JP2676562B2 - Optical pattern recognition device - Google Patents

Optical pattern recognition device

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JP2676562B2
JP2676562B2 JP2082018A JP8201890A JP2676562B2 JP 2676562 B2 JP2676562 B2 JP 2676562B2 JP 2082018 A JP2082018 A JP 2082018A JP 8201890 A JP8201890 A JP 8201890A JP 2676562 B2 JP2676562 B2 JP 2676562B2
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岩城  忠雄
靖幸 光岡
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セイコー電子工業株式会社
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、光情報処理や光計測の分野において、CCD
カメラなどの撮像装置から得られる2次元画像に対し、
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。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Industrial field of application] The present invention relates to a CCD in the field of optical information processing and optical measurement.
For two-dimensional images obtained from imaging devices such as cameras,
The present invention relates to a device that automatically performs pattern recognition and measurement by performing optical correlation processing.

〔発明の概要〕[Summary of the Invention]

本発明は、合同変換相関器(Joint Transform Correl
ator)において、空間光変調器に記録された所要の目標
を含む少なくとも1つ以上の参照画像と新たに入力する
少なくとも1つ以上の信号画像の合同のフーリエ変換強
度分布を、前記新たに入力する少なくとも1つ以上の信
号画像のみのフーリエ変換光で読み出し、これを再びフ
ーリエ変換することにより相関信号を得ることにより、
1度に多くの参照画像を用いてもノイズの少ない相関信
号を高速に得られる光パターン認識装置に関する。
The present invention is based on the Joint Transform Correlator.
in ator), the congruent Fourier transform intensity distribution of at least one or more reference images containing the required target recorded in the spatial light modulator and at least one or more newly input signal images is newly input. At least one or more signal images are read out by Fourier transform light, and Fourier transform is performed again to obtain a correlation signal,
The present invention relates to an optical pattern recognition device that can quickly obtain a correlation signal with less noise even if many reference images are used at one time.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

従来の光学的なパターン認識装置や相関処理装置にお
いては、合同変換相関器(Joint Transform Correlato
r)を用いる方法が多くとられていた。例えば、光書き
込み型空間光変調器を用いた1例を第4図に示す。この
方法においては、認識の基準となる参照画像と認識の対
象となる信号画像を同時に隣接して配置した像を入力像
36とする。レーザ1から出射された光束はビームエキス
パンダー2で拡大された後、ビームスプリッタ25で2光
束に分岐される。ビームスプリッタ25を透過した光束は
入力像36を照射し、入力像36をコヒーレント画像に変換
する。このコヒーレント画像をフーリエ変換用レンズ7
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37に参照画像と信号画像の合同のフーリエ
変換像の光強度分布を記憶させる。
In the conventional optical pattern recognition device and correlation processing device, the joint transform correlator
r) was often used. For example, FIG. 4 shows an example using an optical writing type spatial light modulator. In this method, the input image is an image in which a reference image serving as a reference for recognition and a signal image to be recognized are simultaneously arranged adjacent to each other.
36. The light beam emitted from the laser 1 is expanded by the beam expander 2 and then split into two light beams by the beam splitter 25. The light beam that has passed through the beam splitter 25 irradiates the input image 36 and converts the input image 36 into a coherent image. This coherent image is a Fourier transform lens 7
Fourier transform is performed by using, and the liquid crystal light valve 37 arranged on the transform surface stores the light intensity distribution of the Fourier transform image of the congruent Fourier transform image of the reference image and the signal image.

次に、ビームスプリッタ25で反射された光束はミラー
4、9、偏向ビームスプリッタ38で反射されて液晶ライ
トバルブ37を照射し、記憶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する。この
コヒーレント画像は検光子として作用する偏向ビームス
プリッタ38を透過することによりネガ像あるいはポジ像
として読み出され、フーリエ変換用レンズ8でフーリエ
変換され、その変換面上に配置したCCDカメラ13で受光
される。このようにすると信号画像と参照画像の2次元
の相互相関係数を表す相関ピークを得ることができる。
Next, the light beam reflected by the beam splitter 25 is reflected by the mirrors 4 and 9 and the deflecting beam splitter 38 and illuminates the liquid crystal light valve 37, and the light intensity distribution of the stored combined Fourier transform image is converted into a coherent image. Convert. This coherent image is read out as a negative image or a positive image by passing through the deflecting beam splitter 38 acting as an analyzer, is Fourier transformed by the Fourier transform lens 8, and is received by the CCD camera 13 arranged on the transform surface. To be done. By doing so, a correlation peak representing a two-dimensional cross-correlation coefficient between the signal image and the reference image can be obtained.

上記1例は、光書き込み型空間を変調器として、反射
型の液晶ライトバルブを用いているが、透過型で使用す
る場合にはBSO結晶(Bi12SiO20)などがよく知られてい
る。また、光書き込み型の空間光変調器を用いる代わり
に、合同のフーリエ変換像をCCDカメラで撮像し、それ
を液晶テレビなどの電気書き込み型空間光変調器に表示
する方法もある。
In the above example, a reflection type liquid crystal light valve is used with the optical writing type space as a modulator, but when used in a transmission type, a BSO crystal (Bi 12 SiO 20 ) or the like is well known. Also, instead of using the optical writing type spatial light modulator, there is also a method of capturing a combined Fourier transform image with a CCD camera and displaying it on an electrically writing type spatial light modulator such as a liquid crystal television.

第5図に入力像36の一例を示し、第6図にCCDカメラ1
3から得られる信号画像と参照画像の2次元の相互相関
係数を表す一対の相関ピークを示す。
An example of the input image 36 is shown in FIG. 5, and a CCD camera 1 is shown in FIG.
3 shows a pair of correlation peaks representing a two-dimensional cross-correlation coefficient between the signal image and the reference image obtained from FIG.

さらに最近では、参照画像と信号画像のフーリエ変換
画像を二値化すると、相関ピークがより鮮明で急峻にな
り、S/N比が向上することがわかっている(例えば、ビ
ー・ジャビディおよびシー・ジェイ・クオ、アプライド
オプチックス、27、663(1988):B.Javidi and C.J.K
uo,Applied Optics,27,663(1988).)。
More recently, binarization of the Fourier transform image of the reference image and the signal image has been found to make the correlation peaks sharper and sharper and improve the S / N ratio (for example, B-Javidi and C Jay Kuo, Applied Optics, 27, 663 (1988): B. Javidi and CJK.
uo, Applied Optics, 27, 663 (1988). ).

また、合同変換相関器以外の方法を用いた光パターン
認識装置としては、参照画像のフーリエ変換像のホログ
ラムを信号画像のフーリエ変換面に配置し、これで信号
画像のフーリエ変換像のフィルタリングを行った後、再
びそのフーリエ変換を行うことにより相関信号を得るマ
ッチドフィルタ型の光相関器も古くから知られている。
Further, as an optical pattern recognition device using a method other than the congruential transform correlator, a hologram of the Fourier transform image of the reference image is arranged on the Fourier transform plane of the signal image, and the Fourier transform image of the signal image is filtered by this. After that, a matched filter type optical correlator that obtains a correlation signal by performing the Fourier transform again has also been known for a long time.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problems to be solved by the invention]

しかしながら、通常この方法においては信号画像や参
照画像の個数はそれぞれ1つである。そのため、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文字を信号画像とし、全てのアルファベット
との相関のとるために、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ねば
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
画像と信号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
はノイズ成分によって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。
However, generally, in this method, the number of signal images and reference images is one each. Therefore, in the case of recognizing an alphabet, for example, one character of the alphabet to be recognized is used as a signal image, and in order to obtain correlation with all the alphabets, the alphabet must be rewritten one by one as a reference image and the correlation processing must be performed in time series. No, it takes a lot of time. However, in order to solve it, for example, when increasing the number of reference images and trying to correlate with many reference images at once, the intensity of the correlation peak due to the correlation processing between each reference image and the signal image is significantly reduced, Since the noise component increases, the correlation peak is buried by the noise component, which makes it difficult to separate the peaks, and may cause incorrect recognition.

