変換し、
第二にその入力像を所望の座標系に変換し、第三にその
座標変換像に対して計測や認識を行うという手順が一般
的である。

座標変換の種類としては、向きの異なる物体に対して
認識や回転角の計測などを行う場合には極座標変換、向
きも大きさも共に異なる物体に対して認識や回転角、倍
率の計測などを行う場合には1nr−θ変換など、目的に
応じて様々な種類の座標変換が用いられる。

光学的座標変換方法の一例を第２図に示す。この方法
では、フーリエ変換レンズ６の前焦点面に入力像16の座
標変換フィルタ５を重ねて配置し、その入力像16の背後
からコヒーレント光15を照射することにより、フーリエ
変換レンズ６の後焦点面に配置した受光素子17に所望の
座標変換像を得ることができる。ここで、上記座標変換
フィルタ５は計算機合成ホログラムにより作製される。
一般に計算機合成ホログラムとは、２次元の回折格子を
微小領域に細分化し、各微小領域からの回折光が所望の
方向に回折するように、各領域での格子ピッチをコンピ
ュータで計算することにより得られたホログラムのこと
である。よって、計算機で得られたホログラムのパター
ンデータをもとに、半導体のマスクパターンと同様のプ
ロセスで作製されることが多い。もっと簡易的には、プ
ロッターなどに出力したパターンを、高解像度フィルム
などに転写したものを用いることもできる。受光素子17
としては、TN液晶を用いた光書き込み型の液晶ライトバ
ルブやBSO結晶（Bi₁₂SiO₂₀）のような光書き込み型の空
間光変調器を用いることが多く、その空間光変調器に座
標変換像を照射して記憶したのち、コヒーレント光を照
射することにより記憶した座標変換像を読み出し、パタ
ーン認識などの処理に用いていた。この他にも、光書き
込み型空間光変調器の代わりにCCDカメラなどの撮像装
置を用い、得られる画像信号を液晶テレビなどの電気書
き込み型の空間光変調器に入力する方法もあった。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、得られる座標変換像には強度のばらつ
きが存在する。そのため、その座標変換像を用いてパタ
ーン認識などを行う場合には、その強度のばらつきが悪
影響を及ぼすという問題点があった。座標変換像の強度
にばらつきが生じる原因は多く考えられるが、その代表
的原因を次に示す。第１の原因は、座標変換フィルタの
回折効率の問題である。座標変換像は上述した計算機合
成ホログラムにより作製された座標変換フィルタで回折
されることにより得られるため、一般には光軸から離れ
た部分の強度は小さく、光軸に近い部分の強度は大きく
なる。第２の原因は、コヒーレント光の強度はガウス分
布をしていることである。そのため入力像自身に強度分
布が存在するので、座標変換像にも強度のばらつきが生
じる。その他にも光学系の調整不良など様々な原因によ
り座標変換像に強度のばらつきが生じる。

上記のような理由により、入力像に対してある座標変
換をほどこしても、ノイズ成分が多い場合には座標変換
像中の強度の弱い部分がノイズに埋もれてしまい、ノイ
ズと座標変換像の境界が曖昧になり、正確な座標変換像
が得られないことがある。また、入力像における特徴的
な部分の座標変換像の強度が他の部分の強度より相対的
に小さくなることがある。その場合、その座標変換像を
用いてパターン認識や計測を行っても、特徴的な部分の
座標変換像の強度が小さいため、正確な認識や計測が行
えないなどの問題点があった。

〔課題を解決するための手段〕

上記課題を解決するために、この発明においては、少
なくとも１個のコヒーレント光源と、座標変換の対象と
なる二次元の入力像を保持している第１の空間光変調器
と、前記第１の空間光変調器に重ねて配置した座標変換
フィルタと、レンズとを用いて所望の座標変換像を得る
手段と、第２の空間光変調器として強誘電性液晶を用い
た光書き込み型液晶ライトバルブを用いてそれに座標変
換像を照射して記憶するか、または座標変換像を撮像装
置を用いて受光することにより画像信号に変換し前記画
像信号を二値化処理したのち電気書き込み型である第２
の空間光変調器に入力することにより、座標変換像の強
度分布を二値化処理して第２の空間光変調器に表示する
手段とを有する。

〔作用〕

上記のような構成にすれば、得られる座標変換像の強
度分布に対して、あるしきい値で二値化処理がされるの
で、強度のばらつきやノイズ成分のない座標変換像の二
値画像が得られる。そのため、その座標変換像を用いて
パターン認識や計測などを行った場合には、正確な認識
や計測を行うことができる。

