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JPH0843768A - Image processor - Google Patents

Image processor

Info

Publication number
JPH0843768A
JPH0843768A JP6176516A JP17651694A JPH0843768A JP H0843768 A JPH0843768 A JP H0843768A JP 6176516 A JP6176516 A JP 6176516A JP 17651694 A JP17651694 A JP 17651694A JP H0843768 A JPH0843768 A JP H0843768A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
image
information
fourier transform
optical system
fourier
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP6176516A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Takeshi Hashimoto
武 橋本
Ikutoshi Fukushima
福島郁俊
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Olympus Corp
Original Assignee
Olympus Optical Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Olympus Optical Co Ltd filed Critical Olympus Optical Co Ltd
Priority to JP6176516A priority Critical patent/JPH0843768A/en
Publication of JPH0843768A publication Critical patent/JPH0843768A/en
Pending legal-status Critical Current

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  • Image Analysis (AREA)

Abstract

PURPOSE:To obtain an image processor capable of accurately discriminating and recognizing an image which is shifted, rotated and deformed, such as enlarged or reduced, at high speed. CONSTITUTION:The image information of an inputted substance worked to invariant information by Fourier-transforming and coordinate transforming the image by means of a Fourier transformation optical system 1 and a coordinate transformation optical system 2 and shifting, rotating and deforming, such as enlarging or reducing, the image is instantaneously fetched as plural pieces of spatial frequency information the most effective to discriminate its characteristic by a discrimination optical system 3, and further recognized by a neural network being a recognition system 4, so that the image which is shifted, rotated and deformed, such as enlarged or reduced, is accurately discriminated and recognized at high speed.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、画像処理装置に関し、
特に、シフト、回転、拡大縮小等の変形を受けた画像を
も識別・認識可能な画像処理装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an image processing apparatus,
In particular, the present invention relates to an image processing device capable of identifying and recognizing images that have undergone deformation such as shift, rotation, and enlargement / reduction.

【0002】[0002]

【従来の技術】産業用ロボットの視覚装置やオートメー
ションラインの製品検査装置等を始めとして、画像を用
いた物体の認識装置へのニーズは強く、従来から、光学
的なマッチドフィルタを用いた相関器による認識装置の
開発等が精力的に行われてきた。さらに、最近では、ニ
ューラルネットワークを利用した認識装置の開発等も盛
んである。しかし、これらの認識装置は、何れも、シフ
ト、回転、拡大縮小等の変形を受けた画像をも認識でき
る能力、つまり、汎化能力が低く、この汎化能力の向上
が実用化の上での最大の課題となっていた。
2. Description of the Related Art There is a strong need for a device for recognizing an object using an image, such as a visual device for an industrial robot or a product inspection device for an automation line, and a correlator using an optical matched filter has been conventionally used. The development of a recognition device has been actively carried out. Further, recently, development of a recognition device using a neural network has been actively conducted. However, each of these recognition devices has a low ability to recognize an image that has undergone deformation such as shift, rotation, and enlargement / reduction, that is, the generalization ability is low, and improvement of this generalization ability is not practical. Had been the biggest challenge of.

【0003】この課題に1つの答えを出したのが、Carn
egie Mellon Univ. のDavid Casasent氏等である(David
Casasent et.al."Real-time deformation invariant o
ptical pattern recognition using coordinate tranfo
rmations", Appl. Opt., Vol.26, pp.938-942 (1987)参
照)。彼らの相関器を用いる方法は、以下のようなもの
である。まず、図7に示すように、入力画像101をコ
ヒーレント光102で照射し、さらにこれに計算機ホロ
グラム(CGH:Computer-generated hologram )10
3により座標変換のための位相情報を重畳した上で、フ
ーリエ変換レンズL1 104によりフーリエ変換を行う
と、入力画像に所望の座標変換を施した情報が座標変換
面105上に得られる。この所望の座標変換とは、例え
ば上記文献の場合は、拡大縮小と回転の変形が入力画像
に起こっても、それらの変形がシフト量に変換される対
数極座標変換である。
One answer to this problem was Carn.
David Casasent of egie Mellon Univ. etc. (David
Casasent et.al. "Real-time deformation invariant o
ptical pattern recognition using coordinate tranfo
rmations ", Appl. Opt., Vol.26, pp.938-942 (1987)). The method of using their correlators is as follows. First, as shown in FIG. The image 101 is illuminated with coherent light 102, and a computer generated hologram (CGH) 10 is applied to the image 101.
When the Fourier transform lens L 1 104 performs the Fourier transform after superimposing the phase information for the coordinate transform by 3, the information obtained by performing the desired coordinate transform on the input image is obtained on the coordinate transform surface 105. In the case of the above-mentioned document, for example, the desired coordinate transformation is a logarithmic polar coordinate transformation in which even if transformations of scaling and rotation occur in the input image, those transformations are transformed into shift amounts.

【0004】次に、図8に示すように、この対数極座標
変換後の情報を液晶テレビ(LCTV:liquid crysta
l television)106上に乗せ、2つのフーリエ変換レ
ンズL2 107、L3 108からなる二重回折系と、基
準画像に同様の対数極座標変換を施した上で作られたマ
ッチドフィルタ(MSF:Matched spatial filter)1
09によるフィルタリングとを組み合わせたシフトイン
バリアントな相関光学系にコヒーレント光110で照射
することにより入射され、カメラ111により相関面P
での基準画像と被検画像の相関ピークを検出し、それら
の認識を行うというものである。実際、Casasent氏等
は、上記の文献の中で、上記の方法を用いて、回転と拡
大縮小の変形に対して良好な照合結果が得られる実例を
示している。
Next, as shown in FIG. 8, the information after the logarithmic polar coordinate conversion is applied to a liquid crystal television (LCTV: liquid crysta).
a double diffractive system consisting of two Fourier transform lenses L 2 107 and L 3 108 and a matched filter (MSF: MSF: Matched spatial filter) 1
The coherent light 110 is incident on the shift invariant correlation optical system in which the filtering by the 09 is combined, and the correlation surface P is obtained by the camera 111.
It is to detect the correlation peaks of the reference image and the image to be detected and recognize them. In fact, Casasent et al. In the above-referenced document show an example in which good matching results are obtained for rotation and scaling deformations using the above method.

【0005】さらに、US Air Force Institute of Tech
nologyのKenneth H Fielding氏等は、詳細な説明はない
ものの、これを発展させ、入力画像をフーリエスペクト
ル(入力画像のフーリエ変換の2乗)にしてから、同様
の処理をすることにより、回転と拡大・縮小に加え、シ
フトの変形に関しても良好な照合結果が得られたとし
て、その実例を示している(Kenneth H. Fielding et.a
l. "Position, scale, and rotation invariant hologr
aphic associative memory", Opt. Eng.,Vol.28,pp.849
-853(1989) 参照)。
Further, the US Air Force Institute of Tech
Although there is no detailed explanation, Mr. Kenneth H Fielding of nology develops this and transforms the input image into a Fourier spectrum (square of the Fourier transform of the input image), and then performs the same processing to rotate and In addition to enlarging / reducing, it has been shown that good matching results were obtained regarding shift deformation (Kenneth H. Fielding et.a.
l. "Position, scale, and rotation invariant hologr
aphic associative memory ", Opt. Eng., Vol.28, pp.849
-853 (1989)).

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】上記Casasent氏等の方
法を発展させ、これにシフトの変形に関する汎化能力を
も持たせようとした上記Fielding氏等の方法は、入力画
像のフーリエスペクトルにしてから座標変換を施すもの
であるが、入力画像をフーリエスペクトルにした時点で
すでに画像間の類似度が増加しており、さらに座標変換
を施した後の画像は、入力画像をそのまま座標変換した
ものと比較して、かなり類似度の高いものが多くなって
いる。したがって、この類似度の高い画像をFielding氏
等のように単純なVander−Lugt型の相関光学
系で識別あるいは認識することは実際には困難である。
さらに、この課題を相関光学系の精度向上(例:JTC
に替えるとか、位相型にするとか、等)で解決しようと
することも考えられるが、これでは十分な改善は見られ
ない。
The method of Mr. Fielding et al., Which tried to develop the method of Mr. Casasent et al. To have generalization ability with respect to shift deformation, is the same as that of Fourier spectrum of the input image. However, the similarity between the images has already increased at the time when the input image is transformed into the Fourier spectrum, and the image after the coordinate conversion is the same as the input image. Compared to the ones, there are many that are quite similar. Therefore, it is actually difficult to identify or recognize the image having a high degree of similarity with a simple Vander-Lugt type correlation optical system like Mr. Fielding.
Furthermore, this problem is solved by improving the accuracy of the correlation optical system (example: JTC
It may be possible to solve the problem by changing to, or using the phase type, etc.), but this does not show sufficient improvement.