また、マッチドフィルタ型の相関器を用いる場合は、
合同変換相関器を用いる場合よりも参照画像の個数が増
えたときにノイズの影響が少ないことが知られているが
[フランシス・T.S.ユー、Q.W.ソング、Y.S.チェングお
よびドン・A.グレゴリー、アプライド オプチックス、
29,225(1990):Francis T.S,Yu,Q.W.Song,Y.S.Cheng,a
nd Don A.Gregory,Applied Optics,29,225(1990)]、
参照画像の個数を増やすためには参照画像の個数と同じ
数だけの参照光束を用意しなければならないため、光学
系が複雑になるという問題点があった。
Also, when using a matched filter type correlator,
It is known that noise is less affected when the number of reference images is increased than when using a congruential transform correlator [Francis TS You, QW Song, YS Cheng and Don A. Gregory, Applied Optics. ,
29,225 (1990): Francis TS, Yu, QWSong, YSCheng, a
nd Don A. Gregory, Applied Optics, 29,225 (1990)],
In order to increase the number of reference images, it is necessary to prepare the same number of reference light beams as the number of reference images, which causes a problem that the optical system becomes complicated.

〔課題を解決するための手段〕[Means for solving the problem]

上記課題を解決するために、本発明においては、 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つの信号画像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
像と信号画像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、その強度分布を空間光変調器に表示する手段と、 新たに入力する少なくとも1つの信号画像のみをコヒ
ーレント画像に変換する手段と、 前記信号画像のみのコヒーレント画像をフーリエ変換
し、これを前記空間光変調器に記録された強度分布画像
の記録中心に一致させるように照射して当該強度分布画
像を読み出す手段と、 前記の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を用いて相関信号に変換する手段を
有する光パターン認識装置とすることによって、参照画
像の個数が増えてもノイズの影響が少ない相関信号を得
ることができ、しかも簡単な光学系で構成することがで
きる光パターン認識装置とすることができ上記課題を解
決した。
In order to solve the above problems, in the present invention, means for converting at least one reference image including a desired target and at least one newly input signal image into a coherent image, and Fourier transforming the coherent image, A unit for obtaining a congruent Fourier transform image of the reference image and the signal image; a unit for converting the congruent Fourier transform image into an intensity distribution image and displaying the intensity distribution on a spatial light modulator; Means for converting at least one signal image only into a coherent image; and Fourier transforming the coherent image of only the signal image, and irradiating so as to match it with the recording center of the intensity distribution image recorded in the spatial light modulator. And means for reading the intensity distribution image, and Fourier transforming the read intensity distribution image,
By using an optical pattern recognition device having a means for converting the image into a correlation signal using an image pickup device, a correlation signal with less influence of noise can be obtained even if the number of reference images increases, and a simple optical An optical pattern recognition device that can be configured with a system can be provided, and the above-mentioned problems are solved.

特に、合同のフーリエ変換画像を強度分布画像に変換
し、その強度分布を空間光変調器に表示する手段が、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
性液晶を用いた光書き込み型空間光変調器に合同のフー
リエ変換画像を照射して記憶するものであるようにする
ことにより、実時間で光パターン認識を可能とする光パ
ターン認識装置を提供するものである。
In particular, the means for converting the joint Fourier transform image into an intensity distribution image and displaying the intensity distribution on the spatial light modulator uses a ferroelectric liquid crystal having a bistable memory property between the light reflectance and the applied voltage. An optical pattern recognition device capable of recognizing an optical pattern in real time is provided by irradiating and storing a congruent Fourier transform image in the previously described optical writing type spatial light modulator.

〔作用〕[Action]

上記のような構成にすれば、入力像のフーリエ変換面
において光書き込み型空間光変調器に記録されている複
数個の参照画像と信号画像のフーリエ変換同士の干渉に
よって生じた干渉縞のうち、所要の目標以外の参照画像
と信号画像のフーリエ変換同士や参照画像間のフーリエ
変換同士の干渉によって生じた干渉縞の部分は読み出さ
ないで、所要の目標である参照画像と信号画像のフーリ
エ変換によって生じた干渉縞の部分のみを読み出して、
それを再びフーリエ変換して相関信号を含んだ(例え
ば、信号画像をf、参照画像をgで表すと、gとfの相
関とfの畳み込み:f*(g☆f)を含んだ)画像を得る
ため、マッチドフィルタ型の光相関器と同程度にノイズ
に強い光パターン認識装置とすることができる。その
上、合同変換相関器と同様のフーリエ変換画像の強度分
布画像への変換を行うため、簡単な構成で信号画像と1
度に多くの参照画像との相関をとるために、高速で正確
なパターン認識が行えるようになる。
According to the above configuration, among the interference fringes generated by the interference between the Fourier transforms of the plurality of reference images and the signal images recorded in the optical writing type spatial light modulator on the Fourier transform surface of the input image, Do not read the part of the interference fringes caused by the interference between the Fourier transforms of the reference image and the signal image other than the required target or between the Fourier transforms of the reference images, and by the Fourier transform of the reference image and the signal image that are the required target. Read only the part of the generated interference fringes,
An image that includes a correlation signal by Fourier transforming it again (for example, if the signal image is represented by f and the reference image is represented by g, the correlation between g and f and the convolution of f: f * (g ☆ f) is included) Therefore, an optical pattern recognition device that is as strong in noise as a matched filter type optical correlator can be obtained. In addition, since the Fourier transform image is converted into the intensity distribution image in the same manner as the congruential transform correlator, the signal image and the 1
Since it is frequently correlated with many reference images, high-speed and accurate pattern recognition can be performed.

