JP2676268B2

JP2676268B2 - 光学的パターン認識装置

Info

Publication number: JP2676268B2
Application number: JP2158223A
Authority: JP
Inventors: 靖幸光岡; 岩城　　忠雄
Original assignee: セイコーインスツルメンツ株式会社
Priority date: 1989-06-16
Filing date: 1990-06-15
Publication date: 1997-11-12
Anticipated expiration: 2012-11-12
Also published as: JPH03255428A

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、CC
Dカメラなどの撮像装置から得られる２次元画像に対
し、コヒーレント光を用いた光学的相関処理を施すこと
により、パターン認識や計測を自動的に行う装置に関す
るものである。

〔発明の概要〕

この発明は、ジョイント変換相関器（Joint Transfor
m Correlator）において、少なくとも１個の参照画像と
少なくとも１個の被相関画像との相関処理による各相関
ピークの光強度に応じて、各相関ピークに対応する各参
照画像を透過する光強度を実質的に変化させるフィード
バック系を構成することにより、特にフーリエ変換像の
強度もしくは相関信号像の強度を規格化することによ
り、さらに参照画像と被相関画像との２次元の各相互相
関係数を、線形または非線形な伝達関数に入力し、その
出力に応じて各相互相関係数に対応する各参照画像を透
過する光強度を実質的に変化させることにより、相関処
理の基準となる参照画像の個数が増加した場合に、相関
ピークの光強度の低下による認識不能や誤った認識を防
止し、高速にパターン認識ができるようにしたものであ
る。

〔従来の技術〕

従来パターン認識装置や相関処理装置においては、ジ
ョイント変換相関器（Joint Transform Correlator）を
用いる方法が多くとられていた。例えば、光書き込み型
の空間光変調器を用いた場合については、特開昭57−13
8616号公報、特開昭57−210316号公報、特開昭58−2171
6号公報に示されている。

第19図は、従来の光書き込み型のジョイント変換相関
器の一例を示す構成図である。

この従来例においては、認識の基準となる参照画像と
認識の対象である被相関画像を同時に隣接して配置した
像を入力像５とする。レーザ１から出射される光束をビ
ームエキスパンダ２で拡大した後、ビームスプリッタ３
を経て入力像５を入射させ、入力像５をコヒーレント画
像に変換する。このようにして得られたコヒーレント画
像をフーリエ変換レンズ６を用いてフーリエ変換し、そ
の変換面上に配置した液晶ライトバルブ15にフーリエ変
換像の光強度分布を表示させる。

次に、ビームスプリッタ３で分けられた光束ミラー8,
偏光ビームスプリッタ16を経て、液晶ライトバルブ15に
照射させ、表示されているフーリエ変換像の光強度分布
を読み出す。このようにして得られたフーリエ変換像の
光強度分布を、偏光ビームスプリッタ16を経て、フーリ
エ変換レンズ10でフーリエ変換し、その変換面上に配置
したCCDカメラ11で被相関画像と参照画像の相関係数を
表す相関ピークを得ていた。

第21図に入力像５の一例を示し、第22図にCCDカメラ1
0から得られる被相関画像と参照画像の相関係数を表す
一対の相関ピークを示す。

第20図は、従来の電気書き込み型のジョイント変換相
関器の一例を示す構成図で、第19図に示す従来例と同一
もしくは相当部は、同一符号を付し、説明を省略する。

この従来例においては、第19図に示す従来例と同様に
して入力像５のコヒーレント画像をフーリエ変換レンズ
６によりフーリエ変換した後、そのフーリエ変換像をCC
Dカメラ11で受光してフーリエ変換画像信号に変換し、
そのフーリエ変換画像信号を電気書き込み型の空間光変
換器である液晶テレビ９に入力してフーリエ変換画像の
強度分布を表示する。そのフーリエ変換画像の強度分布
をビームスプリッタ3,ミラー８を経たコヒーレント光で
読み出し、フーリエ変換レンズ10でフーリエ変換し、そ
の変換面上に配置されたCCDカメラ11で被相関画像と参
照画像の相関係数を表す相関ピークを得ていた。

第21図に入力像５の一例を示し、第22図にCCDカメラ1
1から得られる被相関画像と参照画像の相関係数を表す
一対の相関ピークを示す。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、通常この方法においては被相関画像や
参照画像の個数はそれぞ一つである。このため例えばア
ルファベットを認識する場合では、認識したいアルファ
ベット１文字を被相関画像とし、全てのアルファベット
との相関をとるために、参照画像として１文字ずつアル
ファベットを書き換えて時系列的に相関処理を行わなけ
ればならず、非常に多くの時間を必要とする。ところ
が、それを解決するために、例えば参照画像の個数を増
やし一度に多くの参照画像との相関をとろうとすると、
各参照画像と被相関画像との相関処理による相関ピーク
の強度が著しく低下し、ノイズ成分が増加するため、相
関ピークはノイズ成分に埋もれて分離が難しくなり、ま
た誤って認識する場合も生じる（例えば、フランシス・
ティー・エス・ユー、フェン・チェン、トシオ・ナガタ
およびドン・エー・グレゴリー、アプライドオプチッ
クス、28,2988（1989）:Francis,T.S.Yu,Feng Creng To
chio Nagata,and Don A.Gregory Applied Optics 28 29
88（1989）．〔作用〕上記のような構成にすれば、入力像のフーリエ変換面
においては、参照画像と被相関画像のフーリエ変換同士
の干渉によって生じる干渉縞がフーリエ変換像に重畳さ
れており、これら参照画像と被相関画像の入力強度を規
格化することによって、重畳されている干渉縞のビジビ
リティがよくなるため、そのフーリエ変換像の強度分布
を二値化しても搬送波成分が潰されず、ノイズ成分も少
なくなるため相関ピークは非常に急峻になる。特に、参
照画像間の大きさの差が大きい場合においても、これら
の入力強度を規格化することによってその影響を排除す
ることができる。その上、一度に多くの参照画像との相
関をとるために参照画像の個数を増加させることによ
り、相関ピークの光強度の低下やノイズの増加が生じた
場合でも、被相関画像や参照画像の個数、各参照画像の
似ている度合、認識結果に要求される速度や精度など様
々な条件に応じて、得られる相関係数から対応する各参
照画像を透過する光強度にフィードバックする関係を、
線形や非線形な関数の中から選択でき、適切な関数を選
択してフィードバックを繰り返すことにより、ノイズ成
分は減少し、かつ鮮明な相関ピークが得られるようにな
るので、高速で正確なパターン認識が行えるようにな
る。

〔実施例〕

以下に本発明による実施例を図面に基づいて説明す
る。第１図は、本発明による光学的パターン認識装置の
第１実施例を示す構成図である。

本実施例による光学的パターン認識装置は、レーザ１
とビームエキスパンダ２とビームスピリッタ３とで構成
された参照画像と被相関画像をコヒーレント画像に変換
する手段と、参照画像と被相関画像とを同時に並列して
配置した入力像５と、フーリエ変換レンズ６とCCDカメ
ラ７とで構成されたコヒーレント画像をフーリエ変換画
像信号に変換する手段と、該フーリエ変換画像信号を表
示する液晶テレビ９と、レーザ１とビームエキスパンダ
２とビームスプリッタ３とミラー８とで構成された該液
晶テレビ９に表示された像を読み出す手段と、フーリエ
変換レンズ10とCCDカメラ11とで構成された該読み出し
画像を相関信号に変換する手段と、A/D変換器12とコン
ピュータ13とD/A変換器14とで構成された該相関信号を
信号処理し、参照画像と被相関画像との２次元の相関係
数を求める手段と、該相関係数に応じて入力像５の参照
画像に対応する部分の透過率または反射率を変化させる
マスク用液晶テレビ４とから構成されている。