【0007】本発明ではこのような実情に鑑みてなされ
たものであり、その目的は、シフト、回転、拡大・縮小
等の変形を受けた画像をも精度良く高速に識別・認識可
能な画像処理装置を具体的に提供することである。
The present invention has been made in view of such circumstances, and an object thereof is image processing capable of accurately and rapidly identifying and recognizing an image which has been deformed such as shift, rotation, and enlargement / reduction. It is to specifically provide the device.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明の画像処理装置は、認識すべき画像を系内に入
力するための第1の画像入力手段と、この第1の画像入
力手段により系内に入力された画像情報をフーリエスペ
クトル情報に変換するための第1のフーリエ変換レンズ
と、この第1のフーリエ変換レンズの後側焦点の位置に
置かれたフーリエ変換面に出力されたフーリエスペクト
ル情報を検出するための第1の検出手段とを備えたフー
リエ変換光学系と、この検出されたフーリエスペクトル
情報を系内に入力するための第2の画像入力手段と、こ
の第2の画像入力手段により系内に入力された画像のフ
ーリエスペクトル情報に所望の座標変換のための位相情
報を重畳するための計算機ホログラムと、さらに、この
重畳された情報をフーリエ変換するための第2のフーリ
エ変換レンズと、この第2のフーリエ変換レンズの後側
焦点の位置に置かれた座標変換面に出力された座標変換
情報を検出するための第2の検出手段とを備えた座標変
換光学系と、この検出された座標変換情報を系内に入力
するための第3の画像入力手段と、この第3の画像入力
手段により系内に入力された座標変換情報を多重化する
ための多重化手段と、この多重化された座標変換情報を
その個々の領域で異なった空間周波数フィルタリングす
るフィルタリング手段と、このフィルタリング手段によ
って空間周波数フィルタリングされた個々の領域での座
標変換情報を検出するための第3の検出手段とを備えた
識別光学系と、この識別光学系で検出された出力に基づ
いて入力画像の認識を行う認識系とを含むことを特徴と
するものである。
The image processing apparatus of the present invention for achieving the above object comprises a first image inputting means for inputting an image to be recognized into the system, and the first image inputting means. The first Fourier transform lens for converting the image information input into the system by the means into the Fourier spectrum information, and the first Fourier transform lens are output to the Fourier transform plane placed at the position of the rear focal point of the first Fourier transform lens. Fourier transform optical system including first detecting means for detecting Fourier spectrum information, second image inputting means for inputting the detected Fourier spectrum information into the system, and second image inputting means. A computer generated hologram for superimposing phase information for desired coordinate conversion on the Fourier spectrum information of the image input into the system by the image input means of, and further, this superimposed information. Second Fourier transform lens for Fourier transform, and second detecting means for detecting coordinate transform information output to the coordinate transform surface placed at the position of the rear focal point of the second Fourier transform lens. A coordinate conversion optical system, a third image input means for inputting the detected coordinate conversion information into the system, and coordinate conversion information input into the system by the third image input means. A multiplexing means for multiplexing, the filtering means for filtering the multiplexed coordinate transformation information in different spatial frequencies in the individual areas, and the coordinates in the individual areas spatially frequency filtered by the filtering means. An identification optical system including third detection means for detecting conversion information, and a recognition system for recognizing an input image based on an output detected by the identification optical system. It is characterized in that comprises.

【0009】この場合、多重化手段として、二次元レン
ズアレーを用い、フィルタリング手段として、二次元フ
ーリエ変換レンズアレーとそのフーリエ変換面に配置さ
れた二次元空間周波数フィルタアレーとを備えた系を用
いることができる。
In this case, a two-dimensional lens array is used as the multiplexing means, and a system including a two-dimensional Fourier transform lens array and a two-dimensional spatial frequency filter array arranged on the Fourier transform plane is used as the filtering means. be able to.

【0010】また、多重化手段として、結像光学系とそ
の系中に配置された二次元回折手段とを備えた系を用
い、フィルタリング手段として、二次元フーリエ変換レ
ンズアレーとそのフーリエ変換面に配置された二次元空
間周波数フィルタアレーとを備えた系を用いることもで
きる。
As the multiplexing means, a system provided with an image-forming optical system and a two-dimensional diffraction means arranged in the system is used, and as a filtering means, a two-dimensional Fourier transform lens array and its Fourier transform surface are used. A system with a two-dimensional spatial frequency filter array arranged can also be used.

【0011】さらに、多重化手段として、第3の画像入
力手段により系内に入力された座標変換情報に対して異
なる複数の方向からコリメート光を照射する光学系を有
し、フィルタリング手段として、フーリエ変換レンズと
そのフーリエ変換面に配置された二次元空間周波数フィ
ルタアレーとを備えた系を用いることもできる。この場
合、光書込型で反射型の空間光変調器が第2の検出手段
と第3の画像入力手段とを兼ねているようにすることも
できる。
Further, the multiplexing means has an optical system for irradiating the collimated light from a plurality of different directions with respect to the coordinate conversion information inputted into the system by the third image input means, and the Fourier transform means as the filtering means. It is also possible to use a system with a transform lens and a two-dimensional spatial frequency filter array arranged on its Fourier transform plane. In this case, the spatial light modulator of the optical writing type and the reflection type may serve as the second detecting means and the third image inputting means.

【0012】[0012]

【作用】本発明においては、フーリエ変換されさらに座
標変換された情報の特徴を明確に区別するために最も有
効なその情報の空間周波数情報を、識別光学系により複
数のチャンネルで同時に取り出し、その情報を用いて認
識系で認識するようにしたので、シフト、回転、拡大縮
小等の変形を受けた画像をも精度良く高速に識別・認識
が可能になる。
In the present invention, the spatial frequency information of the information which is the most effective for clearly distinguishing the features of the Fourier-transformed and coordinate-transformed information is simultaneously extracted by a discriminating optical system in a plurality of channels, and the information is extracted. Since the recognition system is used to recognize, it is possible to accurately and quickly identify and recognize even an image that has been deformed by shifting, rotating, scaling, or the like.

【0013】[0013]

【実施例】以下、図面を参照しながら、好適な実施例に
基づいて本発明の画像処理装置をさらに詳細に説明す
る。 〔実施例1〕本実施例の画像処理装置は、図1の構成を
示す図を参照にして説明する。この装置において、フー
リエ変換光学系1は、認識すべき物体を含む画像を系内
に入力するための画像入力装置11及び第1の照明手段
12からなる第1の画像入力手段と、この入力された物
体情報をフーリエ変換するための第1のフーリエ変換レ
ンズ13と、この第1のフーリエ変換レンズ13の後側
焦点位置のフーリエ変換面に出力されたフーリエスペク
トル情報を検出するための第1の検出手段であるこのフ
ーリエ変換面に置かれたスクリーン14と、二次元の撮
像素子15とで構成し、認識すべき物体情報をシフトイ
ンバリアントなフーリエスペクトル情報に変換し、次段
の座標変換光学系にこの情報を伝達させるものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The image processing apparatus of the present invention will be described below in more detail based on the preferred embodiments with reference to the drawings. [Embodiment 1] An image processing apparatus of this embodiment will be described with reference to the diagram showing the configuration of FIG. In this apparatus, the Fourier transform optical system 1 includes a first image input unit including an image input unit 11 and a first illumination unit 12 for inputting an image including an object to be recognized into the system, and the first image input unit. And a first Fourier transform lens 13 for performing Fourier transform on the object information, and a first Fourier transform lens 13 for detecting the Fourier spectrum information output to the Fourier transform surface at the rear focal position of the first Fourier transform lens 13. It is composed of a screen 14 placed on this Fourier transform plane as a detecting means and a two-dimensional image pickup device 15, and transforms the object information to be recognized into shift invariant Fourier spectrum information, and the coordinate transformation optics of the next stage. It allows the system to communicate this information.