〔実施例〕〔Example〕

以下に本発明による光パターン認識装置の実施例を図
面に基づいて説明する。第1図は本発明の光パターン認
識装置の1実施例の構成図である。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
つの信号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と第1のビームスプリッ
タ3と第1の液晶テレビ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信号画像の合同の
フーリエ変換画像を得る手段は、第1のフーリエ変換レ
ンズ7と第2のミラー9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、光書き込み型液晶ライト
バルブ10からなり、新たに入力する少なくとも1つの信
号画像のみ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と第1のミラー4と第2の
液晶テレビ6からなり、前記信号画像のみのコヒーレン
ト画像をフーリエ変換し、これを前記空間光変調器に記
録された強度分布画像の記録中心に一致させるように照
射して当該強度分布画像を読み出す手段は、第2のフー
リエ交換レンズ8と第2のビームスプリッタ11と偏光子
39からなり、前記の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を用いて相関信号に変換
する手段は、第3のフーリエ変換レンズ12とCCDカメラ1
3からなる。コンピュータ14と第1のD/A変換器15と第1
の液晶テレビの駆動部31は、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つの信
号画像を第1の液晶テレビ5に表示するために用い、コ
ンピュータ14と第2のD/A変換器16と第2の液晶テレビ
の駆動部32は新たに入力する少なくとも1つの信号画像
のみを第2の液晶テレビ6に表示するために用い、コン
ピュータ14と光書き込み型液晶ライトバルブの駆動部17
は光書き込み型液晶ライトバルブ10を駆動させるために
用いる。
An embodiment of an optical pattern recognition device according to the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram of an embodiment of an optical pattern recognition device of the present invention. At least one reference image including the desired goal and at least one newly input
The means for converting one signal image into a coherent image includes a laser 1, a beam expander 2, a first beam splitter 3, and a first liquid crystal television 5, and Fourier transforms the coherent image to convert the reference image and the signal image. The means for obtaining a congruent Fourier transform image is composed of a first Fourier transform lens 7 and a second mirror 9, and converts the congruent Fourier transform image into an intensity distribution image and displays the intensity distribution image on a spatial light modulator. The means for converting comprises a light writing type liquid crystal light valve 10, and means for converting only at least one newly input signal image into a coherent image is a laser 1, a beam expander 2, a first mirror 4 and a second mirror 4. The liquid crystal television 6 is used, the coherent image of only the signal image is subjected to Fourier transform, and this is subjected to intensity distribution recorded in the spatial light modulator. Means for reading the intensity distribution image by irradiating to match the recording center of the image is, the polarizer and the second Fourier interchangeable lens 8 and the second beam splitter 11
The third Fourier transform lens 12 and the CCD camera 1 are provided as means for performing a Fourier transform on the read intensity distribution image and transforming the image into a correlation signal by using an imaging device.
Consists of three. Computer 14 and first D / A converter 15 and first
The drive unit 31 of the liquid crystal television is used for displaying on the first liquid crystal television 5 at least one reference image including the required target and at least one newly input signal image, and the computer 14 and the second D The / A converter 16 and the drive unit 32 of the second liquid crystal television are used to display only at least one newly input signal image on the second liquid crystal television 6, and the computer 14 and the optical writing type liquid crystal light valve are used. Driver 17
Is used to drive the optically writable liquid crystal light valve 10.

レーザ1から出射され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。ビームスプリッタ3で反射された光束は、
信号画像と参照画像が同時に並列して配置して表示され
ている第1の液晶テレビ5を照射することにより信号画
像と参照画像よりなる入力像をコヒーレント画像に変換
する。そのコヒーレント画像は第1のフーリエ変換レン
ズ7で第2のミラー9を介してフーリエ変換され、光書
き込み型液晶ライトバルブ10に照射される。ここで、光
書き込み型液晶ライトバルブ10として、光変調材料とし
てTN(Twist Nematic)液晶を用いたものを使用すれば
上記フーリエ変換画面はグレイスケールを有する画像と
して記録され、光変調材料として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も
のを使用すれば、画像はある閾値によって全て二値化さ
れてしまうため、フーリエ変換画像の二値化強度分布が
光書き込み型液晶ライトバルブ10に記録される。
The coherent light emitted from the laser 1 and expanded by the beam expander 2 is split into two light beams by the beam splitter 3. The light flux reflected by the beam splitter 3 is
The input image composed of the signal image and the reference image is converted into a coherent image by irradiating the first liquid crystal television 5 in which the signal image and the reference image are simultaneously arranged in parallel and displayed. The coherent image is Fourier-transformed by the first Fourier transform lens 7 via the second mirror 9, and is applied to the optical writing type liquid crystal light valve 10. Here, if the TN (Twist Nematic) liquid crystal is used as the light modulation material as the light writing type liquid crystal light valve 10, the Fourier transform screen is recorded as an image having a gray scale, and the light reflection material is used as the light modulation material. If a ferroelectric liquid crystal having a bistable memory property between the rate and the applied voltage is used, the image will be binarized entirely by a certain threshold, so the binarized intensity distribution of the Fourier transform image. Are recorded in the optically writable liquid crystal light valve 10.

一方、ビームスプリッタ3を透過した他方の光束は、
第1のミラー4で反射された後、新たに入力される信号
画像のみを第1の液晶テレビ5に表示されているのと同
一の配置で表示する第2の液晶テレビ6を照射すること
により信号画像のみをコヒーレント画像に変換する。そ
の信号画像のみのコヒーレント画像は第2のフーリエ変
換レンズ8で第2のビームスプリッタ11と偏光子39を介
してフーリエ変換され光書き込み型液晶ライトバルブ10
の読み出し面に照射され、再び反射される。ただし、光
書き込み型液晶ライトバルブ10は反射型のため、読み出
し面はフーリエ変換像を記録した面とは逆方向の面とな
る。これにより、光書き込み型液晶ライトバルブ10上に
記録されているフーリエ変換像のグレイスケールを持っ
たあるいは二値化された強度分布画像はコヒーレント画
像に変換される。そのコヒーレント画像は偏光子39を透
過することによってネガ像として読み出され、そして第
3のフーリエ変換レンズ12でフーリエ変換されることに
より、相関出力を含んだ画像としてCCDカメラ13で受光
される。ここで、第1のフーリエ変換レンズ7の前焦点
面に第1の液晶テレビ5を、後焦点面に光書き込み型液
晶ライトバルブ10を配置する。また、第2のフーリエ変
換レンズ8の前焦点面に第2の液晶テレビ6を、後焦点
面に光書き込み型液晶ライトバルブ10を配置する。さら
に、第3のフーリエ変換レンズ12の前焦点面に光書き込
み型液晶ライトバルブ10を、後焦点面にCCDカメラ13を
配置する。
On the other hand, the other light flux transmitted through the beam splitter 3 is
By irradiating the second liquid crystal television 6 that displays only the newly input signal image in the same arrangement as that displayed on the first liquid crystal television 5 after being reflected by the first mirror 4. Convert only the signal image to a coherent image. The coherent image of only the signal image is Fourier-transformed by the second Fourier transform lens 8 via the second beam splitter 11 and the polarizer 39, and the optical writing type liquid crystal light valve 10 is provided.
It is irradiated to the reading surface of and is reflected again. However, since the optically writable liquid crystal light valve 10 is a reflective type, the reading surface is the surface in the direction opposite to the surface on which the Fourier transform image is recorded. As a result, the gray scale or binarized intensity distribution image of the Fourier transform image recorded on the optical writing type liquid crystal light valve 10 is converted into a coherent image. The coherent image is read out as a negative image by passing through the polarizer 39, and is Fourier-transformed by the third Fourier transform lens 12, so that it is received by the CCD camera 13 as an image including a correlation output. Here, the first liquid crystal television 5 is arranged on the front focal plane of the first Fourier transform lens 7, and the optical writing type liquid crystal light valve 10 is arranged on the rear focal plane. Further, the second liquid crystal television 6 is arranged on the front focal plane of the second Fourier transform lens 8 and the optical writing type liquid crystal light valve 10 is arranged on the rear focal plane. Further, the optical writing type liquid crystal light valve 10 is arranged on the front focal plane of the third Fourier transform lens 12, and the CCD camera 13 is arranged on the rear focal plane.