ここで、レーザ１から出射されたのちビームエキスパ
ンダ２で拡大されたコヒーレント光は、ビームスプリッ
タ３で２光束に分けられる。分けられた一方の光束は、
マスク用液晶テレビ４を透過した後、被相関画像と参照
画像を同時に並列して配置した入力像５を照射すること
により入力像５をコヒーレント画像に変換し、その像を
フーリエ変換レンズ６でフーリエ変換した像をCCDカメ
ラ７で受光し、この受光した像を液晶テレビ９に表示す
る。一方、ビームスプリッタ３で分けられた他方の光束
は、ミラー８で反射されて液晶テレビ９を照射する。こ
れにより、液晶テレビ９上に表示されているフーリエ変
換像の光強度分布をコヒーレント画像に変換し、その画
像をフーリエ変換レンズ10でフーリエ変換することによ
り、相関ピークをCCDカメラ11で受光することができ
る。ここで、入力像５や液晶テレビ９は、フーリエ変換
レンズ６や10の前焦点面から後焦点面の任意の位置に配
置することができるが、厳密なフーリエ変換をするため
には、前焦点面またはフーリエ変換レンズ６や10と後焦
点面の間に配置するのが好ましい。本実施例では、フー
リエ変換レンズ６や10の前焦点面に入力像５や液晶テレ
ビ９を配置し、後焦点面にCCDカメラ７や11を配置す
る。また、マスク用液晶テレビ４の直後に入力５を配置
する。

CCDカメラ11から出力される相関信号はアナログ信号
であるので、A/D変換器12でデジタル信号に変換した
後、コンピュータ13で相関ピークの光強度を測定する。
測定した相関ピークの光強度に応じてマスク用液晶テレ
ビ４を動作させるための信号をコンピュータから出力
し、そのデジタル信号をD/A変換器14でデジタル信号か
らアナログ信号に変換し、その信号でマスク用液晶テレ
ビ４を動作させる。

次に動作について説明する。入力像５には例えば第16
図に示すように、１個の被相関画像を中心としてその円
周上に複数の参照画像を配置したものを用いる。これ
は、被相関画像と参照画像間の距離を一定にするためで
ある。また初期状態では、マスク用液晶テレビ４は透過
の状態にしておく。

この初期状態においてCCDカメラ11で得られる像に
は、被相関画像と各参照画像との間での相関に基づく複
数の相関ピークが得られる。例えば、第16図に示す入力
像の場合には、参照画像が４個あるため４対の相関ピー
クが得られる可能性がある。この場合、参照画像が１個
の場合と比べると、各々の相関ピークの光強度は小さ
く、またノイズ成分が増加しているので、相関ピークと
ノイズとの区別が困難となり、誤った認識をする場合も
ある。

そこで、CCDカメラ11から出力されるアナログの画像
信号をA/D変換器12でデジタル信号に変換し、コンピュ
ータ13で各相関ピークごとに最大の光強度を測定し、そ
れを各相関ピークの光強度とする。各相関ピークの光強
度を全相関ピーク中で最大の光強度で規格化し、その規
格化した割合に応じて対応する参照画像をマスク用液晶
テレビ４でマスクする。例えば、第16図の入力像におけ
る初期状態では、被相関画像Ｅと参照画像中のＥとの相
関ピークが最も強いとする。そこで、その相関ピークの
光強度を１として他の相関ピークの光強度を規格化した
結果、被相関画像Ｅと参照画像G,R,Wの各々との相関ピ
ークの光強度が0.8,0.7,0.6であったとする。この割合
に応じて、対応する参照画像を照射する光強度が変化す
るようにマスク用液晶テレビ４を用いてマスクする。つ
まり、参照画像Ｅについてはマスクせずに、G,R,Wの参
照画像を照射する光強度がそれぞれＥの0.8,0.7,0.6倍
になるようにマスク用液晶テレビ４の透過率を変化させ
る。

次に、その状態での相関ピークをCCDカメラ11から得
る。すると、被相関画像Ｅと参照画像G,R,Wとの相関ピ
ークの光強度は、それらの参照画像をマスクしているの
で、初期の相関ピークよりも低下し、参照画像のＥはマ
スクしていないので、逆に光強度は初期の相関ピークよ
りも増大する。更にこの相関ピークの光強度の割合で参
照画像をマスクする。この操作を繰り返すことにより、
複数個存在した相関ピークがやがて１対の相関ピークに
収束し、他の相関ピークは観察されなくなる。この状態
では、相関ピークが観察されない参照画像は全てマスク
されてしまっている。

この実施例において、規格化した相関ピークの光強度
の繰り返しによる変化を第17図に示す。Ｅ以外の参照画
像の相関ピークの光強度がフィードバックを繰り返すこ
とにより低下していく様子がわかる。この場合は、初期
状態においても参照画像のＥに対する相関ピークが他の
相関ピークに比べて最も強いため、相関ピークの光強度
によるフィードバックを行わなくとも被相関画像がＥで
あることが識別できる。しかし、例えば、第18図に示す
被相関画像がＧの場合のように、最初は誤った判断をし
ているが、フィードバックを繰り返すことにより正しい
解にたどり着く例も観察できた。

この実施例において、各相関ピークを規格化する方法
として、各相関ピークごとの最大の光強度を用いている
が、各相関ピークごとの全光量や平均光強度などを用い
てもよい。

第２図、本発明による光学的パターン認識装置の第２
実施例の構成図で、先述の第１実施例と同一または相当
部は同一符号を付し、説明を省略する。

この実施例ではフーリエ変換レンズ６でフーリエ変換
されたフーリエ変換画像を表示する空間光変調器として
光書き込み型の液晶ライトバルブ15を用い、そのフーリ
エ変換画像を読み出す手段をレーザ１とビームエキスパ
ンダ２とビームスプリッタ３とミラー８と偏光ビームス
プリッタ16とで構成している。

入力像５のコヒーレント画像が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15に照射され、
合同のフーリエ変換画像の光強度分布が液晶ライトバル
ブ15上に表示される。

一方、ビームスプリッタ３で分けられた他方の光束
は、ミラー８及び偏光ビームスプリッタ16で反射された
後、液晶ライトバルブ15で反射される。ただし、液晶ラ
イトバルブ15は反射型のため、光束が液晶ライトバルブ
15を照射する方向は、フーリエ変換像を書き込んだ場合
の反対方向の面から照射する。これにより、液晶ライト
バルブ15上に表示されている合同のフーリエ変換像の光
強度分布をコヒーレント画像に変換でき、その画像を偏
光ビームスプリッタ16を経てフーリエ変換レンズ10でフ
ーリエ変換することにより、相関ピークをCCDカメラ11
で受光することができる。ここで、入力像５や液晶ライ
トバルブ15は、フーリエ変換レンズ６や10の前焦点面か
ら後焦点面の任意の位置に配置することができるが、厳
密なフーリエ変換をするためには、前焦点面またはフー
リエ変換レンズ６や10と後焦点面の間に配置するのが好
ましい。本実施例では、先述の第１実施例と同様にフー
リエ変換レンズ６の前焦点面に入力像５を、後焦点面に
は液晶ライトバルブ15を配置する。さらに、フーリエ変
換レンズ10の前焦点面に液晶ライトバルブ15を、後焦点
面にはCCDカメラ11を配置する。また、マスク用液晶テ
レビ４は入力像５の直前に配置する。シャッタ17は、コ
ンピュータ13で制御され、フーリエ変換像の光強度分布
を液晶ライトバルブ15上に表示するときのみオープンさ
れ、それ以外では閉じている。その他の動作は、先述の
第１実施例と同様である。