【0014】まず、画像入力装置11は、認識すべき物
体を含む画像を系内に入力するための撮像素子11a
と、この撮像素子11aにより撮像した上記物体情報を
系内に表示するための空間光変調器11bと、この空間
光変調器11bを駆動するためのドライバー11cで構
成する。具体的には、撮像素子11aとしては、管式の
ものであれ固体撮像素子であれ、撮像できるものであれ
ば何れのものでもよいが、本実施例では、ズームレンズ
を付けたCCDカメラを用いた。さらに、この撮像素子
11aであるCCDカメラにより撮像された画像は、カ
メラ内の回路によりNTSC等のTV信号に変換される
が、本実施例では、空間光変調器11bとしてTVやコ
ンピューターのCRT等で最近使われるようになった透
過型の液晶素子を用い、そのドライバー11cによりこ
の信号を取り込み、フーリエ変換光学系1の系内に表示
した。この表示された物体情報は、第1の照明手段12
として略平行なコヒーレント光束により照明され、系内
に入力される。もちろん、この際、液晶素子11bの回
折像が邪魔になるようであれば、空間周波数フィルタ等
で簡単に除去できる。また、この第1の照明手段12で
あるコヒーレント光束は、コヒーレント光源12aから
の光をビームエクスパンダ12bで略平行な光束にす
る。コヒーレント光源12aとしては、種々のレーザ、
ハロゲン等のランプにフィルタを付加したもの等種々用
いることができるが、本実施例では、514.5nmの
Arレーザを用いた。また、ビームエクスパンダ12b
は常套手段であるが、絞り込みレンズ12b1 とピンホ
ール12b2 とコリメータレンズ12b3 を用いて構成
する。このコヒーレント光束は、全体の装置をコンパク
トにするために、ミラー12c及びビームスプリッタ1
2dを用いて光束を折り曲げ、系内に入射させるように
なっているが、これらは構成上必須のものではない。そ
の他、第1の検出手段においては、それぞれ、フーリエ
変換面に置かれたスクリーン14は拡散面を持つディフ
ューザーを、二次元の撮像素子15は、管式のものであ
れ固体撮像素子であれ、撮像できるものであれば何でも
よいが、撮像素子11aと同様のCCDカメラを用い
た。
First, the image input device 11 includes an image pickup device 11a for inputting an image including an object to be recognized into the system.
And a spatial light modulator 11b for displaying the object information imaged by the imaging element 11a in the system, and a driver 11c for driving the spatial light modulator 11b. Specifically, the image pickup device 11a may be a tube type or a solid-state image pickup device, as long as it can pick up an image, but in this embodiment, a CCD camera with a zoom lens is used. I was there. Further, an image picked up by the CCD camera which is the image pickup device 11a is converted into a TV signal such as NTSC by a circuit in the camera, but in the present embodiment, the spatial light modulator 11b is used as a CRT of a TV or a computer. Using a transmissive liquid crystal element that has recently come to be used, the driver 11c takes in this signal and displays it in the Fourier transform optical system 1. The displayed object information is the first illumination means 12
Is illuminated by a substantially parallel coherent light beam and is input into the system. Of course, at this time, if the diffraction image of the liquid crystal element 11b interferes, it can be easily removed by a spatial frequency filter or the like. The coherent light beam which is the first illuminating means 12 makes the light from the coherent light source 12a into a substantially parallel light beam by the beam expander 12b. As the coherent light source 12a, various lasers,
Although various lamps such as a halogen lamp with a filter can be used, in the present embodiment, an Ar laser of 514.5 nm was used. Also, the beam expander 12b
Is a conventional means, but it is constructed by using a diaphragm lens 12b 1 , a pinhole 12b 2 and a collimator lens 12b 3 . This coherent light beam is reflected by the mirror 12c and the beam splitter 1 in order to make the entire apparatus compact.
The light flux is bent using 2d and is made incident on the system, but these are not essential in the configuration. In addition, in the first detection means, the screen 14 placed on the Fourier transform plane is a diffuser having a diffusion surface, and the two-dimensional image pickup device 15 is a tube type or a solid-state image pickup device. Anything can be used as long as it can be used, but a CCD camera similar to that of the image pickup device 11a is used.

【0015】次に、座標変換光学系2は、フーリエ変換
光学系1により変換されたフーリエスペクトル情報を系
内に入力するための画像入力装置21及び第2の照明手
段22からなる第2の画像入力手段と、この画像入力手
段により系内に入力された画像のフーリエスペクトル情
報に対数極座標変換(Logr−θ変換)のための位相
情報を重畳するためのCGH(計算機ホログラム)23
と、さらに、この重畳された情報をフーリエ変換するた
めの第2のフーリエ変換レンズ24と、この第2のフー
リエ変換レンズの後側焦点位置の座標変換面に出力され
た座標変換情報を検出するための第2の検出手段である
この座標変換面に置かれたスクリーン25と、二次元の
撮像素子26とで構成し、認識すべき物体情報をさらに
回転及び拡大縮小にインバリアントな情報に変換し、次
段の識別光学系にこの情報を伝達させるものである。
Next, the coordinate transformation optical system 2 is a second image composed of an image input device 21 and a second illumination means 22 for inputting the Fourier spectrum information transformed by the Fourier transformation optical system 1 into the system. Input means and CGH (computer hologram) 23 for superimposing phase information for logarithmic polar coordinate conversion (Logr-θ conversion) on Fourier spectrum information of an image input into the system by the image input means.
Further, the second Fourier transform lens 24 for Fourier transforming the superimposed information, and the coordinate transform information output to the coordinate transform surface at the rear focal position of the second Fourier transform lens are detected. It is composed of a screen 25 placed on this coordinate conversion surface, which is a second detection means, and a two-dimensional image pickup device 26, and converts the object information to be recognized into invariant information for rotation and scaling. However, this information is transmitted to the identification optical system in the next stage.

【0016】ここで、画像入力装置21は、フーリエ変
換光学系1の第1の検出手段の二次元撮像素子15から
送られた情報を系内に表示するための空間光変調器21
aと、この空間光変調器21aを駆動するためのドライ
バー21bで構成する。具体的には、空間光変調器21
aとしては空間光変調器11bと同様の透過型の液晶素
子を用い、画像を座標変換光学系2の系内に表示した。
この表示された物体情報は、第2の照明手段22である
略平行なコヒーレント光束により照明され、系内に入力
される。このコヒーレント光束22は、本実施例の場
合、簡単のためフーリエ変換光学系1で用いた光束12
を利用する。具体的には、ビームスプリッタ12dを透
過してきた光束をビームスプリッタ12eで曲げ、略平
行なコヒーレント光束として利用する。その他、第2の
検出手段には、それぞれ、座標変換面に置かれたスクリ
ーン25はスクリーン14と同様な拡散面を持つディフ
ューザーを、二次元の撮像素子26は管式のものであれ
固体撮像素子であれ、撮像できるものであれば何でもよ
いが、二次元撮像素子15と同様のCCDカメラを用い
た。
Here, the image input device 21 is a spatial light modulator 21 for displaying information sent from the two-dimensional image pickup device 15 of the first detecting means of the Fourier transform optical system 1 in the system.
a and a driver 21b for driving the spatial light modulator 21a. Specifically, the spatial light modulator 21
As a, a transmissive liquid crystal element similar to the spatial light modulator 11b was used, and an image was displayed in the coordinate conversion optical system 2.
The displayed object information is illuminated by the substantially parallel coherent light flux which is the second illumination means 22, and is input into the system. In the case of this embodiment, this coherent light beam 22 is the light beam 12 used in the Fourier transform optical system 1 for simplicity.
To use. Specifically, the light beam transmitted through the beam splitter 12d is bent by the beam splitter 12e and used as a substantially parallel coherent light beam. In addition, as the second detecting means, the screen 25 placed on the coordinate conversion surface is a diffuser having a diffusion surface similar to that of the screen 14, and the two-dimensional image pickup device 26 is a tube type solid-state image pickup device. However, as long as it can pick up an image, any CCD camera similar to the two-dimensional image pickup device 15 is used.

【0017】実際に、ここまでの構成の装置により、文
字のアルファベットを中心に色々な画像をフーリエ変換
しさらに座標変換した画像を作ってみたところ、元の画
像は大きく異なっていても、変換後の画像は比較的類似
した画像になってしまうものが多かった。さらに、これ
らの類似画像を区別するために、最適な特徴を吟味した
ところ、これらの画像はLogr軸とθ軸に沿った線分
もしくは矩形の要素で多くの部分が構成されており、こ
の2つの軸に沿った空間周波数の特徴でこれらを区別す
ることがよいことが分かった。したがって、識別光学系
3は、前記座標変換光学系2により変換された情報を系
内に入力するための第3の画像入力手段である画像入力
装置31及び第3の照明手段32と、この第3の画像入
力手段により系内に入力された情報を多重化する多重化
手段33と、この多重化された情報をその個々の領域で
異なった空間周波数フィルタリングするフィルタリング
手段34と、第3の検出手段35より構成し、フーリエ
変換されさらに座標変換されてシフト、回転、拡大縮小
の変形にインバリアントな情報に加工された情報の複数
の空間周波数での特徴を瞬時に検出し、次段の認識系に
この情報を伝達させるものである。
Actually, when the apparatus configured as described above was used to create an image in which various images centered on the alphabet of characters were Fourier-transformed and the coordinates were further transformed, even if the original images differ greatly, Many of the images were relatively similar images. Further, in order to distinguish these similar images, the optimum features were examined. As a result, many of these images were composed of line segments or rectangular elements along the Logr axis and the θ axis. It has been found that it is good to distinguish them by spatial frequency features along one axis. Therefore, the identification optical system 3 includes an image input device 31 and a third illumination means 32, which are third image input means for inputting the information converted by the coordinate conversion optical system 2 into the system, and the third optical input means 31. 3 means for multiplexing the information input into the system by the image input means, 3) filtering means 34 for filtering the multiplexed information in different spatial frequencies in the respective areas, and 3rd detection The means 35 is used to instantly detect the characteristics at a plurality of spatial frequencies of the information that has been Fourier transformed, further coordinate transformed, and processed into invariant information for shift, rotation, and deformation of scaling, and recognizes the next stage. It allows the system to communicate this information.

