JP2002521735A - 折返された光軸を有し、グレイスケール空間光変調器を使用する高出力反射型光学的相関器 - Google Patents
折返された光軸を有し、グレイスケール空間光変調器を使用する高出力反射型光学的相関器Info
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Abstract
(57)【要約】
光学的相関器システムであって、本体の中で折返される光軸ビーム経路に沿って、可視コヒーレント光のような電磁放射のソースと面状の支持本体内の出力検出器アレイとの間に複数の能動および受動の両方の反射型光学成分を有する。光学的相関システムは、グレイスケール空間光変調器を入力センサおよび相関フィルタとして使用し、ＣＣＤ検出器アレイの未知の物体の向上した光学的検出を提供する。
Description
【０００１】
この発明は一般的に、光学的相関器システムの改良に関し、より特定的には、
未知の物体の向上した光検出を提供するための新しい改良された光学的相関器構
造に関する。
未知の物体の向上した光検出を提供するための新しい改良された光学的相関器構
造に関する。
【０００２】
目標または異常の場所をつきとめかつ識別することが可能な、小型で低電力で
低コストのパターン認識システムは、軍用、医療用および安全用を含む多くの応
用において要求される。光学的相関器は、寸法、電力および／または重量におい
て匹敵するデジタルシステムよりも、高速で２次元のパターン認識を行なうこと
ができる。
低コストのパターン認識システムは、軍用、医療用および安全用を含む多くの応
用において要求される。光学的相関器は、寸法、電力および／または重量におい
て匹敵するデジタルシステムよりも、高速で２次元のパターン認識を行なうこと
ができる。
【０００３】 軍用および商業用の両方において、実時間パターン認識またはパターン解析の
現在の問題の多くは、相関を使用することで解決され得る。軍隊の任務は、目標
検出、目標認識、弾薬誘導および他の多くの応用のために実時間パターン認識機
能を要求する。商業の応用は、医療用、情報用、法律の執行、保安、ロボット工
学および工場検査の、多くの応用のためにパターン解析機能を要求する。特定的
には、頑丈で低コストであり、低電力の構成を有し、非常にコンパクトで、温度
に影響されず軽量である光学的相関パターン認識システムが要求される。実時間
速度におけるロバストなパターン認識への処理要求は非常に高い。現在および短
期的なデジタル的な解決法は、コスト、寸法、重量および電力要求に関して、多
くの応用に対してまだ実用的ではない。
現在の問題の多くは、相関を使用することで解決され得る。軍隊の任務は、目標
検出、目標認識、弾薬誘導および他の多くの応用のために実時間パターン認識機
能を要求する。商業の応用は、医療用、情報用、法律の執行、保安、ロボット工
学および工場検査の、多くの応用のためにパターン解析機能を要求する。特定的
には、頑丈で低コストであり、低電力の構成を有し、非常にコンパクトで、温度
に影響されず軽量である光学的相関パターン認識システムが要求される。実時間
速度におけるロバストなパターン認識への処理要求は非常に高い。現在および短
期的なデジタル的な解決法は、コスト、寸法、重量および電力要求に関して、多
くの応用に対してまだ実用的ではない。
【０００４】 この発明の譲受人に譲渡される米国特許第５３１１３５９号の、折返された非
対称の軸を有する反射型光学的相関器は、実時間速度で要求される処理力を提供
する、小さく軽量で、より低電力なパッケージの光学的相関パターン認識システ
ムを開示する。
対称の軸を有する反射型光学的相関器は、実時間速度で要求される処理力を提供
する、小さく軽量で、より低電力なパッケージの光学的相関パターン認識システ
ムを開示する。
【０００５】 図１は、米国特許第５３１１３５９号の反射型光学的相関器システムを示す。
光学的相関器システム１０は、面状の支持本体１２を有し、該支持本体１２は不
規則な周辺１４および、該支持本体の不規則な周辺１４に沿って選択された場所
に形成される複数のシステムステーション１６、１８および２４を備える。複数
の反射光学成分(component)は能動１６および受動１８の両方であり、選択され
たシステムステーションに位置決めされる。電磁放射ソース２０が第１のシステ
ムステーションに位置決めされる。電磁放射ソース２０は、たとえばコヒーレン
ト光ビームを発してもよく、該コヒーレント光ビームは、反射光学成分１６およ
び１８によって拘束されるか、または定められる、面状の本体１２内の折返され
た非対称的な光軸または光路２２を進む。光路２２は、最後のシステムステーシ
ョンに位置決めされる検出器２４において終わる。
光学的相関器システム１０は、面状の支持本体１２を有し、該支持本体１２は不
規則な周辺１４および、該支持本体の不規則な周辺１４に沿って選択された場所
に形成される複数のシステムステーション１６、１８および２４を備える。複数
の反射光学成分(component)は能動１６および受動１８の両方であり、選択され
たシステムステーションに位置決めされる。電磁放射ソース２０が第１のシステ
ムステーションに位置決めされる。電磁放射ソース２０は、たとえばコヒーレン
ト光ビームを発してもよく、該コヒーレント光ビームは、反射光学成分１６およ