ここで、第16図に示す被相関画像と参照画像とを入力
像５としたパターン認識を行ったところ、先述の第１実
施例と同様に良好な結果が得られた。

第３図は本発明の光学的パターン認識装置による第３
実施例の構成図で、先述の実施例と同一または相当部は
同一符号を付し、その説明を省略する。この実施例で
は、第２実施例で用いた反射型で使用する液晶ライトバ
ルブ15の代わりに、透過型で使用するBSO結晶（Bi₁₂SiO
₂₀）を用いた空間光変調器（PROM:Pockels Readout Opt
ical Modulator）18を用いている。そこで、合同のフー
リエ変換像をPROM18へ記憶するため、レーザ１には、PR
OM18にとって感度の高いアルゴンレーザを用い、その波
長は緑色の514.5nmである。そして、シャッタ17をレー
ザ１とPROM18の間に挿入する。シャッタ17はコンピュー
タ13により制御され、合同のフーリエ変換像を記憶する
ときのみシャッタ17を開く。記憶した合同のフーリエ変
換像を読み出すため、PROM18にとって感度の低いHe−Ne
レーザまたは半導体レーザ20を用い、ビームエキスパン
ダ21で光束を拡大したビームスプリッタ３で反射させて
PROM18に照射し、検光子19を透過させることにより、記
憶した合同のフーリエ変換像の光強度分布を読み出す。
その他の処理は、先に述べた実施例と同じである。

また、入力像５をこのシステムに入力する方法の一例
を第４図に示す。CRT22を表示した入力像を、投影レン
ズ23を用いて液晶ライトバルブ24上に結像させて記憶さ
せる。レーザ１から出射した光束をビームエキスパンダ
２を用いて拡大し、ビームスプリッタ３で反射させ、マ
スク用液晶テレビ４を透過した後、液晶ライトバルブ24
で反射させる。それにより、CRT22に表示した入力像を
コヒーレント画像として読み出すことができる。読み出
した入力像は、再びマスク用液晶テレビ４とビームスプ
リッタ３を透過し、フーリエ変換レンズ６でフーリエ変
換される。この場合、マスク用液晶テレビ４を２回透過
することになる。そのため、マスク用液晶テレビ４をｘ
の割合でマスクしても、実質的にはx²でマスクしたこと
に相当する。以後の処理は先に示した実施例と同じであ
る。

先述の第1,第２の実施例では、相関ピークの光強度が
例えば0.8ならマスクする割合も0.8のように定めていた
が、この実施例のように、相関ピークの光強度の割合が
ｘの場合、実質的にマスクする割合がx²となるなど、相
関ピークの光強度と実質的にマスクする割合の関係を非
線形に定めても良いことはいうまでもない。また、相関
ピークの光強度と実質的にマスクする割合の関係を線形
に定めるために、相関ピークの光強度の割合がｘの場
合、マスクする割合を√ｘに定めてもよいことは言うま
でもない。

先述の第1,第2,第３の実施例では、入力像５はマスク
用液晶テレビ４の直後に配置しているが、互いに近接し
て位置してあれば、入力像５がマスク用液晶テレビ４の
前に配置されていても良いことは言うまでもない。

上記実施例では、第16図に示すように入力像５として
１個の被相関画像と複数個の参照画像としているが、複
数個の被相関画像と１個の参照画像でも良いし、被相関
画像と参照画像がそれぞれ複数個であっても良いことは
いうまでもない。複数個の被相関画像を用いる場合に
は、参照画像ではなく、被相関画像をマスク用液晶テレ
ビ４でマスクして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は気体レーザや半導体
レーザや固定レーザなど、コヒーレンス性の良いレーザ
であれば良いことはいうまでもない。

上記実施例において、参照画像を照射する光強度を変
化させるマスクとして、マスク用液晶テレビ４を用いて
いるが、階調表現可能な空間光空調器であれば良いこと
は言うまでもない。

第５図は、本発明による光学的パターン認識装置の第
４実施例の構成図で、先述の第２実施例に対し、本実施
例では参照画像と被相関画像との合同のフーリエ変換画
像を二値化強度分布画像に変換してパターン認識を実行
するものであり、先の実施例と同一または相当部は同一
符号を付し、その説明を省略する。

図において、液晶ライトバルブ25は、光反射率と印加
電圧との間に双安定メモリ性を有する強誘電性液晶を用
いた光書き込み型の空間光変調器であって、合同のフー
リエ変換画像の光照射によって二値化強度分布画像とし
て記憶するもので、その液晶ライトバルブ25に記憶され
た画像を読み出す手段は、レーザ１とビームエキスパン
ダ２とビームスプリッタ３とミラー８と偏光ビームスプ
リッタ26とで構成している。

次に、その動作について説明する。被相関画像と参照
画像を同時に並列して配置した入力像５のコヒーレント
画像をフーリエ変換用レンズ６でフーリエ変換した後、
液晶ライトバルブ25に照射する。ここで、液晶ライトバ
ルブ25には光反射率と印加電圧の間に双安定メモリ性を
有する強誘電性液晶を用いているため、合同のフーリエ
変換画像はあるしきい値によって全二値化されてしま
う。それにより、合同のフーリエ変換画像の二値化強度
分布画像が液晶ライトバルブ25上に記憶される。

一方、ビームスプリッタ３で反射された他方の光束
は、ミラー８および偏光ビームスプリッタ26で反射され
た後、液晶ライトバルブ25で反射される。ただし、液晶
ライトバルブ25は反射型のため、この光束が液晶ライト
バルブ25を照射する方向は、合同のフーリエ変換画像を
記憶した場合の反対方向の面から照射する。これにより
液晶ライトバルブ25上に記憶されている合同のフーリエ
変換画像の二値化強度分布画像がコヒーレント画像に変
換される。その画像は検光子の代わりに用いられている
偏光ビームスプリッタ26を透過することにより、ネガ像
またはポジ像の強度分布として読み出される。

ここで、入力像５や液晶ライトバルブ25は、フーリエ
変換レンズ６や10の前焦点面から後焦点面の任意の位置
に配置することができるが、厳密なフーリエ変換をする
ためには、前焦点面またはフーリエ変換レンズ６や10と
後焦点面の間に配置するのが好ましい。本実施例では、
フーリエ変換用レンズ６の前焦点面に入力像５を、後焦
点面には液晶ライトバルブ25を配置する。さらに、フー
リエ変換用レンズ10の前焦点面に液晶ライトバルブ25
を、後焦点面にはCCDカメラ11を配置する。また、マス
ク用液晶テレビ４は入力像５の直前、または直後に配置
する。シャッタ17は、コンピュータ13で制御され、合同
のフーリエ変換画像の光強度分布を液晶ライトバルブ25
上に記憶するときのみオープンされ、それ以外では閉じ
ている。それ以外の動作は第２実施例と同様である。

ここで、第16図に示す１個の被相関画像を中心とし
て、その円周上に複数の参照画像を配置したものを入力
像５として用い、認識処理を行った。

認識処理は、第２実施例と同様に、CCDカメラ11で得
られる相関信号をコンピュータ13で各相関ピークごとに
最大の光強度を測定し、全相関ピーク中で最大の光強度
を１として、他の相関ピークの光強度を規格化し、その
割合に応じてマスク用液晶テレビ４の透過率を変化させ
て、対応する参照画像を照射する光強度を変化させるフ
ィードバックをかけて実行したところ、先述の実施例と
同様に良好なパターン認識が得られた。ただし、本実施
例では、第21,第22図に示すように、合同のフーリエ変
換画像を二値化したため、初期状態においては二値化し
ない場合よりも鮮明な相関ピークが得られる上に、（例
えば、ビー．ヤビティおよびシー．ジェイ．クオ，アプ
ライドオプチクス,27,663（1988）:B.Javidi and C.
J.Kuo,Applied Optics,27,663（1988）。）フィードバ
ックを行う過程においても二値化しない場合に比べて速
く収束することがわかる。各相関ピークを規格する方法
として、各相関ピークごとの最大の光強度以外に、各相
関ピークごとの全光量や平均光強度などを用いても良
い。