【0018】ここで、画像入力装置31は、座標変換光
学系2の第2の検出手段の二次元の撮像素子26から送
られた情報を系内に表示するための空間光変調器31a
と、この空間光変調器31aを駆動するためのドライバ
ー31bで、第3の照明手段32は、インコヒーレント
な光束を発生するバックライト照明で構成する。具体的
には、空間光変調器31aとしては空間光変調器21a
と同様の透過型の液晶素子を用い画像を識別光学系の系
内に表示し、さらに、バックライト照明32により照明
し系内に入力する。次に、多重化手段33は、コリメー
タレンズ33aと二次元レンズアレー33bより構成
し、入力された画像の複数の複製像を二次元レンズアレ
ー33bの後側焦点位置に作成するものである。この
際、コリメータレンズ33aは、その前側焦点位置に空
間光変調器31aの表示面がくるように設置し、二次元
レンズアレー33bは各レンズの光軸がコリメータレン
ズ33aの光軸と平行になるように設置する。さらに、
フィルタリング手段34は、二次元レンズアレー33b
の後側焦点位置に書込面が一致するように設置され、多
重化手段により作られた複数の情報を書き込み、さら
に、第4の照明手段34aであるコヒーレント光束で読
み出すことにより、フィルタリング手段中にコヒーレン
トな情報としてこの読み出された情報を入力するための
光書込型で反射型の空間光変調器34bと、これを動作
させるためのドライバー34cと、この読み出された複
数の座標変換像をその個々の領域毎にフーリエ変換する
ためのその前側焦点位置が空間光変調器34bの読出面
に一致するように設置された二次元のフーリエ変換レン
ズアレー34dと、その個々の領域毎に異なった空間周
波数フィルタリングするために、この二次元のフーリエ
変換レンズアレー34dの後側焦点位置に設置された二
次元の空間周波数フィルタアレー34eとで構成する。
Here, the image input device 31 is a spatial light modulator 31a for displaying information transmitted from the two-dimensional image pickup device 26 of the second detecting means of the coordinate conversion optical system 2 in the system.
With the driver 31b for driving the spatial light modulator 31a, the third illuminating means 32 is constituted by a backlight illuminating for generating an incoherent light beam. Specifically, as the spatial light modulator 31a, the spatial light modulator 21a is used.
An image is displayed in the system of the identification optical system by using a transmissive liquid crystal element similar to the above, and is further illuminated by the backlight illumination 32 and input into the system. Next, the multiplexing means 33 is composed of a collimator lens 33a and a two-dimensional lens array 33b, and creates a plurality of duplicate images of the input image at the back focal position of the two-dimensional lens array 33b. At this time, the collimator lens 33a is installed so that the display surface of the spatial light modulator 31a is located at the front focus position thereof, and the optical axis of each lens of the two-dimensional lens array 33b is parallel to the optical axis of the collimator lens 33a. To install. further,
The filtering means 34 is a two-dimensional lens array 33b.
In the filtering means, the writing surface is installed so as to coincide with the rear focal point position, a plurality of pieces of information created by the multiplexing means are written, and further read out by the coherent light beam which is the fourth illuminating means 34a. The optical writing type reflective spatial light modulator 34b for inputting the read information as coherent information, the driver 34c for operating the spatial light modulator 34b, and the plurality of read coordinate transformations. A two-dimensional Fourier transform lens array 34d installed so that its front focus position for Fourier transforming the image for each individual region thereof coincides with the reading surface of the spatial light modulator 34b, and for each individual region thereof. In order to perform different spatial frequency filtering, a two-dimensional spatial frequency filter installed at the back focal position of this two-dimensional Fourier transform lens array 34d. It is composed of a Rutaare 34e.

【0019】空間光変調器34bには、ビスマスシリカ
オキサイドやチタン酸バリウム等の結晶系の空間変調器
や、有機非線形材料系の空間変調器、ディフォーマブル
ミラー等の屈折・偏向型の空間変調器等、種々のものが
考えられるが、本実施例では、液晶空間変調器を用い
た。液晶空間変調器の場合、強誘電性のものやスーパー
ツイストネマティックのものであれば、記録再生が10
00〜2000Hzという高速なサイクルで、しかも、
100〜200本/mmという高解像力で可能である。
また、二次元の空間周波数フィルタアレー34eは二次
元のフーリエ変換レンズアレーと同数で、同一配列のフ
ィルタを並べたものであり、図2(a)に示すように、
約半数がLogr軸に対応したもので、残りがθ軸に対
応したものである。各フィルタは、二次元のフーリエ変
換レンズアレー34dの対応するレンズの光軸位置から
それぞれ異なった距離の位置に開口が設けてある。さら
に、第3の検出手段35は、二次元の空間周波数フィル
タアレー34eに隣接して設置される二次元のディテク
ターアレーより構成されており、個々のディテクターの
受光部分は、二次元の空間周波数フィルタアレー34e
の各フィルタの開口位置をカバーできる同一の大きさを
持っている。また、第4の照明手段34aであるコヒー
レント光束としては、本実施例の場合、簡単のためフー
リエ変換光学系1で用いた光束12を利用する。具体的
には、ビームスプリッタ12eを透過してきた光束をミ
ラー12f、12g及びビームスプリッタ12hで曲
げ、略平行なコヒーレント光束34aとして利用する。
The spatial light modulator 34b includes a crystal spatial modulator such as bismuth silica oxide or barium titanate, an organic nonlinear material spatial modulator, and a refraction / deflection type spatial modulator such as a deformable mirror. Although various devices such as a liquid crystal device can be considered, a liquid crystal spatial modulator is used in this embodiment. In the case of a liquid crystal spatial modulator, if it is a ferroelectric type or a super twisted nematic type, the recording / reproducing is 10
With a high-speed cycle of 0 to 2000 Hz,
It is possible with a high resolution of 100 to 200 lines / mm.
In addition, the two-dimensional spatial frequency filter array 34e has the same number of filters as the two-dimensional Fourier transform lens array and the filters of the same array are arranged, and as shown in FIG.
About half of them correspond to the Logr axis, and the rest correspond to the θ axis. Each filter has an opening provided at a different distance from the optical axis position of the corresponding lens of the two-dimensional Fourier transform lens array 34d. Further, the third detecting means 35 is composed of a two-dimensional detector array installed adjacent to the two-dimensional spatial frequency filter array 34e, and the light receiving portion of each detector is a two-dimensional spatial frequency filter. Array 34e
It has the same size that can cover the opening position of each filter. Further, as the coherent light beam which is the fourth illuminating means 34a, in the case of the present embodiment, the light beam 12 used in the Fourier transform optical system 1 is used for simplicity. Specifically, the light beam that has passed through the beam splitter 12e is bent by the mirrors 12f and 12g and the beam splitter 12h, and is used as a substantially parallel coherent light beam 34a.

【0020】最後に、認識系4は、フーリエ変換光学系
1でフーリエ変換され、さらに、座標変換光学系2で座
標変換されて、シフト、回転、拡大縮小の変形にインバ
リアントな情報に加工された情報を、さらに、識別光学
系3で瞬時に検出した複数の空間周波数での特徴として
入力し、認識を行うものである。本実施例では、この認
識系4にニューラルネットワークのバックプロパゲーシ
ョンモデルを用いた。なお、本実施例のニューラルネッ
トワークのバックプロパゲーションモデルは、コンピュ
ータ上にソフトウェアとして実現されている。
Finally, the recognition system 4 is Fourier-transformed by the Fourier-transform optical system 1 and further coordinate-transformed by the coordinate-transforming optical system 2 so as to be processed into invariant information for shift, rotation and scaling deformation. The information thus obtained is further inputted as a feature at a plurality of spatial frequencies that are instantaneously detected by the identification optical system 3 for recognition. In this embodiment, the recognition system 4 uses a back propagation model of a neural network. The back propagation model of the neural network of this embodiment is realized as software on a computer.