第1の液晶テレビ5と第2の液晶テレビ6は、ビデオ
信号を用いてそれぞれ第1の液晶テレビの駆動部31と第
2の液晶テレビの駆動部32により画像情報を表示するた
め、コンピュータ14から出力されるデジタル画像情報は
それぞれ第1のD/A変換器15と第2のD/A変換器16によっ
てビデオ信号に変換される。また、光書き込み型液晶ラ
イトバルブ10は、その駆動部17によって駆動するが、こ
れはコンピュータ14によって第1のD/A変換器15と第2
のD/A変換器16に送られるデジタル画像情報のクロック
に同期して動作している。
Since the first liquid crystal television 5 and the second liquid crystal television 6 display image information by the drive unit 31 of the first liquid crystal television and the drive unit 32 of the second liquid crystal television, respectively, using the video signal, the computer 14 The digital image information output from each of them is converted into a video signal by the first D / A converter 15 and the second D / A converter 16, respectively. Further, the optically writable liquid crystal light valve 10 is driven by its driving unit 17, which is driven by the computer 14 to the first D / A converter 15 and the second D / A converter 15.
Of the digital image information sent to the D / A converter 16 of FIG.

第1の液晶テレビ5には例えば第7図に示すように、
1個の信号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表示する。これは、信号画像と参照
画像との距離を一定にすると同時にレーザ光の強度分布
がガウス分布になっている影響を低減するためである。
さらに、第2の液晶テレビ6には、第1の液晶テレビ5
に表示されている信号画像と全く同一で大きさや位置や
回転方向も全く同一な信号画像のみを表示する。第7図
の例を用いると、信号画像Eのみを第7図に示すのと全
く同一の大きさ、回転方向で同一の位置に表示するので
ある。
In the first liquid crystal television 5, for example, as shown in FIG.
An image in which a plurality of reference images are arranged around the circumference of one signal image is displayed. This is because the distance between the signal image and the reference image is made constant, and at the same time, the influence of the Gaussian distribution of the intensity distribution of the laser light is reduced.
Further, the second liquid crystal television 6 is replaced by the first liquid crystal television 5
Only the signal image that is completely the same as the signal image displayed in Fig. 3 and has the same size, position, and rotation direction is displayed. Using the example of FIG. 7, only the signal image E is displayed at exactly the same size and at the same position in the rotation direction as shown in FIG.

この状態において、CCDカメラ13からは、信号画像と
参照画像との間で相関に基づく複数の相関ピーク(正確
には信号画像と参照画像の相関と信号画像の畳み込みで
あるが、簡単のため以下これを信号画像と参照画像の相
関ピークと呼んでいく)の像が得られる。例えば、第7
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ため、
相関ピークとノイズとの区別が困難となり、従来の合同
変換相関器では誤った認識をする場合もある。そこで、
光書き込み型液晶ライトバルブ10としてTN液晶を光変調
材料に用いたものを使って、参照画像の数を増加させた
場合の、本発明の光パターン認識装置のSN比と従来の合
同変換相関器のSN比の比を第8図に示す。第8図からわ
かるように、参照画像の数が増加するにつれて、本発明
の光パターン認識装置は従来の合同変換相関器よりも優
れたSN特性を示すようになることがわかる。もちろん、
第8図に示す曲線の傾きは、使用する参照画像と信号画
像の種類(例えば、アルファベット、漢字、指紋、絵
画、写真等)等によっても異なる。第8図においては、
信号画像および参照画像としてアルファベットの大文字
を用いている。
In this state, from the CCD camera 13, a plurality of correlation peaks based on the correlation between the signal image and the reference image (correctly, the correlation between the signal image and the reference image and the convolution of the signal image, but for simplicity, This is called the correlation peak of the signal image and the reference image). For example, the seventh
In the case of the input image shown in the figure, there are four reference images, so 4
Pairwise correlation peaks may be obtained. In this case, the light intensity of each correlation peak is smaller than that in the case of one reference image, and the noise component is increased,
It becomes difficult to distinguish the correlation peak from the noise, and the conventional congruential transform correlator may make an erroneous recognition. Therefore,
The SN ratio of the optical pattern recognition device of the present invention and the conventional congruential conversion correlator when the number of reference images is increased by using the TN liquid crystal as the optical modulation material as the optical writing type liquid crystal light valve 10. Fig. 8 shows the SN ratio of the. As can be seen from FIG. 8, as the number of reference images increases, the optical pattern recognition apparatus of the present invention exhibits better SN characteristics than the conventional joint transform correlator. of course,
The slope of the curve shown in FIG. 8 also differs depending on the type of reference image and signal image used (for example, alphabet, kanji, fingerprint, painting, photograph, etc.). In FIG. 8,
Capital letters of the alphabet are used as the signal image and the reference image.

次に、光書き込み型液晶ライトバルブ10として、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
液晶を用いた光書き込み型空間光変調器を用いた場合の
本発明の光パターン認識装置の特性を説明する前に、ま
ず光反射率と印加電圧の間に双安定メモリ性を有する強
誘電性液晶を用いた光書き込み型空間光変調器のことに
ついて説明する。
Next, the optical writing type liquid crystal light valve 10 according to the present invention using an optical writing type spatial light modulator using a ferroelectric liquid crystal having a bistable memory property between the light reflectance and the applied voltage. Before describing the characteristics of the pattern recognition device, an optical writing type spatial light modulator using a ferroelectric liquid crystal having a bistable memory property between the light reflectance and the applied voltage will be described first.

第9図は、強誘電性液晶を用いた光書き込み型空間光
変調器の構造を示す断面図である。液晶分子を狭持する
ためのガラスやプラスティックなどの透明基板40a、40b
は、表面に透明電極層41a、41b、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42a、42bが設けられている。透明基板40aと4
0bはその配向膜層42a、42b側を、スペーサ48を介して間
隙を制御して対向させ、強誘電性液晶層43を狭持するよ
うになっている。
FIG. 9 is a sectional view showing the structure of an optical writing type spatial light modulator using a ferroelectric liquid crystal. Transparent substrates 40a, 40b such as glass or plastic for holding liquid crystal molecules
Is provided with transparent electrode layers 41a and 41b on its surface, and alignment film layers 42a and 42b in which silicon monoxide is obliquely vapor-deposited at an angle in the range of 75 to 85 degrees from the normal direction of the transparent substrate. Transparent substrates 40a and 4
In 0b, the alignment film layers 42a and 42b are opposed to each other by controlling a gap via a spacer 48 to sandwich the ferroelectric liquid crystal layer 43.

また、光による書き込み側の透明電極層41a上には光
導電層44、遮光層45、誘電体ミラー46が配向膜42aとの
間に積層形成され、書き込み側の透明基板40aと読み出
し側の透明基板40bのセル外面には、無反射コーティン
グ47a、47bが形成されている。
Further, a photoconductive layer 44, a light shielding layer 45, and a dielectric mirror 46 are laminated and formed on the transparent electrode layer 41a on the writing side by light between the alignment film 42a and the transparent substrate 40a on the writing side and the transparent on the reading side. Non-reflective coatings 47a and 47b are formed on the cell outer surface of the substrate 40b.