び１８によって拘束されるか、または定められる、面状の本体１２内の折返され
た非対称的な光軸または光路２２を進む。光路２２は、最後のシステムステーシ
ョンに位置決めされる検出器２４において終わる。
【０００６】 図２は、中で図１の光学的相関器１０が使用可能である光学的相関器システム
を示す。光学的相関器１０の特に好ましい構造は米国特許第５３１１３５９号に
開示される。米国特許第５３１１３５９号の全体の開示がここに引用により援用
される。
を示す。光学的相関器１０の特に好ましい構造は米国特許第５３１１３５９号に
開示される。米国特許第５３１１３５９号の全体の開示がここに引用により援用
される。
【０００７】 図２のシステム図によって、光学的相関器１０の動作の基本的な概念が例示さ
れる。光学的相関器システムによって処理されるべき像４６は入力センサ４４に
よって検知されてもよく、該入力センサ４４は外部のデジタルカメラまたは処理
されるべき像／信号データの他のいかなるソースであってもよい。検知されたデ
ータは像プリプロセッサであるデータフォーマッタ４２に与えられ、これはデー
タを入力センサ４４から取入れ、空間光変調器（ＳＬＭ）２８の入力駆動電子部
品３４のためにフォーマットする。ＳＬＭ２８は、レーザダイオードであっても
よい放射ソース２０からのコヒーレント光のビームにより照射される。入力電子
部品３４によってＳＬＭ２８に与えられるデータは、レーザ２０からの偏光レン
ズ２４を通過した光ビームをパターン化する。ＳＬＭ２８は、パターン化された
光ビームを第１の凹面鏡２６に反射し、これは受取ったパターン化された情報を
第１の偏光子２７を通して第２の空間光変調器（ＳＬＭ）３０へパターン化され
たフーリエ変換ビームとして反射する。この第２のＳＬＭ３０はまた、フィルタ
駆動電子部品３６内のフィルタ記憶装置からポストプロセッサ４０によって指示
される、期待される(anticipated)像を表わすフィルタデータも受取る。このフ
ィルタデータは、前処理されたフーリエ変換パターンの形である。第２のＳＬＭ
３０は、パターン化されたフーリエ変換ビームを、フィルタデータベース３６か
らの既知のフィルタのフーリエ変換パターンで変換されると同時に受取る。これ
は整合が起こるところで２つのフーリエパターンの乗算を引起こし、整合しない
ところでは０をもたらす。第２のＳＬＭ３０の組合されたパターンは、第２の凹
面鏡２９に反射される。第２の凹面鏡２９は、ＳＬＭ３０の組合されたパターン
のフーリエ変換を反射し、第２の偏光子３１を通してＣＣＤアレイのような高速
光検出器アレイ上に焦点を合わせる。パターン化ビームＣＣＤ検出器アレイ３２
は結果として生じる像を捕らえる。検出器電子部品３８およびポストプロセッサ
４０は検出した情報を使用して出力４８を生成し、これはデータベースからのフ
ィルタ像によって定められた原入力像４６の位置を表示する。表示の振幅は、相
関の程度を示す。
れる。光学的相関器システムによって処理されるべき像４６は入力センサ４４に
よって検知されてもよく、該入力センサ４４は外部のデジタルカメラまたは処理
されるべき像／信号データの他のいかなるソースであってもよい。検知されたデ
ータは像プリプロセッサであるデータフォーマッタ４２に与えられ、これはデー
タを入力センサ４４から取入れ、空間光変調器（ＳＬＭ）２８の入力駆動電子部
品３４のためにフォーマットする。ＳＬＭ２８は、レーザダイオードであっても
よい放射ソース２０からのコヒーレント光のビームにより照射される。入力電子
部品３４によってＳＬＭ２８に与えられるデータは、レーザ２０からの偏光レン
ズ２４を通過した光ビームをパターン化する。ＳＬＭ２８は、パターン化された
光ビームを第１の凹面鏡２６に反射し、これは受取ったパターン化された情報を
第１の偏光子２７を通して第２の空間光変調器（ＳＬＭ）３０へパターン化され
たフーリエ変換ビームとして反射する。この第２のＳＬＭ３０はまた、フィルタ
駆動電子部品３６内のフィルタ記憶装置からポストプロセッサ４０によって指示
される、期待される(anticipated)像を表わすフィルタデータも受取る。このフ
ィルタデータは、前処理されたフーリエ変換パターンの形である。第２のＳＬＭ
３０は、パターン化されたフーリエ変換ビームを、フィルタデータベース３６か
らの既知のフィルタのフーリエ変換パターンで変換されると同時に受取る。これ
は整合が起こるところで２つのフーリエパターンの乗算を引起こし、整合しない
ところでは０をもたらす。第２のＳＬＭ３０の組合されたパターンは、第２の凹
面鏡２９に反射される。第２の凹面鏡２９は、ＳＬＭ３０の組合されたパターン
のフーリエ変換を反射し、第２の偏光子３１を通してＣＣＤアレイのような高速
光検出器アレイ上に焦点を合わせる。パターン化ビームＣＣＤ検出器アレイ３２
は結果として生じる像を捕らえる。検出器電子部品３８およびポストプロセッサ
４０は検出した情報を使用して出力４８を生成し、これはデータベースからのフ
ィルタ像によって定められた原入力像４６の位置を表示する。表示の振幅は、相
関の程度を示す。
【０００８】 空間光変調器およびフーリエ変換レンズを使用する光学的相関器システムおよ
び構造のさらなる詳細な例および説明は、米国特許第５４１８３８０号を参照さ
れたい。
び構造のさらなる詳細な例および説明は、米国特許第５４１８３８０号を参照さ