【0021】このバックプロパゲーションモデルでは、
まず、学習によりニューラルネットワークの各層間のシ
ナプス荷重を決定することが必要となる。これは、認識
すべき画像を順次第1の画像入力手段により装置中に入
力し、上述のフーリエ変換光学系1、座標変換光学系
2、さらに、識別光学系3を経ることにより加工され検
出され、識別光学系3の第3の検出手段で複数の空間周
波数での特徴を瞬時に検出し、それらの特徴をそれぞれ
ニューラルネットワークの入力層のニューロンに入力
し、この際、ニューラルネットワークの出力層のニュー
ロンの発火が認識すべき画像に対応して選択的に行われ
るように、逆伝播学習則を用いて各層間のシナプス荷重
を決定すればよい。認識の際には、この各層間のシナプ
ス荷重を固定し、認識すべき画像を第1の画像入力手段
により装置中に入力し、出力層のニューロンの発火を検
出すればよい。以上の構成により、本画像処理装置は、
入力画像がシフトや回転、拡大縮小の変形を受けても、
同一の物体であると認識できることをは明らかである。
In this back propagation model,
First, it is necessary to determine the synaptic weight between each layer of the neural network by learning. This is processed and detected by sequentially inputting an image to be recognized into the apparatus by the first image inputting means, and passing through the Fourier transform optical system 1, the coordinate transform optical system 2 and the identification optical system 3 described above. , The third detection means of the discrimination optical system 3 instantaneously detects features at a plurality of spatial frequencies, and inputs these features to the neurons of the input layer of the neural network. At this time, the features of the output layer of the neural network are input. The backpropagation learning rule may be used to determine the synaptic weights between layers so that the firing of neurons is selectively performed corresponding to the image to be recognized. At the time of recognition, the synapse load between the layers may be fixed, the image to be recognized may be input into the apparatus by the first image input means, and firing of neurons in the output layer may be detected. With the above configuration, the image processing apparatus
Even if the input image is shifted, rotated, or deformed by scaling,
Obviously, they can be recognized as the same object.

【0022】なお、上記の実施例では、認識系4として
バックプロパゲーションモデルのニューラルネットワー
クを考えたが、ホップフィールドモデル、RCEモデ
ル、ARTモデル等の他のニューラルネットワークモデ
ルを用いた場合でも、同様な効果のある画像処理装置が
実現できることはいうまでもない。また、上記の実施例
では、認識系4として用いたニューラルネットワークを
コンピュータ上のソフトウェアで構築したが、専用ニュ
ーロチップを用いたり、光デバイス等を用いたりしても
もちろんよい。さらには、認識系4としては、ニューラ
ルネットワークを用いなくとも、マッチドスペシャルフ
ィルタを用いた相関器や、ジョイントトランスフォーム
コリレータ(JTC)等でも同様な効果のある画像処理
装置が実現できる。
In the above embodiment, a backpropagation model neural network was considered as the recognition system 4, but the same applies when other neural network models such as Hopfield model, RCE model and ART model are used. It goes without saying that an image processing apparatus having various effects can be realized. Further, in the above embodiment, the neural network used as the recognition system 4 was constructed by software on a computer, but it is of course possible to use a dedicated neurochip or an optical device. Further, as the recognition system 4, a correlator using a matched special filter, a joint transform correlator (JTC), or the like can be used to realize an image processing device having a similar effect without using a neural network.

【0023】また、上記の実施例では、二次元の空間周
波数フィルタアレー34eは、図2(b)に示すよう
に、中心(光軸)に対して対称な位置にさらに開口を設
けた要素で構成してもよいし、図2(c)に示すよう
に、非対称な開口を設けた要素で構成してもよい。さら
に、図2(a)に示したように、均一間隔で開口が配列
されている必要はなく、特に重要な周波数成分に対応す
る領域だけ細かく、その他の領域は粗く配列させてもも
ちろんよい。
Further, in the above embodiment, the two-dimensional spatial frequency filter array 34e is an element in which an opening is further provided at a position symmetrical with respect to the center (optical axis) as shown in FIG. 2 (b). It may be configured, or, as shown in FIG. 2C, may be configured by an element having an asymmetric opening. Further, as shown in FIG. 2A, it is not necessary that the openings are arranged at uniform intervals, and it is of course possible to arrange the areas corresponding to the particularly important frequency components fine and the other areas coarsely arranged.

【0024】さらに、上記の実施例では、多重化手段3
3は、図1に示した単一のコリメータレンズ33aと二
次元レンズアレー33bの組み合せ以外にも、図3
(a)に示したように、単一コリメータレンズ33aと
屈折率分布型のマイクロレンズアレー33b’の組み合
せ、同図(b)に示したように、単一コリメータレンズ
33aと屈折率分布型のロッドレンズアレー33b”の
組み合せ、同図(c)に示したように、コリメータレン
ズとしての屈折率分布型のロッドレンズ33a’と屈折
率分布型のマイクロレンズアレー33b’の組み合せ
等、他にも種々用いることができる。
Further, in the above embodiment, the multiplexing means 3
3 is not limited to the combination of the single collimator lens 33a and the two-dimensional lens array 33b shown in FIG.
As shown in (a), a combination of a single collimator lens 33a and a refractive index distribution type microlens array 33b ', and as shown in (b) of the same figure, a single collimator lens 33a and a refractive index distribution type The combination of the rod lens array 33b ″, the combination of the gradient index rod lens 33a ′ as the collimator lens and the gradient index microlens array 33b ′ as shown in FIG. Various types can be used.

【0025】〔実施例2〕本実施例の画像処理装置を、
図4の構成を示す図を参照にして説明する。本実施例で
は、実施例1の識別光学系3中の第3の画像入力手段の
第3の照明手段32と多重化手段33の部分を別の構成
にし、他を実施例1と同一に構成したものであり、図中
には、簡単のため、識別光学系3と認識系4とそれに付
随した部分のみ示してある。
[Embodiment 2] The image processing apparatus of the present embodiment is
This will be described with reference to the diagram showing the configuration of FIG. In this embodiment, the third illuminating means 32 and the multiplexing means 33 of the third image input means in the identification optical system 3 of the first embodiment have different configurations, and the other configurations are the same as those of the first embodiment. In the figure, for simplification, only the identification optical system 3, the recognition system 4 and the parts associated therewith are shown.

【0026】本実施例の識別光学系3において、フーリ
エ変換光学系1及び座標変換光学系2を経て処理された
情報を系内に表示するための画像入力装置31の画像
は、第3の照明手段32である略平行なコヒーレント光
束で系内に入力されるが、このコヒーレント光束は、本
実施例の場合、簡単のためフーリエ変換光学系1で用い
た光束12を利用する。具体的には、ビームスプリッタ
12eを透過してきた光束をビームスプリッタ12mで
曲げ、照明手段32である略平行なコヒーレント光束と
して利用する。多重化手段33は、レンズ33cとレン
ズ33dを共焦点配置にし、その前側のレンズ33cの
前側焦点の位置に空間光変調器31aの表示面がくるよ
うに設置し、さらに、レンズ33cの後側焦点位置(共
焦点配置であるから、レンズ33dの前側焦点の位置に
一致する。)に、二次元のグレーティング33eとして
本実施例の場合はDammann型の二次元グレーティ
ングを設置する。この構成(いわゆる二重回折系の配
置)により、レンズ33dの後側焦点位置に多重結像さ
れた像が形成される。この多重結像された情報は、さら
に、フィルタリング手段34、第3の検出手段35を経
て認識手段4に送られるが、実施例1と同様に、入力画
像がシフトや回転、拡大縮小の変形を受けても、同一の
物体であると認識できる画像処理装置が構成できること
はいうまでもない。
In the identification optical system 3 of this embodiment, the image of the image input device 31 for displaying the information processed through the Fourier transform optical system 1 and the coordinate transform optical system 2 in the system is the third illumination. The substantially parallel coherent light flux, which is the means 32, is input into the system. In this embodiment, the light flux 12 used in the Fourier transform optical system 1 is used for simplicity. Specifically, the light beam transmitted through the beam splitter 12e is bent by the beam splitter 12m and is used as a substantially parallel coherent light beam which is the illuminating means 32. The multiplexing means 33 is arranged so that the lens 33c and the lens 33d are confocal, and the display surface of the spatial light modulator 31a is located at the front focus position of the lens 33c on the front side of the lens 33c. In the case of the present embodiment, a Dammann type two-dimensional grating is installed as the two-dimensional grating 33e at the focal position (because of the confocal arrangement, it coincides with the position of the front focal point of the lens 33d). With this configuration (so-called double-diffraction system arrangement), a multiple-focused image is formed at the rear focal point of the lens 33d. The multiple-imaged information is further sent to the recognizing means 4 via the filtering means 34 and the third detecting means 35. However, as in the first embodiment, the input image is deformed by shifting, rotating or scaling. It goes without saying that an image processing apparatus that can recognize the same object even if received can be configured.

【0027】〔実施例3〕本実施例の画像処理装置を、
図5の構成を示す図を参照にして説明する。本実施例
は、識別光学系3をより簡単な構造にしたものであり、
これ以外の部分は実施例1と同一に構成してある。な
お、簡単のため、図中には識別光学系3と認識系4とそ
れに付随した部分のみ示してある。
[Third Embodiment] An image processing apparatus according to the present embodiment is
This will be described with reference to the diagram showing the configuration of FIG. In this embodiment, the identification optical system 3 has a simpler structure,
The other parts are configured the same as in the first embodiment. For the sake of simplicity, only the identification optical system 3, the recognition system 4 and the parts associated therewith are shown in the drawing.