次に、上記構造をもつ強誘電性液晶を用いた光書き込
み型空間光変調器10を初期化する方法を示す。第1の方
法は、一度強誘電性液晶を用いた光書き込み型空間光変
調器10の書き込み面全面を光照射し、その明時の閾値電
圧の最大値よりも充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41a、41b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、暗時の閾値電圧の最
大値よりも充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41a、41b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。
Next, a method for initializing the optical writing type spatial light modulator 10 using the ferroelectric liquid crystal having the above structure will be described. The first method is to irradiate the entire writing surface of the optical writing type spatial light modulator 10 using a ferroelectric liquid crystal once with a direct current bias voltage sufficiently higher than the maximum value of the threshold voltage at the time of bright or
A DC bias voltage in which an AC voltage of 100 Hz to 50 kHz is superposed is applied between the transparent electrode layers 41a and 41b to align the ferroelectric liquid crystal molecules in a stable state in one direction and store the state. The second method is a DC bias voltage of 100Hz or 100Hz, which is sufficiently higher than the maximum value of the threshold voltage in the dark without light irradiation.
A DC bias voltage in which an AC voltage of -50 kHz is superimposed is applied between the transparent electrode layers 41a and 41b to align the ferroelectric liquid crystal molecules in a stable state in one direction and store the state.

さらに、強誘電性液晶を用いた光書き込み型空間光変
調器10を上記のように初期化した後の動作について説明
する。光照射なしで、暗時には強誘電性液晶を用いた光
書き込み型空間光変調器の閾値電圧の最小値以下であ
り、光照射時には強誘電性液晶を用いた光書き込み型空
間光変調器の閾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41a、41bの間に印加
しながら、レーザ光などによって画像の書き込みをす
る。レーザ照射を受けた領域の光導電層44にはキャリア
が発生し、その結果光導電層の比抵抗が小さくなり、発
生したキャリアは直流バイアスにより電界方向にドリフ
トし、レーザ照射を受けた領域には閾値電圧以上の逆極
性のバイアス電圧が強誘電性液晶層に印加され、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。
Further, the operation after the optical writing type spatial light modulator 10 using the ferroelectric liquid crystal is initialized as described above will be described. The threshold voltage of the optical writing type spatial light modulator using the ferroelectric liquid crystal is equal to or less than the minimum value of the threshold voltage of the optical writing type spatial light modulator using the ferroelectric liquid crystal in the dark without light irradiation, and the threshold value of the optical writing type spatial light modulator using the ferroelectric liquid crystal in the light irradiation. An image is written by laser light or the like while applying a DC bias voltage of a reverse polarity that is equal to or higher than the maximum value of the voltage or a DC bias voltage in which an AC voltage of 100 Hz to 50 kHz is superimposed between the transparent electrode layers 41a and 41b. . Carriers are generated in the photoconductive layer 44 in the region irradiated with the laser, and as a result, the specific resistance of the photoconductive layer is reduced, and the generated carriers drift in the direction of the electric field due to the DC bias, and are generated in the region irradiated with the laser. Is applied to the ferroelectric liquid crystal layer with a reverse polarity voltage equal to or higher than the threshold voltage, and the ferroelectric liquid crystal undergoes inversion of molecules accompanying the inversion of spontaneous polarization and shifts to the other stable state. The value is processed and stored.

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の光の照射、及
び、誘電体ミラー46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1図の実施例においては、検光
子の代わりに偏光子39を用いている。
The binarized and stored image is irradiated with light for reading linearly polarized light whose polarization axis is aligned with the alignment direction of liquid crystal molecules aligned by initialization (or the direction orthogonal thereto), and by the dielectric mirror 46. It is possible to read in a positive state or a negative state by passing an analyzer arranged such that the polarization axis is perpendicular (or parallel) to the polarization direction of the reflected light. In the embodiment shown in FIG. 1, a polarizer 39 is used instead of the analyzer.

画像を二値化する場合の閾値電圧は、透明電極41a、4
1b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、変化させることにより、実
質的に閾値を変化させた場合と同じ効果が得られる。
The threshold voltage for binarizing an image is the transparent electrodes 41a, 4a.
By changing the frequency of the AC voltage or the value of the DC bias voltage applied during 1b to change the voltage, the same effect as when the threshold value is changed can be obtained.

上記実施例において、誘電体ミラー46の可視光反射率
が充分大きく、光導電層44に対して読み出し光の影響が
極めて小さい場合には遮光層45を省略することができ
る。さらに、光導電層44に達する読み出し光が充分に小
さく光導電層44に対して読み出し光の影響が極めて小さ
い場合には、誘電体ミラー46も省略することができる。
In the above embodiment, when the visible light reflectance of the dielectric mirror 46 is sufficiently high and the influence of the reading light on the photoconductive layer 44 is extremely small, the light shielding layer 45 can be omitted. Further, when the read light reaching the photoconductive layer 44 is sufficiently small and the effect of the read light on the photoconductive layer 44 is extremely small, the dielectric mirror 46 can be omitted.

上述の強誘電性液晶を用いた光書き込み型空間光変調
器を本発明の光パターン認識装置に適用した場合の特徴
を説明する。第10図は、本発明の光パターン認識装置の
液晶ライトバルブ10として強誘電性液晶を用いた光書き
込み型空間変調器を用いた場合のS/N比とTN液晶を用い
た光書き込み型空間光変調器を用いた場合のS/N比が、
参照画像の数の増加に対して変化するようすを示したも
のである。強誘電性液晶を用いた光書き込み型空間光変
調器を用いた場合のS/NをSNF、TN液晶を用いた光書き込
み型空間光変調器を用いた場合のS/NをSNTとしたとき、
参照画像の数が変化したときのSNF/SNTは、参照画像の
数が増加するにつれて減少していく。しかし、参照画像
の数が少ない場合は、強誘電性液晶を用いた光書き込み
型空間光変調器を用いた方が、S/Nが大きく感度の高い
パターン認識が可能であることがわかる。さらに、参照
画像の数が増加しても、第10図の例では、参照画像の数
が8までは、強誘電性液晶を用いた光書き込み型空間光
変調器を用いた方がS/Nが大きいことがわかる。なお、
第10図の実施例では、信号画像と参照画像としてアルフ
ァベットを用いた。上記の関係は入力画像として用いる
画像の種類によっても少し異なるが本質的な変化はない
ことは言うまでもない。
The characteristics of the optical writing type spatial light modulator using the ferroelectric liquid crystal described above applied to the optical pattern recognition apparatus of the present invention will be described. FIG. 10 shows the S / N ratio and the optical writing type space using the TN liquid crystal when the optical writing type spatial modulator using the ferroelectric liquid crystal is used as the liquid crystal light valve 10 of the optical pattern recognition device of the present invention. The S / N ratio when using an optical modulator is
It shows how the number of reference images changes as the number of reference images increases. The S / N when using the optical writing spatial light modulator using ferroelectric liquid crystal is SN F , and the S / N when using the optical writing spatial light modulator using TN liquid crystal is SN T. When I did
SN F / SN T when the number of reference image is changed, decreases as the number of reference images increases. However, when the number of reference images is small, it is understood that the use of the photo-writing type spatial light modulator using the ferroelectric liquid crystal enables the pattern recognition with a high S / N and high sensitivity. Further, even if the number of reference images increases, in the example of FIG. 10, if the number of reference images is up to 8, it is better to use the optical writing type spatial light modulator using the ferroelectric liquid crystal. It turns out that is large. In addition,
In the embodiment of FIG. 10, alphabets are used as the signal image and the reference image. Needless to say, the above relationship does not change essentially although it differs slightly depending on the type of image used as the input image.