れたい。
【０００９】 この発明は、これらの先行技術のシステムから改良された折返され分割される
光学的像プロセッサを提供する。
光学的像プロセッサを提供する。
【００１０】
パターン認識プロセッサは、改良された折返され分割された像プロセッサを使
用して、面状の支持本体の中の折返された光路の中で受動成分と改良された能動
成分とを組合せ、グレイスケール入力空間光変調器からの電磁放射のパターンを
制御する。入力空間光変調器は、像情報を受光した電磁放射または可視コヒーレ
ント光の上にパターン化し、これを相関フィルタは既知のグレイスケールフィル
タパターンとの相関のために第２のグレイスケール空間光変調器である相関フィ
ルタに与える。相関された入力センサパターンおよびフィルタパターンは電荷結
合素子である検出器上に焦点を合わされ、空間情報として検出されるが、ここで
は光点の位置がマッチドフィルタパターンに対する原パターンの相関を識別し、
さらに光の振幅が相関の程度を識別する。
用して、面状の支持本体の中の折返された光路の中で受動成分と改良された能動
成分とを組合せ、グレイスケール入力空間光変調器からの電磁放射のパターンを
制御する。入力空間光変調器は、像情報を受光した電磁放射または可視コヒーレ
ント光の上にパターン化し、これを相関フィルタは既知のグレイスケールフィル
タパターンとの相関のために第２のグレイスケール空間光変調器である相関フィ
ルタに与える。相関された入力センサパターンおよびフィルタパターンは電荷結
合素子である検出器上に焦点を合わされ、空間情報として検出されるが、ここで
は光点の位置がマッチドフィルタパターンに対する原パターンの相関を識別し、
さらに光の振幅が相関の程度を識別する。
【００１１】 この発明の正確な性質およびその目的と利点は、関連の図面と合わせて以下の
詳細な説明を考慮することにより容易に明らかになるものである。図面はその全
体を通して同じ部分には同じ符号が付される。
詳細な説明を考慮することにより容易に明らかになるものである。図面はその全
体を通して同じ部分には同じ符号が付される。
【００１２】
以下の説明は、当業者に対しこの発明の実施を可能にし、この発明を実行する
ために発明者によって企図される最適な方法を明らかにするものである。しかし
ながら、この発明の一般的な原則は、ここにこの発明の光学的相関器５２の好ま
しい実施例を提供するために特定的に規定されるので、当業者にはさまざまな修
正例が簡単に明らかになるであろう。光学的相関器５２は面状の支持本体５０を
含み、これは、すべての受動および能動光学成分が、振動および温度変動を有す
るさまざまな厳しい環境の中で、互いに対して固定され安定した構成に保たれる
ように、好ましくは、透明溶融石英（ＳｉＯ2）またはゼロデュア（Zerodure）
として知られるガラスセラミックまたはそれに類似の素材から形成される。。
ために発明者によって企図される最適な方法を明らかにするものである。しかし
ながら、この発明の一般的な原則は、ここにこの発明の光学的相関器５２の好ま
しい実施例を提供するために特定的に規定されるので、当業者にはさまざまな修
正例が簡単に明らかになるであろう。光学的相関器５２は面状の支持本体５０を
含み、これは、すべての受動および能動光学成分が、振動および温度変動を有す
るさまざまな厳しい環境の中で、互いに対して固定され安定した構成に保たれる
ように、好ましくは、透明溶融石英（ＳｉＯ2）またはゼロデュア（Zerodure）
として知られるガラスセラミックまたはそれに類似の素材から形成される。。
【００１３】 非対称であり折返された光路７０は、電磁エネルギソース５５から始まるいく
つかの連続的な経路線分を有し、該エネルギソース５５は好ましくはダイオード
レーザまたは類似の装置であり、光路７０はＣＣＤ平面アレイ６７のようなピク
セル検出器で終わる。レーザ５５からのエネルギビームは、好ましくは２５６×
２５６平面ピクセルアレイを備えるグレイスケール空間光変調器である第１のＳ
ＬＭ５３に向けられる。
つかの連続的な経路線分を有し、該エネルギソース５５は好ましくはダイオード
レーザまたは類似の装置であり、光路７０はＣＣＤ平面アレイ６７のようなピク
セル検出器で終わる。レーザ５５からのエネルギビームは、好ましくは２５６×
２５６平面ピクセルアレイを備えるグレイスケール空間光変調器である第１のＳ
ＬＭ５３に向けられる。
【００１４】 米国特許第５１４８４９６号に記載のように、アレイ寸法は光路長２２に寄与
する機能である。中心から中心までの一定のピクセル間隔とエネルギビーム波長
とを想定すると、アレイ寸法は直接焦点長に比例する。したがって、１２８×１
２８アレイは、２５６×２５６アレイで使用される折返された非対称本体５０の
折返された光路長の半分を使用するであろう。
する機能である。中心から中心までの一定のピクセル間隔とエネルギビーム波長
とを想定すると、アレイ寸法は直接焦点長に比例する。したがって、１２８×１
２８アレイは、２５６×２５６アレイで使用される折返された非対称本体５０の
折返された光路長の半分を使用するであろう。
【００１５】 グレイスケール空間光変調器技術は、アナログ強誘電性液晶（ＦＬＣ）材料ま
たはアナログ空間光変調器に基づく。ＦＬＣ材料はその準ミリ秒の応答時間のた
めに、ネマティック材よりも一般的である。