【0028】本実施例の識別光学系3は、フーリエ変換
光学系1及び座標変換光学系2を経て処理された情報を
系内に表示するための第3の画像入力手段である画像入
力装置31と、様々な方向からのコリメート光を発生さ
せてこの表示された画像を読み出すための第3の照明手
段32である略平行なコヒーレント光束及び多重化手段
33と、その読み出された情報の重畳した各々の方向の
コリメート光により形成される各々の領域において異な
った空間周波数フィルタリングするフィルタリング手段
34と、第3の検出手段35より構成し、フーリエ変換
されさらに座標変換されてシフト、回転、拡大縮小の変
形にインバリアントな情報に加工された情報の複数の空
間周波数での特徴を瞬時に検出し、次段の認識系4にこ
の情報を伝達させるものである。
The identification optical system 3 of this embodiment is an image input device 31 which is a third image input means for displaying the information processed through the Fourier transform optical system 1 and the coordinate transform optical system 2 in the system. And a substantially parallel coherent light flux and multiplexing means 33, which is a third illumination means 32 for generating collimated light from various directions to read out the displayed image, and superposition of the read information. Each of the regions formed by the collimated light in each direction is composed of filtering means 34 for performing different spatial frequency filtering and third detecting means 35, and Fourier transform and coordinate transformation are performed to shift, rotate, and enlarge / reduce. The characteristics of information processed into invariant information at multiple spatial frequencies are instantly detected, and this information is transmitted to the recognition system 4 in the next stage. It is intended.

【0029】ここで、照明手段32である略平行なコヒ
ーレント光束は、本実施例の場合、簡単のためフーリエ
変換光学系1で用いた光束12を利用した。具体的に
は、ビームスプリッタ12eを透過してきた光束をミラ
ー12iで曲げることにより得た光束を照明手段32で
ある略平行なコヒーレント光束とした。この照明手段3
2である略平行なコヒーレント光束は、多重化手段33
である共焦点配置にした屈折率分布型のマイクロレンズ
アレー33b’及びコリメータレンズ33aにより様々
な方向からのコリメート光に変換される。なお、二次元
レンズアレー33b’は各レンズの光軸がコリメータレ
ンズ33aの光軸と平行になるように設置する。この様
々な方向からのコリメート光には、画像入力装置31に
より、座標変換光学系2の第2の検出手段の二次元の撮
像素子26から送られた情報が重畳されるが、この画像
入力装置31は、空間光変調器31aと、この空間光変
調器31aを駆動するためのドライバ31bとで構成す
る。具体的には、空間光変調器31aとしては、実施例
1と同様の透過型の液晶素子を用い、その表示面をコリ
メータレンズ33aの後側焦点位置に一致させるよう配
置する。さらに、この読み出された情報の重畳した各々
の方向のコリメート光は、フーリエ変換レンズ34d’
と、実施例1と同様な二次元の空間周波数フィルタアレ
ー34eとで構成されるフィルタリング手段34で処理
される。具体的には、この読み出された情報の重畳した
各々の方向のコリメート光は、空間光変調器31aの表
示面に前側焦点位置が一致するよう設置されたフーリエ
変換レンズ34d’によりフーリエ変換され、このフー
リエ変換レンズ34d’の後側焦点位置に各々の方向の
コリメート光に対応した複数のフーリエ変換情報(重畳
した情報の)を形成する。なお、簡単のため、図中には
この1つの要素に対する光束の振る舞いのみをハッチで
示してある。そして、このフーリエ変換レンズ34d’
の後側焦点位置に、実施例1と同様な二次元の空間周波
数フーリエアレー34eを設置すれば、形成される各々
の領域において異なった空間周波数フィルタリングが行
われる。さらに、第3の検出手段35も、実施例1と同
様な二次元のディテクターアレーを同様な配置で用いて
いる。この第2の検出手段35で検出された情報は、さ
らに認識手段4に送られるが、実施例1と同様に、入力
画像がシフトや回転、拡大縮小の変形を受けても、同一
の物体であると認識できる画像処理装置が構成できるこ
とはいうまでもない。
Here, as the substantially parallel coherent light beam which is the illuminating means 32, the light beam 12 used in the Fourier transform optical system 1 is used for simplicity in this embodiment. Specifically, the light flux obtained by bending the light flux transmitted through the beam splitter 12e by the mirror 12i is used as the illuminating means 32 and is a substantially parallel coherent light flux. This lighting means 3
The substantially parallel coherent light flux of 2 is the multiplexing means 33.
The collimated light from various directions is converted by the refractive index distribution type microlens array 33b ′ and the collimator lens 33a which are arranged in the confocal arrangement. The two-dimensional lens array 33b 'is installed so that the optical axis of each lens is parallel to the optical axis of the collimator lens 33a. Information sent from the two-dimensional image pickup device 26 of the second detecting means of the coordinate conversion optical system 2 is superimposed on the collimated light from various directions by the image input device 31. Reference numeral 31 includes a spatial light modulator 31a and a driver 31b for driving the spatial light modulator 31a. Specifically, as the spatial light modulator 31a, a transmissive liquid crystal element similar to that of the first embodiment is used, and its display surface is arranged so as to coincide with the rear focal position of the collimator lens 33a. Further, the collimated light in each direction in which the read information is superimposed is the Fourier transform lens 34d ′.
And a two-dimensional spatial frequency filter array 34e similar to that of the first embodiment. Specifically, the collimated light in each direction in which the read information is superimposed is Fourier-transformed by the Fourier transform lens 34d ′ installed so that the front focus position matches the display surface of the spatial light modulator 31a. A plurality of pieces of Fourier transform information (of superposed information) corresponding to the collimated light in each direction are formed at the rear focal position of the Fourier transform lens 34d '. For simplicity, only the behavior of the light flux with respect to this one element is shown by hatching in the figure. Then, this Fourier transform lens 34d '
If a two-dimensional spatial frequency Fourier array 34e similar to that of the first embodiment is installed at the rear focal position, different spatial frequency filtering is performed in each formed region. Further, the third detecting means 35 also uses a two-dimensional detector array similar to that of the first embodiment in the same arrangement. The information detected by the second detecting means 35 is further sent to the recognizing means 4, but as in the first embodiment, even if the input image is deformed by shifting, rotating, or scaling, the same object is used. It goes without saying that an image processing apparatus that can be recognized as being present can be configured.

【0030】〔実施例4〕本実施例の画像処理装置を、
図6の構成を示す図を参照にして説明する。本実施例
は、実施例3の識別光学系3中に使われている画像入力
手段の画像入力装置を、光書込型で反射型の空間光変調
器に代えて、装置全体をより簡単な構成としたものであ
り、座標変換光学系2と識別光学系3以外の部分は、実
施例1と同一に構成してある。なお、簡単のため、図中
には、座標変換光学系2、識別光学系3、認識系4及び
それに付随した部分のみ示してある。
[Embodiment 4] The image processing apparatus of the present embodiment is
This will be described with reference to the diagram showing the configuration of FIG. In the present embodiment, the image input device of the image input means used in the identification optical system 3 of the third embodiment is replaced with an optical writing type and reflection type spatial light modulator, and the entire device is simplified. The configuration is the same as that of the first embodiment except the coordinate conversion optical system 2 and the identification optical system 3. For the sake of simplicity, only the coordinate conversion optical system 2, the identification optical system 3, the recognition system 4 and the parts associated therewith are shown in the drawing.