第６図は、強誘電性液晶を用いた液晶ライトバルブ25
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31a,31bは、表面
に透明電極層32a,32b、透明基板の法線方向から75度か
ら85度の範囲の角度で一酸化珪素を斜方蒸着した配向膜
層33a,33bが設けられている。透明基板31aと31bはその
配向薄層33a,33b側を、スペーサ39を介して間隙に制御
して対向させ、強誘電性液晶層34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32a上には光
導電層35,遮光層36,誘電体ミラー37が配向膜33aとの間
に積層形成され、書き込み側の透明基板31aと読み出し
側の透明基板31bのセル外面には、無反射コーティング
層38a,38b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25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25
の書き込み面全面を光照射し、明時の動作しきい値電圧
の最大値よりも十分に高い直流バイアス電圧あるいは10
0Hz〜50k Hzの交流電圧を重畳した直流バイアス電圧を
透明電極層32aと32b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、暗時の動作しきい値
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〜50k Hzの交流電圧を重畳した直流バイアス電
圧を透明電極層32aと32b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25を上記のように初期化した
後の動作について示す。第１の動作では、暗時には動作
しきい値電圧の最小値以下であり、光照射時には動作し
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〜50k Hzの交流電圧を重畳した直流バ
イアス電圧を透明電極層32aと32b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、その結果動作しきい値電圧は下がり、レーザ
照射が行われた領域には動作しきい値電圧以上の逆極性
のバアイス電圧が印加され、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光の読み出し光の照射、及び
誘電体ミラー37による反射光の偏光方向に対し、偏光軸
が直角（または平行）になるように配置された検光子を
通すことにより、ポジ状態またはネガ状態で読み出すこ
とができる。上記第４の実施例においては、検光子の代
わりに偏光ビームスプリッタ26を用いている。

画像を二値化する場合の動作しきい値は、透明電極層
32aと32b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合同のフーリエ
変換像の光強度を変化させることにより、実質的に動作
しきい値を変化させた場合と同じ効果が得られる。

上記実施例において、誘電体ミラー37の可視光反射率
が十分大きく、光導電層35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36を省略することができる。
さらに、光導電層35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35に対し
て読み出し光の影響を極めて小さい場合には、誘電体ミ
ラー37も省略することができる。

次に第２の動作について説明する。

第23図に、光書き込み型強誘電性液晶ライトバルブの
光学応答特性図を示す。光導電層がイントリンシックあ
るいはアンドープの水素化アモルファスシリコンで形成
されており、誘電体ミラーは、読み出し光が水素化アモ
ルファスシリコン光導電層に影響を与えるのに十分な光
透過率を有している場合は、光書き込み型強誘電性液晶
ライトバルブにおける読み出し面に読み出し光70が照射
されると、前記光書き込み型強誘電性液晶ライトバルブ
に用いられている誘電体ミラーは、読み出し光が水素化
アモルファスシリコン光導電層に影響を与えるのに充分
な光透過率を有しているために、水素化アモルファスシ
リコン光導電層に達した照射光は約１μｍの厚さで吸収
され、電子正孔対が発生し、電子は正極側に、正孔は負
極側に移動していく。通常イントリンシック、あるいは
アンドープの水素化アモルファスシリコンの電子の易動
度は、正孔の易動度の数倍から数十倍大きいため、伝導
現象は電子が支配的となっている。従って、読み出し光
が照射されている状態で、水素化アモルファスシリコン
光導電層側の透明電極が正電圧67となっているときは、
発生した電子が正極側に引き寄せられるために水素化ア
モルファスシリコン光導電層のインピーダンスが急激に
低下して強誘電性液晶を反転させて暗状態72にすること
ができるが、負電圧68となっている時は、正孔がキャリ
アとなっているために充分に水素化アモルファスシリコ
ン光導電層のインピーダンスを低下させることができ
ず、強誘電性液晶を逆極性の安定状態にまで反転させる
ことができない。

このときに書き込み光71を照射すれば、書き込み側の
水素化アモルファスシリコン光導電層の表面近傍でも電
子正孔対を発生し、強誘電性液晶の極性が正、すなわち
水素化アモルファスシリコン光導電層側が負電圧の時に
電子キャリアの移動が起こって光が照射された部分の水
素化アモルファスシリコン光導電層のインピーダンスが
低下し、強誘電性液晶分子に充分な電圧が加えられ、読
み出し光照射時とは逆極性の明状態73の安定状態に反転
し、必要な情報を書き込むことができることになる。

水素化アモルファスシリコン光導電層がゼロ電圧69の
ときは、キャリアの移動が行われないために、書き込ま
れた合同のフーリエ変換画像はメモリされており、読み
出し光70によって読み出される。このゼロ電圧69部を設
けることにより、μsecオーダーの高速応答時でも、記
録された合同のフーリエ変換画像のコントラストを落と
さずに済む。読み出し光70の照射強度が充分強く、誘電
体ミラーの反射率が充分大きいときは、このゼロ電圧69
部を省略することができる。

従って、上記のような駆動方式とすることにより、水
素化アモルファスシリコン光導電層の極性が正電圧時に
は読み出し光により光書き込み型強誘電性液晶ライトバ
ルブに書き込まれている画像が消去されて、当該光書き
込み度強誘電性液晶ライトバルブの初期化を行い、水素
化アモルファスシリコン光導電層の極性が負電圧時には
書き込み光により合同のフーリエ変換画像が書き込まれ
る。

第７図は本発明による光学的パターン認識装置の第５
実施例を示す構成図で、先述の第１実施例に対し本実施
例は、参照画像と被相関画像との合同のフーリエ変換画
像を二値化強度分布画像に変換してパターン認識を実行
するものであり、第１実施例と同一または相当部は同一
符号を付し、その説明を省略する。

図において、CCDカメラ７と二値化回路40と液晶テレ
ビ９とにより、合同のフーリエ変換画像を、二値化強度
分布画像に変換し、その二値化強度分布画像を二値化用
空間光変調器に表示する手段を構成している。

入力像５をフーリエ変換用レンズ６でフーリエ変換す
るまでの構成は先に述べた実施例と同じであるので省略
する。入力像５のフーリエ変換像をCCDカメラ７を用い
てフーリエ変換画像信号に変換する。ここでは、フーリ
エ変換像の強度分布が得られているだけなので、そのフ
ーリエ変換画像信号を二値化回路40によりあるしきい値
を決めて二値化処理し、その信号を液晶テレビ９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８で反射された後、液晶テレビ９を照射する。そ
れによりフーリエ変換像の二値化強度分布画像をコヒー
レント画像に変換することができる。そのコヒーレント
画像をフーリエ変換用レンズ10を用いて再びフーリエ変
換し、CCDカメラ11で撮像することにより、相関ピーク
を相関信号に変換する。その後の処理は、先に述べた実
施例と同じである。

上記実施例においては、二値化処理したフーリエ変換
画像信号を液晶テレビ９に表示しているが、レーザース
キャナ等の走査光学系を用いて光書き込み型の空間光変
調器に記憶して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言うまでもない。