たはアナログ空間光変調器に基づく。ＦＬＣ材料はその準ミリ秒の応答時間のた
めに、ネマティック材よりも一般的である。
【００１６】 ２値およびアナログ空間光変調器技術は、空間光変調器に入射する光のような
電磁放射の出入りの流路を定める(channels)。２値空間光変調技術は、２値振幅
（０：１）または２値位相（−１：１）技術に基づく。後者はバイポーラ振幅変
調器のデジタル版である。２値技術は、振幅および位相のいずれであっても、信
号の一括(full swing)変調または段階的な(stop-to-stop)変調に基づく。米国特
許第５３８６３１３号は、反射型光磁気空間光変調器（Ｒ／ＭＯＳＬＭ）に基づ
く３値位相技術を記載する。この装置は３つの状態（−１：０：１）の変調を有
する。３値技術もまた段階的な変調（−１：１）であるが、中心合わせまたはオ
フポジション（０）を備える。
電磁放射の出入りの流路を定める(channels)。２値空間光変調技術は、２値振幅
（０：１）または２値位相（−１：１）技術に基づく。後者はバイポーラ振幅変
調器のデジタル版である。２値技術は、振幅および位相のいずれであっても、信
号の一括(full swing)変調または段階的な(stop-to-stop)変調に基づく。米国特
許第５３８６３１３号は、反射型光磁気空間光変調器（Ｒ／ＭＯＳＬＭ）に基づ
く３値位相技術を記載する。この装置は３つの状態（−１：０：１）の変調を有
する。３値技術もまた段階的な変調（−１：１）であるが、中心合わせまたはオ
フポジション（０）を備える。
【００１７】 アナログ技術は、正と負（−１…１）の両方を合わせた範囲である変調深さの
制御されたティルトに基づく。現在の動作速度では、１６と同等またはそれより
多いグレイレベル（４ビット）を得ることができる。速度は、ＦＬＣ材料の純度
および設計された動作温度の関数である。いくつかの要素がアナログ空間光変調
技術に適合する。それらはティルト範囲制御、変調深さおよびティルト精度であ
る。ティルト範囲制御は、空間光変調器副成分の整関数であり、製造に依存する
。この関数は所与の入力信号の組にマッピングされたティルト値のテーブルであ
る。変調深さはＦＬＣ材料選択の関数である。変調深さの値が高ければ、他の２
つの要素（ティルト範囲制御およびティルト精度）のよりよい制御をもたらす。
さらにティルト精度は、ティルト範囲制御において、同じ組立に対する同じ信号
に対してまた他の組立にわたっても求められる同じティルト値を繰返す能力であ
る。この発明の光学的相関器は２つの空間光変調器を使用するため、それらは整
合していなければならない。したがって、アナログ空間光変調器の各々は、３つ
の要素すべてに基づく整合要求を有する。要素は既知の制御を用いて組立に予め
設計されてもよいし、組立後の測定値の結果であってもよい。
制御されたティルトに基づく。現在の動作速度では、１６と同等またはそれより
多いグレイレベル（４ビット）を得ることができる。速度は、ＦＬＣ材料の純度
および設計された動作温度の関数である。いくつかの要素がアナログ空間光変調
技術に適合する。それらはティルト範囲制御、変調深さおよびティルト精度であ
る。ティルト範囲制御は、空間光変調器副成分の整関数であり、製造に依存する
。この関数は所与の入力信号の組にマッピングされたティルト値のテーブルであ
る。変調深さはＦＬＣ材料選択の関数である。変調深さの値が高ければ、他の２
つの要素（ティルト範囲制御およびティルト精度）のよりよい制御をもたらす。
さらにティルト精度は、ティルト範囲制御において、同じ組立に対する同じ信号
に対してまた他の組立にわたっても求められる同じティルト値を繰返す能力であ
る。この発明の光学的相関器は２つの空間光変調器を使用するため、それらは整
合していなければならない。したがって、アナログ空間光変調器の各々は、３つ
の要素すべてに基づく整合要求を有する。要素は既知の制御を用いて組立に予め
設計されてもよいし、組立後の測定値の結果であってもよい。
【００１８】 ＳＬＭ５３は、入力像データを受取り、受取ったエネルギビーム７０を、像デ
ータでパターン化し、第１のトーリック鏡５７に反射する。凹面や球面とは異な
り、トーリック鏡は２つの曲率半径を有する。トーリック鏡と凹面鏡または球面
鏡とは正方形と方形とに類似し、球面鏡（Ｒｘ＝Ｒｙ）はトーリック鏡（Ｒｘ≠
Ｒｙ）の特別な場合である。これらの半径（Ｒｘ、Ｒｙ）はメリジオナル平面（
ｘ−ｚ）に対する曲率半径であり、メリジオナル平面に対する曲率半径はサジタ
ル平面（ｙ−ｚ）に沿った曲率半径とは異なる（図５）。違いの理由は、光路長
を折返す機能である鏡の反射角にある。サジタル平面は、ジグザグ経路を見下ろ
して観察したビーム経路の面、図６である。メリジオナル平面は、ビーム経路に
沿って観察したビーム経路の面、図７である。
ータでパターン化し、第１のトーリック鏡５７に反射する。凹面や球面とは異な
り、トーリック鏡は２つの曲率半径を有する。トーリック鏡と凹面鏡または球面
鏡とは正方形と方形とに類似し、球面鏡（Ｒｘ＝Ｒｙ）はトーリック鏡（Ｒｘ≠
Ｒｙ）の特別な場合である。これらの半径（Ｒｘ、Ｒｙ）はメリジオナル平面（
ｘ−ｚ）に対する曲率半径であり、メリジオナル平面に対する曲率半径はサジタ
ル平面（ｙ−ｚ）に沿った曲率半径とは異なる（図５）。違いの理由は、光路長