【0031】本実施例の座標変換光学系2は、フーリエ
変換光学系1により変換されたフーリエスペクトル情報
を系内に入力するための画像入力装置21及び第2の照
明手段22からなる第2の画像入力手段と、この画像入
力手段により系内に入力された画像のフーリエスペクト
ル情報に対数極座標変換(Logr−θ変換)のための
位相情報を重畳するためのCGH23と、さらに、この
重畳された情報をフーリエ変換するための第2のフーリ
エ変換レンズ24とで構成し、認識すべき物体情報をさ
らに回転及び拡大縮小にインバリアントな情報に変換さ
せるものであり、実施例1との違いは、ここで変換され
た情報を直接次段に書き込むために第2の検出手段が不
要になった点だけで、その他は同様である。また、本実
施例の識別光学系3は、フーリエ変換光学系1及び座標
変換光学系2を経て処理された情報を系内に表示するた
めの第3の画像入力手段である画像入力装置31と、様
々な方向からのコリメート光を発生させてこの表示され
た画像を読み出すための第3の照明手段32である略平
行なコヒーレント光束及び多重化手段33と、その読み
出された情報の重畳した各々の方向のコリメート光によ
り形成される各々の領域において、異なった空間周波数
フィルタリングするフィルタリング手段34と、第3の
検出手段35より構成し、フーリエ変換されさらに座標
変換されてシフト、回転、拡大縮小の変形にインバリア
ントな情報に加工された情報の複数の空間周波数での特
徴を瞬時に検出し、次段の認識系4にこの情報を伝達さ
せるものである。
The coordinate conversion optical system 2 of this embodiment is a second optical input device 21 and second illumination means 22 for inputting the Fourier spectrum information converted by the Fourier conversion optical system 1 into the system. An image input unit, a CGH 23 for superimposing phase information for logarithmic polar coordinate conversion (Logr-θ conversion) on the Fourier spectrum information of the image input into the system by the image input unit, and further, this CGH 23. The second Fourier transform lens 24 for Fourier transforming information is used to transform the object information to be recognized into invariant information for rotation and enlargement / reduction. The difference from the first embodiment is as follows. The other points are the same except that the second detecting means is not necessary to directly write the converted information in the next stage. Further, the identification optical system 3 of the present embodiment includes an image input device 31 which is a third image input means for displaying information processed through the Fourier transform optical system 1 and the coordinate transform optical system 2 in the system. , Substantially parallel coherent light flux and multiplexing means 33 which is a third illuminating means 32 for generating collimated light from various directions and reading out the displayed image, and the read information is superposed. In each area formed by the collimated light in each direction, it comprises a filtering means 34 for different spatial frequency filtering and a third detection means 35, which is Fourier transformed and further coordinate transformed to shift, rotate and scale. Of the information processed into the invariant information for the transformation of the above, the characteristics at a plurality of spatial frequencies are instantly detected, and this information is transmitted to the recognition system 4 in the next stage. It is.

【0032】ここで、照明手段32である略平行なコヒ
ーレント光束は、本実施例の場合、簡単のためフーリエ
変換光学系1で用いた光束12を利用した。具体的に
は、ビームスプリッタ12dを透過してきた光束をミラ
ー12i及びミラー12j、ミラー12kで曲げること
により得た光束を、照明手段32である略平行なコヒー
レント光束とした。なお、12lは光束径調整のための
絞りであり、必須のものではない。この照明手段32で
ある略平行なコヒーレント光束は、多重化手段33であ
る共焦点配置にした屈折率分布型のマイクロレンズアレ
ー33b’及びコリメータレンズ33aにより、様々な
方向からのコリメート光に変換される。なお、二次元レ
ンズアレー33b’は各レンズの光軸がコリメータレン
ズ33aの光軸と平行になるように設置する。この様々
な方向からのコリメート光には、画像入力装置31によ
り、座標変換光学径2から送られた情報が重畳される
が、この画像入力装置31は、書込面が第2のフーリエ
変換レンズ24の後側焦点位置に、さらに読出面がコリ
メータレンズ33aの後側焦点位置に設置された実施例
1の空間光変調器34bと同様の光書込型で反射型の液
晶空間光変調器31aと、この液晶空間光変調器31a
を駆動するためのドライバ31bで構成する。もちろ
ん、実施例1の場合と同様に、他の空間光変調器も使え
る。この液晶空間光変調器31aで反射され情報の重畳
した各々の方向のコリメート光は、コリメータレンズ3
3aを逆行し、フーリエ変換され、さらに、このコリメ
ータレンズ33aの後側焦点位置に設置された実施例1
と同様な二次元の空間周波数フィルタアレー34eで構
成されるフィルタリング手段34で同様に処理され、各
々の領域において異なった空間周波数フィルタリングが
行われる。
Here, as the substantially parallel coherent light beam which is the illuminating means 32, the light beam 12 used in the Fourier transform optical system 1 is used for simplicity in this embodiment. Specifically, the light flux obtained by bending the light flux transmitted through the beam splitter 12d by the mirror 12i, the mirror 12j, and the mirror 12k is used as the illumination means 32 and is a substantially parallel coherent light flux. The reference numeral 12l is a diaphragm for adjusting the diameter of the light beam, and is not essential. The substantially parallel coherent light flux as the illuminating means 32 is converted into collimated light from various directions by a confocal arrangement refractive index distribution type microlens array 33b ′ and a collimator lens 33a as the multiplexing means 33. It The two-dimensional lens array 33b 'is installed so that the optical axis of each lens is parallel to the optical axis of the collimator lens 33a. The information input from the coordinate conversion optical diameter 2 is superimposed on the collimated light from the various directions by the image input device 31, and the image input device 31 has a writing surface with a second Fourier transform lens. The liquid crystal spatial light modulator 31a of the optical writing type and the reflection type, which is similar to the spatial light modulator 34b of the first embodiment, in which the read surface is provided at the rear focal position of 24 and the read surface is provided at the rear focal position of the collimator lens 33a. And this liquid crystal spatial light modulator 31a
Driver 31b for driving the. Of course, other spatial light modulators can be used as in the case of the first embodiment. The collimated light in each direction in which the information is superposed is reflected by the liquid crystal spatial light modulator 31a and collimator lens 3
3A is reversed, Fourier-transformed, and further, the collimator lens 33a is installed at the rear focal position of the first embodiment.
The same processing is performed by the filtering means 34 including a two-dimensional spatial frequency filter array 34e similar to the above, and different spatial frequency filtering is performed in each region.

【0033】なお、図や説明からも明らかなように、こ
の識別光学系3はレンズ33aを光軸に対して二分し、
一方を様々な方向からのコリメート光を発生させるため
のコリメータレンズとして、他方にこれによって読み出
され情報の重畳した各々のコリメート光をフーリエ変換
するためのフーリエ変換レンズとして用いているため、
系はコンパクトになっているが、扱える空間周波数フィ
ルタリングの種類は半分になっている。さらに、第3の
検出手段35も、実施例1と同様な二次元のディテクタ
ーアレーを同様な配置で用いている。この第3の検出手
段35で検出された情報はさらに認識系4に送られる
が、実施例1と同様に、入力画像がシフトや回転、拡大
縮小の変形を受けても、同一の物体であると認識できる
画像処理装置が構成できることは言うまでもない。
As can be seen from the drawings and the description, the identification optical system 3 divides the lens 33a into two parts with respect to the optical axis,
Since one is used as a collimator lens for generating collimated light from various directions, and the other is used as a Fourier transform lens for Fourier transforming each collimated light in which information read by this is superimposed.
The system is compact, but the number of types of spatial frequency filtering that can be handled is halved. Further, the third detecting means 35 also uses a two-dimensional detector array similar to that of the first embodiment in the same arrangement. The information detected by the third detecting means 35 is further sent to the recognition system 4, but it is the same object even if the input image is deformed by shifting, rotating, or scaling like the first embodiment. It goes without saying that an image processing device that can be recognized can be configured.

【0034】以上、本発明の画像処理装置をいくつかの
実施例に基づいて説明してきたが、本発明はこれら実施
例に限定されず種々の変形が可能である。
The image processing apparatus of the present invention has been described above based on some embodiments, but the present invention is not limited to these embodiments and various modifications can be made.

【0035】[0035]

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
の画像処理装置によると、フーリエ変換光学系さらに座
標変換光学系によりシフト、回転、拡大縮小にインバリ
アントな情報に変換された入力物体の画像情報を、その
特徴を区別するのに最も有効な複数の空間周波数情報と
して識別光学系により瞬時に取り出し、さらに、この情
報を認識系であるニューラルネットワーク等で認識する
ようにしたから、シフト、回転、拡大縮小等の変形を受
けた画像をも精度よく高速に識別・認識できるようにな
った。
As is apparent from the above description, according to the image processing apparatus of the present invention, the input object converted into the invariant information for shifting, rotation and scaling by the Fourier transform optical system and the coordinate transform optical system. The image information of is extracted instantaneously by the identification optical system as a plurality of spatial frequency information that is most effective for distinguishing its features, and further this information is recognized by the neural network which is a recognition system. It is now possible to identify and recognize images that have undergone deformation such as rotation and enlargement / reduction with high accuracy and at high speed.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の実施例1の画像処理装置の構成を示す
図である。
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of an image processing apparatus according to a first embodiment of the present invention.

【図2】二次元空間周波数フィルタアレーの構成例を示
す図である。
FIG. 2 is a diagram showing a configuration example of a two-dimensional spatial frequency filter array.

【図3】コリメータレンズと二次元レンズアレーの組み
合せ変形例を示す図である。
FIG. 3 is a diagram showing a modified example of a combination of a collimator lens and a two-dimensional lens array.

【図4】実施例2の画像処理装置の構成の要部を示す図
である。
FIG. 4 is a diagram illustrating a main part of a configuration of an image processing apparatus according to a second embodiment.

【図5】実施例3の画像処理装置の構成の要部を示す図
である。
FIG. 5 is a diagram illustrating a main part of a configuration of an image processing apparatus according to a third embodiment.