〔実施例〕

以下に本発明による実施例を図面に基づいて説明す
る。第１図は、本発明による実施例の構成図である。こ
の実施例において、第２の空間光変調器は強誘電性液晶
を用いた液晶ライトバルブである。レーザ１からのコヒ
ーレント光は、ビームエキスパンダ２により光束が拡大
された後、ビームスプリッタ３で２光束に分岐される。
ビームスプリッタ３を透過した光束は、オープン状態の
シャッタ11を経て、入力像が書き込まれている第１の空
間光変調器４を照射することにより、入力像をコヒーレ
ント画像に変換する。そして、そのコヒーレント画像
は、第１の空間光変調器４に重ねて配置されている座標
変換フィルタ５を透過し、フーリエ変換レンズ６でフー
リエ変換され、液晶ライトバルブ７を照射する。ここ
で、フーリエ変換レンズ６の前焦点面に第１の空間光変
調器４と座標変換フィルタ５を重ねて配置し、後焦点面
に液晶ライトバルブ７を配置する。これにより、液晶ラ
イトバルブ７上に入力像の座標変換像が記憶される。

ここで座標変換フィルタ５は、座標変換フィルタ５上
の各微小領域での回折光から所望の座標変換像が得られ
るように、計算機合成ホログラムにより作製されてい
る。よって、後焦点面である液晶ライトバルブ７上に照
射される座標変換像は、回折現像を利用しているため当
然強度分布が存在する。

ビームスプリッタ３で反射された他方の光束は、ミラ
ー9,10,偏光ビームスプリッタ８で反射されて液晶ライ
トバルブ７を裏面から照射して反射される。このとき、
シャッタ11は閉じた状態になっている。これにより、液
晶ライトバルブ７に記憶しておいた座標変換像がコヒー
レント画像に変換される。このコヒーレント画像は偏光
ビームスプリッタ８を透過して、認識や計測などの次の
処理系に利用される。

第２の空間光変調器７は、強誘電性液晶を用いた光書
き込み型の液晶ライトバルブである。従来の液晶ライト
バルブと異なる点は、液晶層として光透過率または光反
射率と印加電圧の間に明瞭な双安定性を有する強誘電性
液晶を用いていることである。この性質を利用すること
により、座標変換像を二値化画像に変換することができ
る。

第３図は、強誘電性液晶を用いた液晶ライトバルブ７
の構造を示す断面図である。液晶分子を挟持するための
ガラスやプラスチックなどの透明基板21a,21bは、表面
に透明電極層22a,22b,透明基板の法線方向に対して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23a,23bが設けられている。透明基板21aと21bはそ
の配向膜層23a,23b側をスペーサ29を介して間隙を制御
して対向させ、強誘電性液晶層24を挟持するようになっ
ている。

また、光による書き込み側の透明電極層22a上には光
導電層25,遮光層26,誘電体ミラー27が配向膜23aとの間
に積層形成され、書き込み側の透明基板21aと読み出し
側の透明基板21bのセル外面には、無反射コーティング
層28a,28bが形成されている。

次に、上記構造を持つ液晶ライトバルブ７を初期化す
る方法を示す。第１の方法は、一度液晶ライトバルブ７
の書き込み面全面を光照射し、明時のしきい値電圧の最
大値よりも十分に高い直流バイアス電圧あるいは100Hz
〜50KHzの交流電圧を重畳した直流バイアス電圧を透明
電極層22aと22b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、暗時のしきい値電圧の最大
値よりも十分に高い直流バイアス電圧あるいは100Hz〜5
0KHzの交流電圧を重畳した直流バイアス電圧を透明電極
層22aと22b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。

さらに液晶ライトバルブ７を上記のように初期化した
後の動作について示す。光照射なしで、暗時にはしきい
値電圧の最小値以下であり、光照射時にはしきい値電圧
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〜50kHzの交流電圧を重畳した直流バイアス電圧を
透明電極層22aと22bの間に印加しながら、レーザ光など
によって画像の光書き込みをする。レーザ照射を受けた
領域の光導電層にはキャリアが発生し、発生したキャリ
アは直流バイアス電圧により電界方向にドリフトし、そ
の結果しきい値電圧が下がり、レーザ照射が行われた領
域にはしきい値電圧以上の逆極性のバイアス電圧が印加
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の方向（またはそれに直角方向）
に偏光軸を合わせた直線偏差の読み出し光の照射、及び
誘電体ミラー27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だすこ
とができる。

画像を二値化する場合のしきい値は、透明電極層22a
と22b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、変化させることができ
る。また、レーザのパワーを調整して座標変換像の光強
度を変化させることにより、実質的にしきい値を変化さ
せた場合と同じ効果が得られる。