を折返す機能である鏡の反射角にある。サジタル平面は、ジグザグ経路を見下ろ
して観察したビーム経路の面、図６である。メリジオナル平面は、ビーム経路に
沿って観察したビーム経路の面、図７である。
【００１９】 球面鏡に垂直なビームは、メリジオナル平面および図６のサジタル平面におい
て同じ焦点長を有する。しかし、球面鏡に垂直な角度から外れる入射角のビーム
は、２つの半径が同じであるとき、すなわちＲx＝Ｒyであるとき、より短い焦点
長ｆx＜ｆyを有する（図７）。入射角θを計算に入れると以下のとおりである。
て同じ焦点長を有する。しかし、球面鏡に垂直な角度から外れる入射角のビーム
は、２つの半径が同じであるとき、すなわちＲx＝Ｒyであるとき、より短い焦点
長ｆx＜ｆyを有する（図７）。入射角θを計算に入れると以下のとおりである。
【００２０】
【数１】
【００２１】 トーリック鏡がなければ、メリジオナル平面の像情報は、次のステーションの
像平面において完全なフーリエ変換になるであろうし、ビームのサジタル平面部
分は像平面に先だって起こるであろう（図７）。後者は、像平面において不適切
なフーリエ変換をもたらすであろう。トーリック鏡に対し球面鏡を使用すること
を規定する最適および最小の角度（θmin）がある。その値は鏡の半径の延長可
能性(producibility)と、２つの半径を区別(differentiate)する能力との関数で
ある。
像平面において完全なフーリエ変換になるであろうし、ビームのサジタル平面部
分は像平面に先だって起こるであろう（図７）。後者は、像平面において不適切
なフーリエ変換をもたらすであろう。トーリック鏡に対し球面鏡を使用すること
を規定する最適および最小の角度（θmin）がある。その値は鏡の半径の延長可
能性(producibility)と、２つの半径を区別(differentiate)する能力との関数で
ある。
【００２２】 トーリック鏡５７は、その上に入射するパターン化されたエネルギビームの第
１のフーリエ変換を生成し、そのフーリエ変換されたエネルギビームを偏光子６
７を通してこれもまたグレイスケール空間光変調器である第２のＳＬＭ５９に反
射する。第２のグレイスケールＳＬＭ５９はフーリエ変換されたエネルギビーム
に加え、フィルタデータベースからの既知のグレイスケールフィルタパターンの
フーリエ変換を受取る。入力像パターンおよびフィルタパターンの２つのフーリ
エパターンの組合せは、ピクセルごとに整合したフーリエ信号の乗算をもたらす
。第２のＳＬＭすなわちフィルタＳＬＭ５９は、組合されたパターンを第２のト
ーリック鏡６１に反射し、これは組合されたパターンビームに第２のフーリエ変
換を行ない、それを平坦な鏡６３に反射する。平坦な鏡６３は受取ったエネルギ
ビームを第３のトーリック鏡６５へ反射する。２つのトーリック鏡６１および６
５および平坦な鏡６３は合わせて第２のトーリック鏡６１からのパターン化され
たエネルギビームをＣＣＤ検出器６７のピクセルアレイ上に収束するように機能
する。この組合せは、パターン化されたビームのメリジオナル部分およびサジタ
ル部分の完全なフーリエ変換を４：１縮小(reduction)で完成させる。
１のフーリエ変換を生成し、そのフーリエ変換されたエネルギビームを偏光子６
７を通してこれもまたグレイスケール空間光変調器である第２のＳＬＭ５９に反
射する。第２のグレイスケールＳＬＭ５９はフーリエ変換されたエネルギビーム
に加え、フィルタデータベースからの既知のグレイスケールフィルタパターンの
フーリエ変換を受取る。入力像パターンおよびフィルタパターンの２つのフーリ
エパターンの組合せは、ピクセルごとに整合したフーリエ信号の乗算をもたらす
。第２のＳＬＭすなわちフィルタＳＬＭ５９は、組合されたパターンを第２のト
ーリック鏡６１に反射し、これは組合されたパターンビームに第２のフーリエ変
換を行ない、それを平坦な鏡６３に反射する。平坦な鏡６３は受取ったエネルギ
ビームを第３のトーリック鏡６５へ反射する。２つのトーリック鏡６１および６
５および平坦な鏡６３は合わせて第２のトーリック鏡６１からのパターン化され
たエネルギビームをＣＣＤ検出器６７のピクセルアレイ上に収束するように機能
する。この組合せは、パターン化されたビームのメリジオナル部分およびサジタ
ル部分の完全なフーリエ変換を４：１縮小(reduction)で完成させる。
【００２３】 メリジオナル長さ（ｆｘ61-63＋ｆｘ63-65＋ｆｘ65-67）＝サジタル長さ （ｆｙ61-63＋ｆｙ63-65＋ｆｙ65-67） ２つのトーリック鏡を使用することは、延長可能性の問題である。トーリック
鏡６１および６５の代わりに単一のトーリック鏡を使用すると、トーリック鏡６
１および６５のいずれかのサジタル半径およびメリジオナル半径が２倍となるで
あろう。現在では、単一のトーリック鏡の延長可能性の質は、２つのトーリック
鏡の場合よりもはるかに危ういものである。この発明の原則は、単一、２重、３
重のトーリック設計によっては達成されないであろう。
鏡６１および６５の代わりに単一のトーリック鏡を使用すると、トーリック鏡６
１および６５のいずれかのサジタル半径およびメリジオナル半径が２倍となるで
あろう。現在では、単一のトーリック鏡の延長可能性の質は、２つのトーリック
鏡の場合よりもはるかに危ういものである。この発明の原則は、単一、２重、３
重のトーリック設計によっては達成されないであろう。