認識処理は、第１実施例と同様に、CCDカメラ11で得
られる相関画像信号をコンピュータ13で各相関ピークご
とに最大の光強度を測定し、全相関ピーク中で最大の光
強度を１として他の相関ピークの光強度を規格化し、そ
の割合に応じてマスク用液晶テレビ４の透過率を変化さ
せて、対応する参照画像を照射する光強度を変化させる
フィードバックをかけて実行したところ、先述の実施例
と同様に良好なパターン認識が得られた。

さらに、そのフィードバックを繰り返し行うことによ
り、パターン認識の精度が向上することは言うまでもな
いことであり、各相関ピークを規格する方法も、各相関
ピークごとの最大の光強度以外に、各相関ピークごとの
全光量や平均強度などを用いても良い。

また、入力像５をこのシステムに入力する方法は、第
４図に示す方法を用いることができる。

ここで、参照画像および被相関画像のフーリエ変換強
度が等しくなるようにする規格化の一例を第２図に示す
システムを用いて説明する。

入力像５には例えば第16図に示すように、１個の被相
関画像を中心としてその円周上に複数の参照画像を配置
したものを用いる。これは、被相関画像と参照画像との
距離を一定にするためである。このとき、各参照画像の
大きさはそれぞれ異なるため、これら参照画像を透過す
る光量もまた違ってくる。そのため、液晶ライトバルブ
15の書き込み面上に形成される各参照画像のフーリエ変
換像の強度に違いが生じ、その結果、フーリエ変換像の
干渉縞のビジビリティが低下する。これを防ぐため、最
も面積の小さな参照画像の面積をｓとし、各参照画像の
面積をS_j（ｊは自然数）としたとき、各参照画像と被相
関画像に照射される光の強度あるいは各参照画像と被相
関画像からフーリエ変換用レンズ６に照射される光の強
度が、s/S_jに比例するように、マスク用液晶テレビ４で
光の強度を調整し規格化する。あるいは、入力像５が形
成されている写真フィルムまたは液晶テレビに透過率の
むらがある場合は、各参照画像および被相関画像の透過
光強度を実測して、その最小値をt,各参照画像と被相関
画像の透過光強度をT_jとしたとき、各参照画像と被相関
画像に照射される光の強度あるいは各参照画像と被相関
画像からフーリエ変換用レンズ６に照射される光の強度
が、t/T_jに比例するように、マスク用液晶テレビ４で光
の強度を調整し規格化する。マスク用液晶テレビ４の代
わりに金属や有機高分子などの光吸収膜をガラスなどの
透明基板上に形成した光学マスクを用いてもよいし、マ
スク用空間光変調器を用いてもよい。被相関画像あるい
は参照画像は随時更新して用いるのが普通であるため、
光透過率を随時変更可能である電気的にアドレス可能な
マスク用空間光変調器を用いる方が好ましい。

この状態において、CCDカメラ11からは、被相関画像
と参照画像との間での相関ピークの像が得られる。例え
ば、第16図に示す入力像の場合には、参照画像が４個あ
るため４対の相関ピークが得られる可能性がある。この
場合、参照画像が１個の場合と比べると、各々の相関ピ
ークの光強度は小さく、その上ノイズ成分が増加してい
るので、相関ピークとノイズとの分離が困難となり、誤
った認識をする場合もある。特に、前記入力像の規格化
がなされていない場合は、面積の大きな被相関画像およ
び参照画像に対応する相関ピークはより強く、面積の小
さな被相関画像および参照画像に対応する相関ピークは
より弱くなる傾向がある。そのため、面積の小さな被相
関画像および参照画像に対して誤った認識をする場合が
多くなる。この様子を第８図に示す。第８図には、第16
図で示した入力像を用いた場合に、各参照画像に対応す
る被相関画像における規格化した自己相関ピークと最大
の相互相関ピークの光強度差を示してある。ここで、規
格化した自己相関ピークおよび規格化した相互相関ピー
クとは、各相関ピークごとに最大の光強度を測定し、そ
れを各相関ピークの光強度としたとき、各相関ピークの
光強度を全相関ピークの中で最大の光強度で規格化した
ものである。この規格化した自己相関ピークと最大の相
互相関ピークの光強度差が大きいほど、明瞭なパターン
認識ができており、また、これが負になれば、誤った認
識をしたことに対応する。すなわち、これは認識の度合
を示している。第８図から分かるように入力像を規格化
しない場合は、面積の大きな被相関画像であるＷに対し
ては明瞭な認識ができているにもかかわらず、面積の小
さな被相関画像であるＧに対しては誤った認識をしてい
る。各被相関画像に対する認識の度合も大きくばらつい
ている。これに対して入力像を規格化した場合は、被相
関画像の面積の大きさにかかわらず、各被相関画像に対
する認識の度合はほぼ一様になっている。さらに、各被
相関画像に対する認識のレベルも向上していることがわ
かる。

次に、入力画像としてＥを用いて、参照画像の数を増
やしていったときの規格化した自己相関ピークと最大相
互相関ピークの光強度差の変化を第９図に示す。入力像
を規格化しない場合は、参照画像数の数が８から10文字
までしか正確な認識ができなかったのに対して、入力像
を規格化した場合は、参照画像の数が11から13文字まで
正確な文字認識が可能となることがわかる。

更に、相関出力を入力像の入力強度にフィードバック
させる場合を説明する。例えば、第16図の入力像におけ
る初期状態では、被相関画像Ｅと参照画像Ｅとの相関ピ
ークが最も強く、その相関ピークの光強度を１として他
の相関ピークの光強度を規格化した結果、参照画像G,R,
Wの各々との相関ピークの光強度が0.8,0.7,0.6であった
とする。また、各参照画像E,G,R,Wの大きさの割合が0.
8,0.7,0.8,1であったとする。この割合に応じて、対応
する参照画像を照射する光強度が変化するようにマスク
用液晶テレビ４を用いてマスクする。つまり、参照画像
E,G,R,Wを照射する光強度が１×0.7/0.8:0.8×0.7/0.7:
0.7×0.7/0.8:0.6×0.7/1＝1:0.9:0.7:0.5の割合になる
ようマスク用液晶テレビ４の透過率を変化させる。

次に、その状態での相関ピークをCCDカメラ11から得
る。その結果、被相関画像Ｅと参照画像G,R,Wとの相関
ピークの光強度は、それらの参照画像をマスクとしてい
るので初期状態よりも低下し、一方、参照画像のＥはマ
スクしていないので、それに対応する相関ピークの光強
度は初期状態よりも増大する。さらに、この相関ピーク
の光強度の割合で参照画像をマスクする。この操作を繰
り返すことにより、複数個存在した相関ピークがやがて
１対の相関ピークに収束し、他の相関ピークは観察され
なくなる。この状態では、相関ピークが観察されない参
照画像は全てマスクされている。

このように、入力像を規格化した場合と入力像を規格
化しない場合について、規格化した相関ピークの光強度
のフィードバックの繰り返しによる変化を第10図
（ａ），（ｂ）に示す。どちらの場合においても、Ｅ以
外の参照画像に対応する相関ピークの光強度がフィード
バックを繰り返すことにより低下していく様子がわか
る。この場合は、初期状態においても参照画像のＥに対
する相関ピークが他の相関ピークに比べて最も強いた
め、フィードバックを行わなくても被相関画像がＥであ
ることが認識できる。しかし、入力像を規格化した方が
入力像を規格化しない場合よりも収束性が良いことがわ
かる。

上記実施例においては各相関ピークを規格化する方法
として、各相関ピークごとの最大の光強度を用いている
が、各相関ピークごとの全光量や平均光強度などを用い
てもよい。