次に、本発明の光パターン認識装置を1つの画像情報
入力手段のみを用いて構成できる例を第2図に示す。第
2図において、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つの信号画像をコヒ
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と液晶テレビ18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信号画像の合同の
フーリエ変換画像を得る手段は、第1のフーリエ変換レ
ンズ7とミラー21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、光書き込み型液晶ライトバルブ
10からなり、新たに入力する少なくとも1つの信号画像
のみ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と液晶テレビ18と第1のビームス
プリッタ3からなり、前記信号画像のみのコヒーレント
画像をフーリエ変換し、これを前記空間光変調器に記録
された強度分布画像の記録中心に一致させるように照射
して当該強度分布画像を読み出す手段は、第2のフーリ
エ変換レンズ8と第2のビームスプリッタ11からなり、
前記の読み出した強度分布画像をフーリエ変換して、そ
の画像を撮像装置を用いて相関信号に変換する手段は、
第3のフーリエ変換レンズ12とCCDカメラ13からなる。
コンピュータ14とD/A変換器34と液晶テレビ駆動部24
は、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つの信号画像を液晶テレビ18に
表示するために用い、コンピュータ14と第1の光シャッ
タ駆動部23は第2の光シャッタ20を駆動し所要の目標を
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つの信号画像のフーリエ変換像を光書き込み型液
晶ライトバルブ10に記録するためのスイッチングを行う
ために用い、コンピュータ14と第1の光シャッタ駆動部
22は第1の光シャッタ19を駆動し新たに入力する少なく
とも1つの信号画像のみのフーリエ変換像を光書き込み
型液晶ライトバルブ10に照射しその中に記録された情報
を読み出すためのスイッチングを行うために用い、コン
ピュータ14と光書き込み型液晶ライトバルブの駆動部17
は光書き込み型液晶ライトバルブを駆動させるために用
いる。光書き込み型液晶ライトバルブ10の画像の書き込
み・読み出しにおいて、読み出し光がフーリエ変換画像
の書き込みに影響を与えない程度に、読み出し光強度
が、書き込み光強度強度に比べて弱い場合は、第1の光
シャッタ19、第1の光シャッタ駆動部22、第2の光シャ
ッタ20および第2の光シャッタ駆動部23は省略してもよ
い。
Next, FIG. 2 shows an example in which the optical pattern recognition device of the present invention can be constructed using only one image information input means. In FIG. 2, the means for converting at least one reference image including a desired target and at least one newly input signal image into a coherent image comprises a laser 1, a beam expander 2 and a liquid crystal television 18, and the coherent The means for obtaining the congruent Fourier transform image of the reference image and the signal image by Fourier transforming the image comprises a first Fourier transform lens 7 and a mirror 21, and transforms the congruent Fourier transform image into an intensity distribution image to obtain its intensity. The means for displaying the distribution image on the spatial light modulator is an optical writing type liquid crystal light valve.
The means for converting only at least one newly input signal image into a coherent image is composed of a laser 1, a beam expander 2, a liquid crystal television 18, and a first beam splitter 3, and the coherent only the signal image is provided. The means for performing Fourier transform on the image, irradiating the image so as to coincide with the recording center of the intensity distribution image recorded in the spatial light modulator, and reading out the intensity distribution image, includes the second Fourier transform lens 8 and the second Fourier transform lens 8. Beam splitter 11 of
The means for Fourier-transforming the read intensity distribution image and converting the image into a correlation signal using the image pickup device is
It is composed of a third Fourier transform lens 12 and a CCD camera 13.
Computer 14, D / A converter 34, and LCD TV driver 24
Is used to display at least one reference image including a desired target and at least one newly input signal image on the liquid crystal television 18, and the computer 14 and the first optical shutter driving unit 23 are the second optical shutters. A computer 14 which is used to perform switching for recording a Fourier transform image of at least one reference image including the desired target and at least one newly input signal image for driving in the optically writable liquid crystal light valve 10. And the first optical shutter drive unit
Reference numeral 22 drives the first optical shutter 19 and irradiates the optical writing type liquid crystal light valve 10 with a Fourier transform image of at least one newly input signal image, and performs switching for reading the information recorded therein. Used for computer 14 and optical writing type liquid crystal light valve driver 17
Is used to drive an optically writable liquid crystal light valve. In the writing / reading of the image of the optical writing type liquid crystal light valve 10, if the reading light intensity is weaker than the writing light intensity intensity to the extent that the reading light does not affect the writing of the Fourier transform image, the first The optical shutter 19, the first optical shutter drive unit 22, the second optical shutter 20 and the second optical shutter drive unit 23 may be omitted.

レーザ1から出射されビームエキスパンダー2で拡大
されたコヒーレント光は、信号画像と参照画像を並列し
て配置して表示した液晶テレビ18を照射して入力像をコ
ヒーレント画像に変換する。そのコヒーレント画像のう
ち、信号画像に対応する部分の1部のみがビームスプリ
ッター3で2光束に分けられる。ビームスプリッター3
を透過したコヒーレント画像は第2の光シャッタ20を経
て第1のフーリエ変換レンズ7でフーリエ変換され、光
書き込み型液晶ライトバルブ10に照射される。ここで、
光書き込み型液晶ライトバルブ10として、光変調材料と
してTN液晶を用いたものを使用すれば上記フーリエ変換
画像はグレイスケールを有する画像として記録され、光
変調材料として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ものを使用すれば、
画像はある閾値によって全て二値化されてしまうため、
フーリエ変換画像の二値化強度分布が光書き込み型液晶
ライトバルブ10に記録される。
The coherent light emitted from the laser 1 and expanded by the beam expander 2 illuminates a liquid crystal television 18 in which a signal image and a reference image are arranged in parallel and displayed to convert an input image into a coherent image. Of the coherent image, only one part corresponding to the signal image is split into two light beams by the beam splitter 3. Beam splitter 3
The coherent image that has passed through is subjected to Fourier transform by the first Fourier transform lens 7 via the second optical shutter 20, and is irradiated on the optical writing type liquid crystal light valve 10. here,
When the optical writing type liquid crystal light valve 10 using a TN liquid crystal as a light modulating material is used, the Fourier transform image is recorded as an image having a gray scale, and as a light modulating material, it is between the light reflectance and the applied voltage. If a liquid crystal with a ferroelectric liquid crystal having a bistable memory property is used,
Since the image is all binarized by a certain threshold,
The binarized intensity distribution of the Fourier transform image is recorded in the optically writable liquid crystal light valve 10.