【００２４】 偏光子６９は、トーリック鏡６１および平坦な鏡６３の間のパターン化された
ビームの中に置かれる。この偏光子６９は、第２のＳＬＭ５９の後ろであればど
こに置かれてもよい。ＣＣＤピクセルアレイは一般的に、ＳＬＭ５３およびＳＬ
Ｍ５９のアレイよりも小さい。
ビームの中に置かれる。この偏光子６９は、第２のＳＬＭ５９の後ろであればど
こに置かれてもよい。ＣＣＤピクセルアレイは一般的に、ＳＬＭ５３およびＳＬ
Ｍ５９のアレイよりも小さい。
【００２５】 図４に、パターン認識システムの中で光プロセッサとして使用され、便宜的に
電子光学的プロセッサと呼ばれるこの発明の光学的相関器５２が示される。光学
的相関器５２の中で起こる光学的処理の他に、電子部品部分で電子的処理が起こ
って一般的な前処理および一般的な後処理を与え、さらに光学的相関器５２を外
部システムとインターフェイスさせる。図４に示される電子光学的プロセッサの
電子部品部分は、入力センサ７７を使用して入力パターン８１を検出し、入力パ
ターンに関する情報を像プリプロセッサ７９に与える。像プリプロセッサ７９は
、像情報にアルゴリズムとデータフォーマッティングとを使用し、その後これを
グレイスケールＳＬＭ５３に対する入力として入力駆動電子部品６９に与える。
グレイスケールＳＬＭ５３は、２５６×２５６ピクセルアレイであってもよい。
加えて、ポストプロセッサ回路７５は、フィルタ選択および相関解析能力を含み
、十分な数のグレイスケールフィルタを記憶するために十分なメモリを有する。
これらのフィルタはフィルタ駆動電子部品７１に与えられ、次いで第２のグレイ
スケールフィルタＳＬＭ５９に与えられる。
電子光学的プロセッサと呼ばれるこの発明の光学的相関器５２が示される。光学
的相関器５２の中で起こる光学的処理の他に、電子部品部分で電子的処理が起こ
って一般的な前処理および一般的な後処理を与え、さらに光学的相関器５２を外
部システムとインターフェイスさせる。図４に示される電子光学的プロセッサの
電子部品部分は、入力センサ７７を使用して入力パターン８１を検出し、入力パ
ターンに関する情報を像プリプロセッサ７９に与える。像プリプロセッサ７９は
、像情報にアルゴリズムとデータフォーマッティングとを使用し、その後これを
グレイスケールＳＬＭ５３に対する入力として入力駆動電子部品６９に与える。
グレイスケールＳＬＭ５３は、２５６×２５６ピクセルアレイであってもよい。
加えて、ポストプロセッサ回路７５は、フィルタ選択および相関解析能力を含み
、十分な数のグレイスケールフィルタを記憶するために十分なメモリを有する。
これらのフィルタはフィルタ駆動電子部品７１に与えられ、次いで第２のグレイ
スケールフィルタＳＬＭ５９に与えられる。
【００２６】 前述のように空間光変調器は、位相または振幅のいずれかである。使用される
フィルタの型は空間光変調器技術と整合しなければならない。したがって、２値
位相空間光変調器は、正確な比較を得るために２値位相専用フィルタ（ＢＰＯＦ
）を使用しなければならない。相関器は位相または振幅のいずれかであり得るの
で、使用されるフィルタも位相（ＢＰＯＦ）または振幅（ＢＡＯＦ）でなければ
ならない。この発明以前には、相関結果はｘｙ平面の周波数情報に類似の位相説
明であった。鋭い端縁を備える形状（たとえば正方形）は高い周波数を有し、緩
やかな端縁を有する形状（たとえば円形）は低い周波数を有する。直線は最も低
い周波数を有する。２値フィルタは変調の１つにしか対処しないが、アナログは
両方に対処する。
フィルタの型は空間光変調器技術と整合しなければならない。したがって、２値
位相空間光変調器は、正確な比較を得るために２値位相専用フィルタ（ＢＰＯＦ
）を使用しなければならない。相関器は位相または振幅のいずれかであり得るの
で、使用されるフィルタも位相（ＢＰＯＦ）または振幅（ＢＡＯＦ）でなければ
ならない。この発明以前には、相関結果はｘｙ平面の周波数情報に類似の位相説
明であった。鋭い端縁を備える形状（たとえば正方形）は高い周波数を有し、緩
やかな端縁を有する形状（たとえば円形）は低い周波数を有する。直線は最も低
い周波数を有する。２値フィルタは変調の１つにしか対処しないが、アナログは
両方に対処する。
【００２７】 グレイスケール空間光変調器は、振幅（大きさ）および位相情報の両方を提供
する。したがって関連するフィルタも振幅および位相の両方でなければならない
。振幅の要素を加えることにより、フィルタはｚ平面周波数情報（たとえば振幅
）を含む。黒から白に変化する形状（またはその逆）は高いｚ平面周波数を有す
る。黒から白への緩やかな遷移を有する形状はｚ平面において低い周波数を有す
る。一定の振幅レベル（たとえば全面黒、全面白または全面グレイ）は最も低い
ｚ平面周波数を有する。フィルタにしきい値限度を適用することにより、その効
果はプリプロセッサのエッジ検出と同じになる。使用されるフィルタは、２値空
間光変調器の場合と同じく、特定の類似の空間光変調器に対して最適化されねば
ならないが、振幅および位相の両方が考慮されるであろう。
する。したがって関連するフィルタも振幅および位相の両方でなければならない
。振幅の要素を加えることにより、フィルタはｚ平面周波数情報（たとえば振幅
）を含む。黒から白に変化する形状（またはその逆）は高いｚ平面周波数を有す