液晶ライトバルブ７上に照射される強度分布を有する
座標変換像は、二値化されて記憶されるので、たとえノ
イズ成分が多く通常ならノイズに埋もれてしまうような
場合でも、しきい値を調整することによりノイズ成分の
ない正確な座標変換像を得ることができる。また、記憶
された座標変換像は二値化されているため、座標変換像
自身に強度のばらつきがないので、認識や計測などの次
の光学系に利用しやすい。

第４図は本発明による他の実施例の構成図を示す。こ
の実施例では、第２の空間光変調器として、液晶テレビ
を用いている。第１の空間光変換器４が保持している入
力像の座標変換像を得るまでは前記実施例と同じである
ので省略する。フーリエ変換レンズ６の後焦点面にCCD
カメラ12を配置する。それによって、入力像の座標変換
像の強度分布が画像信号に変換される。この画像信号を
二値化回路13であるしきい値を決めて二値化処理する。
そして、二値化した座標変換像の強度分布を液晶テレビ
14に表示する。ビームスプリッタ３で分けられた他方の
光束は、ミラー９で反射されて液晶テレビ14を照射す
る。それにより液晶テレビ14に表示した二値化した座標
変換像をコヒーレント画像に変換することができる。

第４図における実施例において、二値化処理した画像
信号を液晶テレビ14に表示しているが、レーザスキャナ
などの走査光学系を用いて光書き込み型の空間光変換器
に記憶してもよいことは言うまでもない。

上記実施例において、第１の空間光変調器としては、
光書き込み型または電気書き込み型の空間光変調器でも
よいし、フィルムでも良いことは言うまでもない。

上記実施例において、レーザ１からの光束をビームス
プリッタ３を用いて２光束に分離しているが、レーザを
２個用いても良いことはいうまでもない。

上記実施例において、誘電体ミラー27の可視光反射率
が十分大きく、光導電層25に対して読み出し光の影響が
極めて小さい場合は遮光層26を省略することができる。
さらに、光導電層25の読み出し光に対する反射率が十分
大きく、かつ読み出し光が十分小さく光導電層25に対し
て読み出し光の影響が極めて小さい場合には、誘電対ミ
ラー27も省略することができる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、入力像の座標変換像を二値化し
た像が得られるので、パターン認識のみに限らず計測な
どにおいても、座標変換像の強度のばらつきに影響され
ない正確な認識や計測が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による実施例の構成図、第２図は光学的
座標変換の方法の一例を示す図、第３図は強誘電性液晶
を用いた液晶ライトバルブの構造を示す断面図、第４図
は本発明による他の実施例の構成図である。 １……レーザ ２……ビームエキスパンダ ３……ビームスプリッタ ４……第１の空間光変調器 ５……座標変換フィルタ ６……フーリエ変換レンズ ７……液晶ライトバルブ（第２の空間光変調器） ８……偏光ビームスプリッタ ９……ミラー 10……ミラー 11……シャッタ 12……CCDカメラ 13……二値化回路 14……液晶テレビ（第２の空間光変調器） 15……コヒーレント光 16……入力像 17……受光素子 21a,21b……透明基板 22a,22b……透明電極層 23a,23b……配向膜層 24……強誘電性液晶層 25……光導電層 26……遮光層 27……誘電体ミラー 28a,28b……無反射コーティング層 29……スペーサ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】CCDカメラなどの撮像装置から得られる二
   次元画像を、コヒーレント光を用いて座標変換する装置
   において、 少なくとも１個のコヒーレント光源と、座標変換の対象
   となる二次元の入力像を保持している第１の空間光変調
   器と、前記第１の空間光変調器に重ねて配置した座標変
   換フィルタと、レンズとを用いて所望の座標変換像を得
   る手段と、 前記座標変換像の強度分布を二値化処理して第２の空間
   光変調器に表示する手段とを具備してなることを特徴と
   する光学的座標変換装置。
2. 【請求項２】前記座標変換像の強度分布を二値化処理し
   て第２の空間光変調器に表示する手段が、強誘電性液晶
   を用いた光書き込み型液晶ライトバルブである第２の空
   間光変調器に座標変換像を照射して記憶する請求項１記
   載の光学的座標変換装置。
3. 【請求項３】座標変換像の強度分布を二値化処理して第
   ２の空間光変調器に表示する手段が、座標変換像を撮像
   装置を用いて受光することにより画像信号に変換し、前
   記画像信号を二値化処理したのち電気書き込み型である
   第２の空間光変調器に入力する請求項１記載の光学的座
   標変換装置。