【図6】実施例4の画像処理装置の構成の要部を示す図
である。
FIG. 6 is a diagram illustrating a main part of a configuration of an image processing apparatus according to a fourth exemplary embodiment.

【図7】従来の対数極座標変換光学系を示す図である。FIG. 7 is a diagram showing a conventional logarithmic polar coordinate conversion optical system.

【図8】従来の相関光学系を示す図である。FIG. 8 is a diagram showing a conventional correlation optical system.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…フーリエ変換光学系 2…座標変換光学系 3…識別光学系 4…認識系 11…画像入力装置 11a…撮像素子 11b…空間光変調器 11c…ドライバー 12…第1照明手段 12a…コヒーレント光源 12b…ビームエクスパンダ 12b1 …絞り込みレンズ 12b2 …ピンホール 12b3 …コリメータレンズ 12c、12f、12g、12i、12j、12k…ミ
ラー 12d、12e、12h、12m…ビームスプリッタ 12l…絞り 13…第1フーリエ変換レンズ 14…スクリーン 15…二次元撮像素子 21…画像入力装置 21a…空間光変調器 21b…ドライバー 22…第2照明手段 23…CGH(計算機ホログラム) 24…第2フーリエ変換レンズ 25…スクリーン 26…二次元撮像素子 31…画像入力装置 31a…空間光変調器 31b…ドライバー 32…第3照明手段 33…多重化手段 33a…コリメータレンズ 33b…二次元レンズアレー 33b’…屈折率分布型マイクロレンズアレー 33b”…屈折率分布型ロッドレンズアレー 33c、33d…レンズ 33e…二次元グレーティング 34…フィルタリング手段 34a…第4照明手段 34b…空間光変調器 34c…ドライバー 34d…二次元フーリエ変換レンズアレー 34d’…フーリエ変換レンズ 34e…二次元空間周波数フィルタアレー 35…第3検出手段
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Fourier transform optical system 2 ... Coordinate transform optical system 3 ... Identification optical system 4 ... Recognition system 11 ... Image input device 11a ... Imaging element 11b ... Spatial light modulator 11c ... Driver 12 ... 1st illumination means 12a ... Coherent light source 12b ... beam expander 12b 1 ... diaphragm lens 12b 2 ... pinhole 12b 3 ... collimator lens 12c, 12f, 12g, 12i, 12j, 12k ... mirrors 12d, 12e, 12h, 12m ... beam splitter 12l ... diaphragm 13 ... first Fourier Transforming lens 14 ... Screen 15 ... Two-dimensional imaging device 21 ... Image input device 21a ... Spatial light modulator 21b ... Driver 22 ... Second illuminating means 23 ... CGH (Computer hologram) 24 ... Second Fourier transform lens 25 ... Screen 26 ... Two-dimensional image pickup device 31 ... Image input device 31a Spatial light modulator 31b ... Driver 32 ... Third illuminating means 33 ... Multiplexing means 33a ... Collimator lens 33b ... Two-dimensional lens array 33b '... Gradient index distribution type microlens array 33b "... Gradient index distribution type rod lens array 33c, 33d ... Lens 33e ... Two-dimensional grating 34 ... Filtering means 34a ... Fourth illumination means 34b ... Spatial light modulator 34c ... Driver 34d ... Two-dimensional Fourier transform lens array 34d '... Fourier transform lens 34e ... Two-dimensional spatial frequency filter array 35 ... Third detection means

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 認識すべき画像を系内に入力するための
第1の画像入力手段と、この第1の画像入力手段により
系内に入力された画像情報をフーリエスペクトル情報に
変換するための第1のフーリエ変換レンズと、この第1
のフーリエ変換レンズの後側焦点の位置に置かれたフー
リエ変換面に出力されたフーリエスペクトル情報を検出
するための第1の検出手段とを備えたフーリエ変換光学
系と、この検出されたフーリエスペクトル情報を系内に
入力するための第2の画像入力手段と、この第2の画像
入力手段により系内に入力された画像のフーリエスペク
トル情報に所望の座標変換のための位相情報を重畳する
ための計算機ホログラムと、さらに、この重畳された情
報をフーリエ変換するための第2のフーリエ変換レンズ
と、この第2のフーリエ変換レンズの後側焦点の位置に
置かれた座標変換面に出力された座標変換情報を検出す
るための第2の検出手段とを備えた座標変換光学系と、
この検出された座標変換情報を系内に入力するための第
3の画像入力手段と、この第3の画像入力手段により系
内に入力された座標変換情報を多重化するための多重化
手段と、この多重化された座標変換情報をその個々の領
域で異なった空間周波数フィルタリングするフィルタリ
ング手段と、このフィルタリング手段によって空間周波
数フィルタリングされた個々の領域での座標変換情報を
検出するための第3の検出手段とを備えた識別光学系
と、この識別光学系で検出された出力に基づいて入力画
像の認識を行う認識系とを含むことを特徴とする画像処
理装置。
1. A first image input means for inputting an image to be recognized into the system, and a first image input means for converting the image information input into the system into Fourier spectrum information. The first Fourier transform lens and this first
Fourier transform optical system including first detecting means for detecting the Fourier spectrum information output to the Fourier transform plane placed at the position of the rear focal point of the Fourier transform lens of, and the detected Fourier spectrum Second image input means for inputting information into the system, and for superimposing phase information for desired coordinate conversion on the Fourier spectrum information of the image input into the system by the second image input means. The computer generated hologram, the second Fourier transform lens for Fourier transforming the superimposed information, and the coordinate transform plane placed at the rear focal point of the second Fourier transform lens. A coordinate conversion optical system including second detection means for detecting coordinate conversion information;
Third image input means for inputting the detected coordinate conversion information into the system, and multiplexing means for multiplexing the coordinate conversion information input into the system by the third image input means. A filtering means for filtering the multiplexed coordinate transformation information in different spatial frequencies in the respective areas, and a third means for detecting the coordinate transformation information in the individual areas subjected to the spatial frequency filtering by the filtering means. An image processing apparatus comprising: an identification optical system including a detection unit; and a recognition system that recognizes an input image based on an output detected by the identification optical system.
【請求項2】 前記多重化手段として、二次元レンズア
レーを用い、前記フィルタリング手段として、二次元フ
ーリエ変換レンズアレーとそのフーリエ変換面に配置さ
れた二次元空間周波数フィルタアレーとを備えた系を用
いたことを特徴とする請求項1記載の画像処理装置。
2. A system comprising a two-dimensional lens array as the multiplexing means, and a two-dimensional Fourier transform lens array and a two-dimensional spatial frequency filter array arranged on the Fourier transform plane as the filtering means. The image processing apparatus according to claim 1, wherein the image processing apparatus is used.
【請求項3】 前記多重化手段として、結像光学系とそ
の系中に配置された二次元回折手段とを備えた系を用
い、前記フィルタリング手段として、二次元フーリエ変
換レンズアレーとそのフーリエ変換面に配置された二次
元空間周波数フィルタアレーとを備えた系を用いたこと
を特徴とする請求項1記載の画像処理装置。
3. A system comprising an imaging optical system and a two-dimensional diffractive means arranged in the system is used as the multiplexing means, and a two-dimensional Fourier transform lens array and its Fourier transform are used as the filtering means. The image processing apparatus according to claim 1, wherein a system having a two-dimensional spatial frequency filter array arranged on a plane is used.
【請求項4】 前記多重化手段として、前記の第3の画
像入力手段により系内に入力された座標変換情報に対し
て異なる複数の方向からコリメート光を照射する光学系
を有し、前記フィルタリング手段として、フーリエ変換
レンズとそのフーリエ変換面に配置された二次元空間周
波数フィルタアレーとを備えた系を用いたことを特徴と
する請求項1記載の画像処理装置。
4. An optical system for irradiating the collimated light from a plurality of different directions with respect to the coordinate conversion information input into the system by the third image inputting means, as the multiplexing means, and the filtering. The image processing apparatus according to claim 1, wherein a system including a Fourier transform lens and a two-dimensional spatial frequency filter array arranged on the Fourier transform surface is used as the means.
【請求項5】 光書込型で反射型の空間光変調器が前記
第2の検出手段と前記第3の画像入力手段とを兼ねてい
ることを特徴とする請求項4記載の画像処理装置。
5. The image processing apparatus according to claim 4, wherein an optical writing type reflective spatial light modulator serves as both the second detecting means and the third image inputting means. .
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2017141997A1 (en) * 2016-02-15 2017-08-24 国立大学法人電気通信大学 Characteristic amount conversion module, pattern identification device, pattern identification method, and program

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JPWO2017141997A1 (en) * 2016-02-15 2018-12-27 国立大学法人電気通信大学 Feature amount conversion module, pattern identification device, pattern identification method, and program

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