る。黒から白への緩やかな遷移を有する形状はｚ平面において低い周波数を有す
る。一定の振幅レベル（たとえば全面黒、全面白または全面グレイ）は最も低い
ｚ平面周波数を有する。フィルタにしきい値限度を適用することにより、その効
果はプリプロセッサのエッジ検出と同じになる。使用されるフィルタは、２値空
間光変調器の場合と同じく、特定の類似の空間光変調器に対して最適化されねば
ならないが、振幅および位相の両方が考慮されるであろう。
【００２８】 検出電子部品７３は、ＣＣＤ６７から検出された信号を受信して、制御回路を
使用するが、これはＣＣＤアレイ６７での相関平面の低ノイズの読出とデジタル
化された検出とを支持する。
使用するが、これはＣＣＤアレイ６７での相関平面の低ノイズの読出とデジタル
化された検出とを支持する。
【００２９】 アナログ空間光変調器は、像プリプロセッサ７９の役割をする。図２では、像
プリプロセッサの役割は空間光変調器の入力駆動電子部品に対するデータフォー
マッティングであり、これらのフォーマットは、そのような要素をダイナミック
レンジ、像回転、像寸法、エッジ検出などの要素として達成するアルゴリズムで
ある。グレイスケールの実現化は、エッジ検出要求を廃することにより像プリプ
ロセッサ７９の役割を改めた。グレイスケールは観察される入力およびフィルタ
の大きな区別を提供する。しかし、グレイスケールの鍵となる要素とは、２値相
関ではシステムはフィルタシルエットの領域整合であることである。したがって
、内部の弁別器は相関の要素ではない。グレイスケールにおいては、領域整合は
相関における内部の弁別器に対して２次的なものとなる。これによりエッジ検出
の要求が分散される。フィルタは、輪郭ではなく切抜きテンプレートになる。し
かし、切抜きはオーバーラップするか否かに関わらず、さまざまなグレイのレベ
ルであり得る。たとえば、ピラミッドは単なる三角形の輪郭ではなく、ピラミッ
ドを組上げる四角い石の集積である。
プリプロセッサの役割は空間光変調器の入力駆動電子部品に対するデータフォー
マッティングであり、これらのフォーマットは、そのような要素をダイナミック
レンジ、像回転、像寸法、エッジ検出などの要素として達成するアルゴリズムで
ある。グレイスケールの実現化は、エッジ検出要求を廃することにより像プリプ
ロセッサ７９の役割を改めた。グレイスケールは観察される入力およびフィルタ
の大きな区別を提供する。しかし、グレイスケールの鍵となる要素とは、２値相
関ではシステムはフィルタシルエットの領域整合であることである。したがって
、内部の弁別器は相関の要素ではない。グレイスケールにおいては、領域整合は
相関における内部の弁別器に対して２次的なものとなる。これによりエッジ検出
の要求が分散される。フィルタは、輪郭ではなく切抜きテンプレートになる。し
かし、切抜きはオーバーラップするか否かに関わらず、さまざまなグレイのレベ
ルであり得る。たとえば、ピラミッドは単なる三角形の輪郭ではなく、ピラミッ
ドを組上げる四角い石の集積である。
【００３０】 当業者においては、この発明の範囲および精神から逸脱することなく、これま
で説明された好ましい実施例の各々クレームの適合例や修正例を構成できるだろ
う。したがって、付属の請求項の範囲の中で、この発明はここに特定的に説明さ
れる実施例以外にも実施され得ることを理解されたい。
で説明された好ましい実施例の各々クレームの適合例や修正例を構成できるだろ
う。したがって、付属の請求項の範囲の中で、この発明はここに特定的に説明さ
れる実施例以外にも実施され得ることを理解されたい。
【図１】 先行技術の非対称反射型光学的相関器の斜視図である。
【図２】 像認識システムのブロック図で使用される反射型光学的相関器を
示す図である。
示す図である。
【図３】 この発明の折返され分割された光学的相関器の斜視図である。
【図４】 像認識システムまたはパターン認識システムで使用される図３の
光学的相関器の部分斜視図および部分ブロック図を示す図である。
光学的相関器の部分斜視図および部分ブロック図を示す図である。
【図５】 球面鏡を使用した折返されたビーム経路の斜視図である。
【図６】 ｙ−ｚ平面における図５のビーム経路の平面図である。
【図７】 ｘ−ｚ平面における図５のビーム経路の平面図である。
【図８】 トーリック鏡を使用したｘ−ｚ平面における図５のビーム経路の
平面図である。
平面図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 マラレイ，ガリー・エル アメリカ合衆国、91362 カリフォルニア 州、サウザンド・オークス、リッジブルッ ク・プレイス、2639 Ｆターム(参考） 5L096 AA03 AA06 AA09 BA08 CA02 DA02 FA23 HA09 JA11 LA01 LA17
Claims (10)
- 【請求項１】 未知の物体の検出および識別に使用する改良された光学的相
関器であって、 情報を未知の物体を表わす電気的信号の形で受取り、電磁放射のビームを受取
った情報でパターン化する第１のグレイスケール空間光変調器（ＳＬＭ）と、 既知の物体を表わす前処理されたフーリエ変換パターンを電気的信号の形で受
取り、受取ったパターン化された電磁放射を既知の物体を表わすフーリエ変換パ