第11図は、本発明の光学的パターン認識装置の概要を
示す概念図である。合同のフーリエ変換画像を表示する
フーリエ変換用空間光変調器として、光書き込みで反射
型のものを例に取って説明する。所要の目的を含む少な
くとも１つの参照画像と新たに入力する少なくとも１つ
の被相関画像をコヒーレント画像に変換する手段は、書
き込み光41と、入力像43からなり、前記コヒーレント画
像をフーリエ変換し、前記参照画像と被相関画像の合同
のフーリエ変換画像を得る手段は、フーリエ変換用レン
ズ44からなり、前記合同のフーリエ変換画像を強度分布
画像に変換し、その強度分布画像を空間光変調器に表示
する手段は、フーリエ変換用空間光変調器45からなり、
前記空間光変調器に表示した強度分布画像をコヒーレン
ト光を用いて読み出す手段は、読み出し光46とビームス
プリッタ47からなり、前記読み出した強度分布画像をフ
ーリエ変換して、その画像を撮像装置または光検出器を
用いて相関信号に変換する手段は、フーリエ変換用レン
ズ48と相関出力面49からなり、前記相関信号を信号処理
して、前記参照画像と被相関画像との２次元の相関係数
をそれぞれ求める手段は、比較器50からなり、前記参照
画像の前または後ろに配置し、前記各参照画像に対応す
る部分の透過率または反射率を、前記相関係数に対して
線形または非線形な関係で変化させる手段は、フィード
バック伝達関数51とマスク用空間光変調器42からなる。

入力像43には、ｎ個の参照画像R₁からR_nと１個の被相
関画像Ｓが並列に配置されているとする。また、マスク
用空間光変調器42上で、各参照画像に対応する位置の透
過率をM₁からM_n,被相関画像に対応する位置の透過率をM
_sとする。コヒーレントな書き込み光41がマスク用空間
光変調器42を透過して入力像43を照射することにより、
入力像43上の参照画像と被相関画像はコヒーレント画像
に変換される。ここで初期状態では、 M₁＝・・・M_n＝M_s であり、書き込み光41がマスク用空間光変調器42を透過
して入力像43上の各参照画像と被相関画像を照射する光
強度は等しいとする。

そのコヒーレント画像をフーリエ変換用レンズ44でフ
ーリエ変換し、フーリエ変換用空間光変調器45に照射す
ることによって、フーリエ変換用空間光変調器45に合同
のフーリエ変換画像の強度分布が記憶される。

コヒーレントな読み出し光46はビームスプリッタ47で
反射されてフーリエ変換用空間光変調器45を照射するこ
とにより、記憶されている合同のフーリエ変換画像の強
度分布をコヒーレント画像に変換する。その画像をフー
リエ変換用レンズ48でフーリエ変換することにより、相
関出力像を相関出力面49で受光することができる。この
相関出力像中には、ｎ対の相関ピークが存在している。
そして、これらｎ対の相関ピーク各々の平均値P₁からP_n
の光強度は、入力像43上に配置してある被相関画像Ｓの
参照画像R₁からR_nに対する２次元の相関係数を表してい
る。ここで、フーリエ変換用レンズ44の前焦点面に入力
像43を後焦点面にはフーリエ変換用空間光変調器45を配
置する。さらに、フーリエ変換用レンズ48の前焦点面に
フーリエ変換用空間光変調器45を、後焦点面には相関出
力面49を配置する。

相関出力面49で、相関ピークを含む相関出力像は相関
信号に変換され、その相関信号を比較器50で処理して相
関ピークの光強度を求める。それによって、参照画像と
被相関画像との２次元の相関係数C₁からC_nをそれぞ求め
ることができる。ただし、この相関係数は最大の相関係
数で規格化されている。

その相関係数はフィードバック伝達関数51に入力さ
れ、線形または非線形な関数ｇで次式のような処理 M_i＝ｇ（C_i）（ｉ＝1,2……,n）をされることにより、マスク用空間光変調器42における
透過率M₁からM_nが決定される。ただし、当然規格化され
た相関係数C₁からC_nや透過率M₁からM_nは、０から１まで
の値であらねばならない。よってｇの定義域、値域とも
に０から１までである。

そして、マスク用空間光変調器42の各参照画像に対応
する部分の透過率が、それぞれM₁からM_nになるようにマ
スク用空間光変調器42を制御する。このことにより、相
関処理によって得られた２次元の相関係数の値に応じ
て、入力像43上の参照画像R₁からR_nを照射する光強度を
変化させることができる。ただし、被相関画像に対応す
る部分の透過率M_sは常に、 M_s＝max（M_i），（ｉ＝1,2……,n）である。

このようなマスク用空間光変調器42の透過率を変えた
状態で、再び書き込み光41を照射して同様に相関処理を
行い、２次元の相関係数を求める。その結果をフィード
バック伝達関数51を介して再びマスク用空間光変調器42
の透過率にフィードバックして、参照画像を照射する光
強度を変化させ、フィードバックループを構成する。

以上のように構成すると、ある相関ピークの光強度が
他よりも弱い場合、フィードバックによってそれに対応
する参照画像を照射する光強度は小さくなる。その状態
で再び相関処理を行うと、フーリエ変換用空間光変調器
45に記憶されるフーリエ変換像の中で、その弱い相関ピ
ークに対応する参照画像のフーリエ変換像は弱く不鮮明
になる。それによって、その参照画像に対応する相関ピ
ークの光強度はさらに小さくなる。よって、このフィー
ドバックを繰り返すことによって、徐々に被相関画像と
相関の小さな参照画像はマスク用空間光変調器42によっ
てマスクされて、参照画像を照射する光強度は弱くなる
ので、正しい参照画像に対応する相関ピークだけが非常
に強くなる。そこで、初期状態ではたとえ相関出力面に
多くの相関ピークが存在し、各相関ピークの光強度が小
さくてノイズに埋もれてしまい、正確な認識ができない
状態だとしても、以上述べたフィードバックを繰り返す
ことにより、正確な認識が行えることになる。

ここで、フィードバック伝達関数51の形を変えること
によって、２次元の相関係数C₁からC_nとマスク用空間光
変調器42の透過率の関係を任意に変化させることができ
る。フィードバック伝達関数51の形としては例えば、飽
和型ではシグモイド関数や三角関数、対数関数等があ
り、また少なくとも１段以上のステップ型では単一段階
関数や多段のステップ関数などが考えられる。また、そ
れらを複合した形の関数でもよい。

フィードバック伝達関数51の形を変えると、収束の速
さや認識の正確さを変化させることができる。例えば、
フィードバック伝達関数51として単一段階関数を用いた
場合、そのしきい値をうまく選択すれば、弱い相関ピー
クに対応する参照画像は１回のフィードバックで完全に
マスクされてしまうので、非常し早く収束させることが
できる。しかし、逆にしきい値が不適切であれば、収束
が遅かったり、何回フィードバックを繰り返しても収束
しないことも起こり得る。そこで、入力像43の状態や、
認識に要求される条件に応じてフィードバック伝達関数
51の形を変化させればよい。

上記例では、フーリエ変換用空間光変調器45としては
光書き込みで反射型を例に取っているが、透過型であっ
ても、電気書き込み型であても原理的には同じであるこ
とは言うまでもない。