一方、ビームスプリッター3で反射された信号画像の
みのコヒーレント画像は第1の光シャッタ19を経た後、
第2のフーリエ変換レンズ8で第2のビームスプリッタ
11と偏光子39を介してフーリエ変換され光書き込み型液
晶ライトバルブ10の読み出し面に照射され、再び反射さ
れる。ただし、光書き込み型液晶ライトバルブ10は反射
型のため、読み出し面はフーリエ変換像を記録した面と
は逆方向の面となる。これにより、光書き込み型液晶ラ
イトバルブ10上に記録されているフーリエ変換像のグレ
イスケールを持ったあるいは二値化された強度分布画像
はコヒーレント画像に変換される。そのコヒーレント画
像は偏光子39を透過することによってネガ像またはポジ
像として読み出され、そして第3のフーリエ変換レンズ
12でフーリエ変換されることにより、相関出力を含んだ
画像としてCCDカメラ13で受光される。ここで、第1の
フーリエ変換レンズ7の前焦点面に液晶テレビ18を、後
焦点面に光書き込み型液晶ライトバルブ10を配置する。
また、第2のフーリエ変換レンズ8の前焦点面に液晶テ
レビ18を、後焦点面に光書き込み型液晶ライトバルブ10
を配置する。さらに、第3のフーリエ変換レンズ12の前
焦点面に光書き込み型液晶ライトバルブ10を、後焦点面
にCCDカメラ13を配置する。
On the other hand, the coherent image of only the signal image reflected by the beam splitter 3 passes through the first optical shutter 19 and then
Second beam splitter by the second Fourier transform lens 8
It is Fourier-transformed through 11 and the polarizer 39, is irradiated to the reading surface of the optical writing type liquid crystal light valve 10, and is reflected again. However, since the optically writable liquid crystal light valve 10 is a reflective type, the reading surface is the surface in the direction opposite to the surface on which the Fourier transform image is recorded. As a result, the gray scale or binarized intensity distribution image of the Fourier transform image recorded on the optical writing type liquid crystal light valve 10 is converted into a coherent image. The coherent image is read out as a negative or positive image by passing through the polarizer 39, and the third Fourier transform lens
By being Fourier-transformed by 12, the CCD camera 13 receives the image as an image including the correlation output. Here, the liquid crystal television 18 is arranged on the front focal plane of the first Fourier transform lens 7, and the optical writing type liquid crystal light valve 10 is arranged on the rear focal plane.
The liquid crystal television 18 is provided on the front focal plane of the second Fourier transform lens 8 and the optical writing type liquid crystal light valve 10 is provided on the rear focal plane.
Place. Further, the optical writing type liquid crystal light valve 10 is arranged on the front focal plane of the third Fourier transform lens 12, and the CCD camera 13 is arranged on the rear focal plane.

液晶テレビ18は、ビデオ信号を用いて液晶テレビの駆
動部24により画像情報を表示するため、コンピュータ14
から出力されるデジタル画像情報はD/A変換器34によっ
てビデオ信号に変換される。また、光書き込み型液晶ラ
イトバルブ10は、その駆動部17によって駆動するが、こ
れはコンピュータ14によってD/A変換器34に送られるデ
ジタル画像情報のクロックに同期して動作している。ま
た、第1の光シャッタ19と第2の光シャッタ20は、第1
の光シャッタ駆動部22と第2の光シャッタ駆動部23によ
ってそれぞれ駆動する。これらの光シャッタは、機械的
な光シャッタを用いてもよいが、強誘電性液晶や電気光
学結晶を光変調材料として用いた高速光シャッタを用い
るのが好ましい。さらに、これらの光シャッタは、光書
き込み型液晶ライトバルブ10に書き込み光が照射されて
いるときは読み出し光が照射されず、読み出し光が照射
されているときは書き込み光が照射されないようにコン
ピュータ14で制御されている。
Since the liquid crystal television 18 uses the video signal to display image information by the drive unit 24 of the liquid crystal television, the computer 14
The digital image information output from the D / A converter 34 is converted into a video signal. Further, the optically writable liquid crystal light valve 10 is driven by its driving unit 17, which operates in synchronization with a clock of digital image information sent to the D / A converter 34 by the computer 14. Further, the first optical shutter 19 and the second optical shutter 20 are
The optical shutter drive unit 22 and the second optical shutter drive unit 23 of FIG. A mechanical optical shutter may be used for these optical shutters, but it is preferable to use a high-speed optical shutter using a ferroelectric liquid crystal or an electro-optic crystal as a light modulation material. Furthermore, these optical shutters are configured so that the reading light is not emitted when the writing liquid crystal light valve 10 is irradiated with the writing light, and the writing light is not emitted when the reading light is irradiated. Is controlled by.

第2図で示した、本発明の光パターン認識装置の1実
施例の特性は、第1図で示した本発明の光パターン認識
装置の特性とほぼ同じであるが、コンピュータ14におけ
る信号画像と参照画像の光学系への入力処理がより簡便
になるという特徴を持っている。
The characteristics of one embodiment of the optical pattern recognition apparatus of the present invention shown in FIG. 2 are almost the same as the characteristics of the optical pattern recognition apparatus of the present invention shown in FIG. The feature is that the input process of the reference image to the optical system becomes simpler.

次に、光書き込み型空間光変調器を全く用いないで、
全て電気書き込み型空間光変調器を用いて構成した本発
明の光パターン認識装置の1実施例について説明する。
第3図は、全て電気書き込み型空間光変調器を用いて構
成した本発明の光パターン認識装置の1実施例の構成図
である。第3図において、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つの信号
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と第1の液晶テレビ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
信号画像の合同のフーリエ変換画像を得る手段は、第1
のフーリエ変換レンズ7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、第1のCCDカメラ26と第
3の液晶テレビ27と第3の液晶テレビ駆動部35からな
り、新たに入力する少なくとも1つの信号画像のみをコ
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25第2の液晶テレビ6
からなり、前記信号画像のみのコヒーレント画像をフー
リエ変換し、これを前記空間光変調器に記録された高度
分布画像の記録中心に一致させるように照射して当該強
度分布画像を読み出す手段は、第2のフーリエ変換レン
ズ8からなり、前記の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を用いて相関信号に変
換する手段は、第3のフーリエ変換レンズ12と第2のCC
Dカメラ29からなる。第3のCCDカメラ30から取り込まれ
た信号画像はA/D変換器33によってデジタル信号に変換
され、コンピュータ14に取り込まれると同時に、第2の
液晶テレビ駆動部32を通して第2の液晶テレビ6に信号
画像のみを表示させる。コンピュータ14とD/A変換器34
と第1の液晶テレビ駆動部31は、所要の目標を含む少な
くとも1つの参照画像と上記第3のCCDカメラ30から取
り込まれた新たに入力する少なくとも1つの信号画像を
第1の液晶テレビ5に表示するために用いる。第1のCC
Dカメラ26で得られた信号画像と参照画像のフーリエ変
換強度分布は第3の液晶テレビ駆動部35を通して第3の
液晶テレビ27に表示される。
Next, without using the optical writing type spatial light modulator,
An embodiment of the optical pattern recognition device of the present invention, which is constructed by using all of the electric writing type spatial light modulators, will be described.
FIG. 3 is a block diagram of an embodiment of the optical pattern recognition apparatus of the present invention, which is constructed by using all of the electric writing type spatial light modulators. In FIG. 3, the means for converting at least one reference image containing the desired target and at least one newly input signal image into a coherent image comprises a laser 1, a beam expander 2 and a first liquid crystal television 5. ,
Means for Fourier transforming the coherent image to obtain a congruent Fourier transform image of the reference image and the signal image is a first means.
The means for converting the congruent Fourier transform image into an intensity distribution image and displaying the intensity distribution image on the spatial light modulator comprises a first CCD camera 26 and a third liquid crystal television 27. The means for converting at least one newly input signal image into a coherent image, which comprises the third liquid crystal television drive unit 35, is a laser 1, a beam expander 2, a beam splitter 25, and a second liquid crystal television 6
The means for Fourier transforming the coherent image of only the signal image, and irradiating the coherent image of the signal image so that it coincides with the recording center of the altitude distribution image recorded in the spatial light modulator, and reading the intensity distribution image, The second Fourier transform lens 8 and the means for performing the Fourier transform on the read intensity distribution image and converting the image into the correlation signal by using the image pickup device are the third Fourier transform lens 12 and the second CC.
It consists of D camera 29. The signal image captured by the third CCD camera 30 is converted into a digital signal by the A / D converter 33 and captured by the computer 14, and at the same time, transferred to the second liquid crystal television 6 through the second liquid crystal television drive unit 32. Display only the signal image. Computer 14 and D / A converter 34
And the first liquid crystal television drive unit 31 causes the first liquid crystal television 5 to receive at least one reference image including a desired target and at least one newly input signal image captured from the third CCD camera 30. Used to display. 1st CC
The Fourier transform intensity distributions of the signal image and the reference image obtained by the D camera 26 are displayed on the third liquid crystal television 27 through the third liquid crystal television driving unit 35.