ターンでパターン化する第２のグレイスケール空間光変調器（ＳＬＭ）と、 電荷結合素子（ＣＣＤ）とを含み、前記ＣＣＤはその像平面に焦点を合わされ
た電磁エネルギのパターン化されたビームに応答する、改良された光学的相関器
。 - 【請求項２】 前記第１および前記第２のグレイスケールＳＬＭは、それぞ
れ入力ステーションおよびフィルタステーションに位置決めされ、前記ＣＣＤは
検出ステーションに位置決めされ、前記光学相関器は、堅固な本体を有し前記本
体の周辺に沿って間隔をおいた複数のステーションを備えたシステム支持手段を
さらに含み、さらに前記システム支持手段は、連続的に隣接する前記ステーショ
ン間に掘られた少なくとも１つのトンネルを有する、請求項１に記載の改良され
た光学的相関器。 - 【請求項３】 前記電磁放射のビームをコヒーレント光ビームとして発する
レーザをさらに含む、請求項１に記載の改良された光学的相関器。 - 【請求項４】 前記第１および前記第２のＳＬＭの間のビーム経路に位置決
めされ、前記第１のグレイスケールＳＬＭからの電磁放射のパターン化されたビ
ームのフーリエ変換を前記第２のグレイスケールＳＬＭ上に焦点合わせするため
の第１のトーリック鏡をさらに含む、請求項１に記載の改良された光学的相関器
。 - 【請求項５】 前記第１のグレイスケールＳＬＭは反射型である、請求項４
に記載の改良された光学的相関器。 - 【請求項６】 前記第２のグレイスケールＳＬＭは反射型である、請求項５
に記載の改良された光学的相関器。 - 【請求項７】 前記第２のＳＬＭと前記ＣＣＤの間のビーム経路に位置決め
され、前記第２のグレイスケールＳＬＭからのフーリエ変換パターンのフーリエ
変換を空間パターンへ焦点合わせするための第２のトーリック鏡をさらに含む、
請求項６に記載の改良された光学的相関器。 - 【請求項８】 前記第２のトーリック鏡と前記ＣＣＤとの間のビーム経路に
位置決めされ、前記空間パターンを前記ＣＣＤの像平面上に収束するための第１
の反射面をさらに含む、請求項７に記載の改良された光学的相関器。 - 【請求項９】 前記第１の反射面と前記ＣＣＤとの間のビーム経路の中に位
置決めされ、前記空間パターンを前記ＣＣＤの像平面上に収束するための第３の
トーリック鏡をさらに含み、請求項８に記載の改良された光学的相関器。 - 【請求項１０】 前記第２および前記第３のトーリック鏡および前記第１の
反射面は４：１収束を提供する、請求項９に記載の改良された光学的相関器。
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US09/126,309 US6163403A (en) | 1998-07-30 | 1998-07-30 | High output reflective optical correlator having a folded optical axis using grayscale spatial light modulators |
| US09/126,309 | 1998-07-30 | ||
| PCT/US1999/017328 WO2000007062A1 (en) | 1998-07-30 | 1999-07-29 | High output reflective optical correlator having a folded optical axis using grayscale spatial light modulators |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002521735A true JP2002521735A (ja) | 2002-07-16 |
| JP4278870B2 JP4278870B2 (ja) | 2009-06-17 |
Family
ID=22424119
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000562796A Expired - Fee Related JP4278870B2 (ja) | 1998-07-30 | 1999-07-29 | 折返された光軸を有し、グレイスケール空間光変調器を使用する高出力反射型光学的相関器 |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6163403A (ja) |
| EP (1) | EP1101146B1 (ja) |
| JP (1) | JP4278870B2 (ja) |
| DE (1) | DE69916847T2 (ja) |
| TW (1) | TW509876B (ja) |
| WO (1) | WO2000007062A1 (ja) |
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- 1999-07-29 EP EP99943636A patent/EP1101146B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1999-07-29 JP JP2000562796A patent/JP4278870B2/ja not_active Expired - Fee Related
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