次に、第11図に示す本発明の概念図を第２図に示す第
２実施例に従って説明する。所要の目標を含む少なくと
も１つの参照画像と新たに入力する少なくとも１つの被
相関画像をコヒーレント画像に変換する手段は、レーザ
１とビームエキスパンダ２とビームスプリッタ３とシャ
ッタ17と入力像５からなり、前記コヒーレント画像をフ
ーリエ変換し前記参照画像と被相関画像の合同のフーリ
エ変換画像を得る手段は、フーリエ変換用レンズ６から
なり、前記合同のフーリエ変換画像を強度分布画像に変
換しその強度分布画像を空間光変調器に表示する手段
は、液晶ライトバルブ15からなり、前記空間光変調器に
表示した強度分布画像をコヒーレント光を用いて読み出
す手段は、ミラー８と偏光ビームスプリッタ16からな
り、前記読み出した強度分布画像フーリエ変換してその
画像を撮像装置を用いて相関信号に変換する手段は、フ
ーリエ変換用レンズ10とCCDカメラ11からなり、前記相
関信号を信号処理して前記参照画像と被相関画像との２
次元の相関係数をそれぞれ求める手段は、A/D変換器12
とコンピュータ13からなり、前記参照画像の前または後
ろに配置し、前記各参照画像に対応する部分の透過率ま
たは反射率を前記相関係数に対して線形または非線形な
関係で変化させる手段は、コンピュータ13とD/A変換器1
4とマスク用液晶テレビ４からなる。

この実施例において、CCDカメラ11から出力される相
関信号はアナログ信号であるため、A/D変換器12でデジ
タル信号に変換した後コンピュータ13に入力し、相関ピ
ークの光強度を測定する。コンピュータ13には、フィー
ドバック伝達関数の形を前もって入力しておき、測定し
た相関ピークの光強度からフィードバック伝達関数の出
力を計算する。その値に応じてマスク用液晶テレビ４を
動作せるための信号をコンピュータ13から出力し、その
デジタル信号をD/A変換器14でデジタル信号からアナロ
グ信号に変換し、その信号でマスク用液晶テレビ４を動
作させる。それ以外の動作は第２実施例と同様である。

次に、パターン認識処理について説明する。入力像５
には例えば第12図に示すように、１個の被相関画像を中
心としてその円周上に複数の参照画像を配置したものを
用いる。これは、被相関画像と参照画像との間の距離を
一定にするためである。この例では、参照画像の個数は
13個である。また初期状態では、マスク用液晶テレビ４
は完全に透過の状態にしておき、各参照画像や被相関画
像が均一なコヒーレント光で照射されるようにしてお
く。

この初期状態において、CCDカメラ11からは、被相関
画像と各参照画像との間での相関に基づく多数の相関ピ
ークの像が得られる。例えば、第12図に示す入力像の場
合には、参照画像が13個あるため13対の相関ピークが得
られる可能性がある。この場合、参照画像が１個の場合
と比べると、各々の相関ピークの光強度は小さく、その
上ノイズ成分が増加しているので、相関ピークとノイズ
との区別が困難となり、誤った認識をする場合もある。

そこで、CCDカメラ11から出力されるアナログの相関
信号をA/D変換器12でデジタル信号に変換し、コンピュ
ータ13で各相関ピークごとの最大の光強度を測定し、そ
れを各相関ピークの光強度とする。各相関ピークの光強
度を全相関ピーク中で最大の光強度で規格化し、その規
格化した値をフィードバック伝達関数の入力ｘとする。

フィードバック伝達関数としては、１例としてｇ（ｘ）＝［１＋tanh｛（ｘ−α）/x0｝］/2 ……
（１）で表される非線形なシグモイド関数を用いた。第13図に
α＝0.7でx0を＝0.4,0.1の場合の関数の形状を示す。こ
のx0の値を小さくすれば、単一段階関数に近づく。そし
て、マスク用液晶テレビ４の各参照画像に対応する部分
の透過率が、フィードバック伝達関数の出力ｇ（ｘ）と
なるようにする。

第12図の入力像における初期状態では、被相関画像Ｅ
と参照画像中のＥとの相関ピークが最も強く、その相関
ピークの光強度を１として他の相関ピークの光強度を規
格化した結果、被相関画像Ｅと残り12個の各参照画像と
の相関ピークの光強度がC₁からC₁₂であったとする。す
ると、マスク用液晶テレビ４の透過率は、ｇ（１）とｇ
（C₁）からｇ（C₁₂）となる。この割合に応じて、対応
する参照画像を照射する光強度が変化するようにマスク
用液晶テレビ４を用いてマスクする。

次に、その状態で再び相関処理を行い、相関ピークを
CCDカメラ11から得る。その結果、被相関画像ＥとＥ以
外の参照画像との相関ピークの光強度は、それらの参照
画像を照射する光強度はマスクすることにより初期状態
よりも弱くなっているので、初期状態よりも低下し、一
方、参照画像のＥはマスクしていないので、それに対応
する相関ピークの光強度は初期状態よりも増大する。更
にこの相関ピークの光強度を規格化し、再びフィードバ
ック伝達関数に入力し、その出力の値で参照画像をマス
クする。この操作を繰り返すことにより、多数存在した
相関ピークがやがて１対の相関ピークに収束し、他の相
関ピークは観察されなくなる。この状態では、相関ピー
クが観察されない参照画像は全てマスクされている。

第14図には、フィードバック伝達関数として（１）式
で示したシグモイド関数を使用した場合における、規格
化した相関ピークの光強度の繰り返しによる変化を示
す。ただし、（１）式中のパラメータはα＝0.7,x0＝0.
1である。また、第15図には、フィードバック伝達関数
が線形の場合の規格化した相関ピークの光強度の繰り返
しよる変化を示す。第14図と第15図を比較すると、Ｅ以
外の参照画像に対応する相関ピークの光強度は、第14図
の方がフィードバックを繰り返すことにより急速に低下
していく様子がわかる。

上記実施例において各相関ピークを規格化する方法と
して、各相関ピークごとの最大の光強度を用いている
が、各相関ピークごとの全光量や平均光強度などを用い
てもよい。

上記実施例において、フィードバック伝達関数として
シグモイド関数を用いているが、単一階段関数や、多段
のステップ関数を用いても、原理的には変わりがなく、
更に、先述の他の実施例におけるフィードバックに適用
することができる。

次に、第12図における被相関画像として、第24図に示
すように一部分が欠損した文字を用いた場合について説
明する。

第24図に示す被相関画像は、アルファベット大文字
“A"の下部が欠損したものであり、欠損率を次式のよう
に定義する。

第25図に、被相関画像として第24図に示す画像を用
い、欠損率が変化した場合の規格化した自己相関ピーク
と最大相互相関ピークの光強度差の変化を示す。この図
から被相関画像が60％以上欠損している場合でも、欠損
のない元の画像を正しく連想できることがわかる。ま
た、フィードバック伝達関数にかけるx0の値が小さく非
線形性が大きいほど、連想能力が向上していることがわ
かる。

上記実施例において、フーリエ変換レンズ６あるいは
10によって得られる合同のフーリエ変換画像や相関ピー
クを含む画像を拡大・縮小する光学系を含んでいてもか
まわない。また上記実施例において、被相関画像の面積
を前もって自動的に測定し、被相関画像をも規格化する
手段を有していることが好ましい。

さらに、本発明において合同の変換画像の二値化強度
分布画像を表示する空間光変調器としては、強誘電性液
晶を用いた光書き込み型液晶ライトバルブ以外にも、双
安定メモリ性を有する磁気光学空間光変調器や光双安定
素子を用いても良いことは言うまでもない。

〔発明の効果〕

この発明は以上説明したように、一度に多くの参照画
像と相関をとるために参照画像の個数を増加した場合
に、フィードバックを数回行うことでノイズの少ない鮮
明な相関ピークが得られ、参照画像が１個の場合と同じ
精度でパターン認識ができる。そのため、１個の参照画
像を次々に書き換えて時系列的に相関をとるよりも高速
な認識や計測が可能となる。

さらに、フィードバック伝達関数の形を任意に選択す
ることができるため、入力像中の参照画像や被相関画像
の個数、それらの似ている度合、認識や計測に要求され
る正確さや速度など、様々な条件に応じて最適のフィー
ドバック伝達関数を選べば良く、それによって正確さと
高速性を両立させた認識や計測が可能となる。このよう
に、本発明を用いることにより、正確で高速かつ環境に
応じたフレキシブルな認識や計測が行えるために、危険
な作業の自動化や生産設備の高速化を実現することがで
き、設備の安全性を向上させたり、コストダウンを実現
することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による光学的パターン認識装置の第１実
施例を示す構成図、第２図、第３図、第５図および第７
図はそれぞれ本発明による光学的パターン認識装置の第
2,第3,第4,第５実施例を示す構成図、第４図は本発明に
よる光学的パターン認識装置の入力像の入力方法の一例
を示す図、第６図は本発明の光学的パターン認識装置に
用いる液晶ライトバルブの断面図、第８図は被相関画像
の種類に対する自己相関ピークを最大相互相関ピークの
光強度の差を示す図、第９図は参照画像の数の変化に対
する自己相関ピークと最大相互相関ピークの光強度差の
変化を示す図、第10図は規格化した相関ピークの光強度
の繰り返しによる変化を示す図、第11図は本発明の光学
的パターン認識装置の概要を示す概念図、第12図は入力
像の一例を示す図、第13図は本発明に用いるシグモイド
関数の形状を示す図、第14図、第15図はそれぞれフィー
ドバック関数がシグモイド関数および線形の場合におけ
る本発明装置による規格化した相関ピークの光強度の繰
り返しによる変化を示す図、第16図は本発明に用いる入
力像の他の例を示す図、第17図、第18図、第26図および
第27図はそれぞれ規格化した相関ピークの光強度の繰り
返しによる変化を示す図、第19図、第20図は従来の光学
的パターン認識装置の一例を示す構成図、第21図は入力
像の他の例を示す図、第22図は相関ピークの一例を示す
図、第23図は光書き込み型強誘電性液晶ライトバルブの
光学応答特性を示す図、第24図は一部分が欠損した被相
関画像の一例を示す図、第25図は被相関画像の欠損率と
規格化した自己相関ピークと最大相互相関ピークの光強
度差の関係を示す図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (31)優先権主張番号特願平2−5246 (32)優先日平２(1990)１月12日 (33)優先権主張国日本（ＪＰ）前置審査

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】CCDカメラなどから得られる２次元画像に
対して、コヒーレント光を用いた光学的相関処理を施す
ことにより、所要のパターンを自動的に認識・計測する
光学的パターン認識装置において、所要の目標を含む少なくとも１つの参照画像と新たに入
力する少なくとも１つの被相関画像とをコヒーレント画
像に変換する手段と、前記コヒーレント画像をフーリエ変換し、前記参照画像
と前記被相関画像との合同のフーリエ変換画像を得る手
段と、前記合同のフーリエ変換画像を強度分布画像に変換し、
前記強度分布画像を空間光変調器に表示する手段と、前記空間光変調器に表示された前記強度分布画像をコヒ
ーレント光を用いて読み出す手段と、前記読み出した強度分布画像を再度フーリエ変換して、
その画像を撮像装置または光検出器を用いて相関信号に
変換する手段と、前記相関信号を信号処理して、前記参照画像と前記被相
関画像との２次元の相関係数をそれぞれ求める手段と、前記参照画像の前または後ろに配置し、前記各参照画像
に対応する部分の透過率または反射率を、前記各参照画
像および被相関画像の面積比あるいは入力強度に応じて
変化させ、前記各参照画像および被相関画像のフーリエ
変換強度が等しくなるように規格化する手段とを具備す
る光学的パターン認識装置。
【請求項２】前記合同のフーリエ変換画像を強度分布画
像に変換し、前記強度分布画像を空間光変調器に表示す
る手段が、前記合同のフーリエ変換画像を二値化強度分
布画像に変換し、前記二値化強度分布画像を空間光変調
器に表示する手段であることを特徴とする請求項１記載
の光学的パターン認識装置。
【請求項３】前記合同のフーリエ変換画像を二値化強度
分布画像に変換し、前記二値化強度分布画像を空間光空
調器に表示する手段は、フーリエ変換画像をフーリエ変
換画像信号に変換する手段と、前記フーリエ変換画像信
号を二値化する手段と、電気書き込み型の空間光変調器
からなる請求項２記載の光学的パターン認識装置。
【請求項４】前記合同のフーリエ変換画像を二値化強度
分布画像に変換し、前記二値化強度分布画像を空間光変
調器に表示する手段は、光反射率と印加電圧との間に双
安定メモリ性を有する強誘電性液晶を用いた光書き込み
型の空間光変調器である請求項２記載の光学的パターン
認識装置。
【請求項５】前記各参照画像に対応する部分の透過率ま
たは反射率を、前記相関係数に対して線形または非線形
な関係で変化させる手段と、前記線形または非線形な関
係を設定、保持、変更する手段を具備する請求項１記載
の光学的パターン認識装置。
【請求項６】CCDカメラなどから得られる２次元画像に
対して、コヒーレント光を用いた光学的相関処理を施す
ことにより、所要のパターンを自動的に認識・計測する
光学的パターン認識装置において、所要の目標を含む少なくとも１つの参照画像と新たに入
力する少なくとも１つの被相関画像とをコヒーレント画
像に変換する手段と、前記コヒーレント画像をフーリエ変換し、前記参照画像
と前記被相関画像との合同のフーリエ変換画像を得る手
段と、前記合同のフーリエ変換画像を強度分布画像に変換し、
前記強度分布画像を空間光変調器に表示する手段と、前記空間光変調器に表示された前記強度分布画像をコヒ
ーレント光を用いて読み出す手段と、前記読み出した強度分布画像を再度フーリエ変換して、
その画像を撮像装置または光検出器を用いて相関信号に
変換する手段と、前記相関信号を信号処理して、前記参照画像と前記被相
関画像との２次元の相関係数をそれぞれ求める手段と、前記参照画像の前または後ろに配置し、前記各参照画像
に対応する部分の透過率または反射率を、前記相関係数
に対して非線形な関係で変化させる手段と、前記非線形な関係は、飽和型の関数または少なくとも１
段以上のステップ関数、または飽和型の関数と少なくと
も１段以上のステップ関数との組み合わせで表現される
ものであって、該非線形な関係を条件に応じて設定、保
持、変更可能な手段とを具備することを特徴とする光学
的パターン認識装置。
【請求項７】CCDカメラなどから得られる２次元画像に
対して、コヒーレント光を用いた光学的相関処理を施す
ことにより、所要のパターンを自動的に認識・計測する
光学的パターン認識装置において、所要の目標を含む少なくとも１つの参照画像と新たに入
力する少なくとも１つの被相関画像とをコヒーレント画
像に変換する手段と、前記コヒーレント画像をフーリエ変換し、前記参照画像
と前記被相関画像との合同のフーリエ変換画像を得る手
段と、前記合同のフーリエ変換画像を二値化強度分布画像に変
換し、前記二値化強度分布画像を空間光変調器に表示す
る手段と、前記空間光変調器に表示された前記二値化強度分布画像
をコヒーレント光を用いて読み出す手段と、前記読み出した二値化強度分布画像を再度フーリエ変換
して、その画像を撮像装置または光検出器を用いて相関
信号に変換する手段と、前記相関信号を信号処理して、前記参照画像と前記被相
関画像との２次元の相関係数をそれぞれ求める手段と、前記参照画像の前または後ろに配置し、前記各参照画像
に対応する部分の透過率または反射率を、前記相関係数
に対して線形または非線形な関係で変化させる手段と、前記線形または非線形な関係を設定、保持、変更する手
段を具備することを特徴とする光学的パターン認識装
置。