第3図に示した実施例では、より安価で入手しやすい
空間光変調器で構成することができる。また、電気系と
の結合も容易であるという特徴を持っているため、従来
のマシンビジョンなどとも結合がたやすくできる。
The embodiment shown in FIG. 3 can be constructed with a spatial light modulator which is cheaper and more readily available. Also, since it has a feature that it can be easily connected to an electric system, it can be easily connected to a conventional machine vision or the like.

上記実施例では、第7図に示すように入力像として1
個の信号画像と複数の参照画像を用いているが、複数個
の信号画像と1個の参照画像でも良いし、信号画像と参
照画像がそれぞれ複数個であってもよいことはいうまで
もない。
In the above embodiment, as shown in FIG.
Although one signal image and a plurality of reference images are used, it goes without saying that a plurality of signal images and one reference image may be used, or a plurality of signal images and reference images may be provided. .

上記実施例において、レーザ1は気体レーザや半導体
レーザなど、コヒーレント性のよいレーザであれば良い
ことはいうまでもない。
In the above embodiment, it goes without saying that the laser 1 may be a gas laser, a semiconductor laser, or any other laser with good coherence.

上記実施例において、参照画像および新たに入力する
信号画像の入力手段としては、液晶テレビを用いていた
が、光変調材料としてPLZTやLiNO3などの電気光学材料
やイットリウム鉄ガーネットやガドリニウム鉄ガーネッ
トなどの磁気光学材料などを用いた電気書き込み型空間
光変調器や、電気的に材料が変形するディフォーマブル
(deformable)材料を用いた空間光変調器や、光書き込
み型空間光変調器を用いても良いことはいうまでもな
い。
In the above embodiment, a liquid crystal television was used as the input means for the reference image and the signal image to be newly input, but as the light modulating material, an electro-optical material such as PLZT or LiNO3 or yttrium iron garnet or gadolinium iron garnet was used. It is also possible to use an electrically writable spatial light modulator using a magneto-optical material, a spatial light modulator using a deformable material that is electrically deformable, or an optically writable spatial light modulator. Not to mention good things.

また、第1図および第2図に示した実施例において、
光書き込み型空間光変調器に記録された信号画像と参照
画像のフーリエ変換干渉縞分布を読み出すために用いて
いる偏光子39を用いないで、第2のビームスプリッター
11の代わりに偏光ビームスプリッターを用いてもよい
し、第2のビームスプリッター11と第2のフーリエ変換
レンズ8の間に偏光子を入れ、第2のビームスプリッタ
ー11と第3のフーリエ変換レンズ12の間に検光子を入
れ、当該偏光子を検光子を直行(あるいは平行)に配置
してもよいことはいうまでもない。
In the embodiment shown in FIGS. 1 and 2,
The second beam splitter without the polarizer 39 used for reading the Fourier transform interference fringe distributions of the signal image and the reference image recorded in the optical writing type spatial light modulator.
A polarizing beam splitter may be used instead of 11, and a polarizer may be inserted between the second beam splitter 11 and the second Fourier transform lens 8 to provide the second beam splitter 11 and the third Fourier transform lens 12 It goes without saying that an analyzer may be inserted between the polarizers and the polarizer may be arranged orthogonally (or in parallel).

[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
像と相関を取るために、合同変換相関器(Joint Transf
orm Correlator)において、空間光変調器に記録された
所要の目標を含む少なくとも1つ以上の参照画像と新た
に入力する少なくとも1つ以上の信号画像の合同のフー
リエ変換強度分布を、前記新たに入力する少なくとも1
つ以上の信号画像のみのフーリエ変換光で読み出し、こ
れを再びフーリエ変換することにより相関信号を得る構
造とし、1度に多くの参照画像を用いてもノイズの少な
い相関信号を高速に得られ、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
速にでき、またそれはコストダウンにもつながる。
[Effects of the Invention] As described above, according to the present invention, in order to correlate with many reference images at one time, a joint transform correlator (Joint Transf
orm correlator), a new Fourier transform intensity distribution of at least one reference image including a desired target recorded in the spatial light modulator and at least one newly input signal image is newly input. At least 1
One or more signal images are read out with Fourier transform light, and the Fourier transform is performed again to obtain a correlation signal. Even if many reference images are used at a time, a correlation signal with less noise can be obtained at high speed. Pattern recognition can be performed with the same accuracy as in the case of one reference image. Therefore, it can be faster than rewriting one reference image one after another and performing correlation in time series, which also leads to cost reduction.

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

第1図と第2図は本発明の光パターン認識装置の1実施
例の構成図であり、第3図は全て電気書き込み型空間光
変調器を用いた場合の本発明の光パターン認識装置の1
実施例の構成図であり、第4図は光書き込み型空間光変
調器を用いた従来の合同変換相関器の1例を示す構成図
であり、第5図は第4図における入力像36の1例を示す
図であり、第6図は第4図における信号画像と参照画像
の2次元の相互相関係数を表す一対の相関ピークを示す
図、第7図は複数の参照画像を用いた場合の入力像の1
例を示す図であり、第8図は参照画像の数が増加したと
きの、本発明の光パターン認識装置のSN比と従来の合同
変換相関器のSN比の比の変化を示すグラフであり、第9
図は強誘電性液晶を用いた光書き込み型空間光変調器の
構造を示す断面図であり、第10図は本発明の光パターン
認識装置の液晶ライトバルブとして、強誘電性液晶を用
いた光書き込み型空間光変調器を用いた場合のSN比とTN
液晶を用いた光書き込み型空間光変調器を用いた場合の
SN比の比が、参照画像の数の増加に対して変化する様子
を示したグラフである。 1……レーザ 2……ビームエキスパンダ 3……第1のビームスプリッタ 4……第1のミラー 5……第1の液晶テレビ 6……第2の液晶テレビ 7……第1のフーリエ変換レンズ 8……第2のフーリエ変換レンズ 9……第2のミラー 10……光書き込み型液晶ライトバルブ 11……第2のビームスプリッタ 12……第3のフーリエ変換レンズ 13……CCDカメラ 14……コンピュータ 15……第1のD/A変換器 16……第2のD/A変換器 17……光書き込み型液晶ライトバルブの駆動部 18……液晶テレビ 19……第1の光シャッタ 20……第2の光シャッタ 21……ミラー 22……第1の光シャッタ駆動部 23……第2の光シャッタ駆動部 24……液晶テレビ駆動部 25……ビームスプリッタ 26……第1のCCDカメラ 27……第3の液晶テレビ 29……第2のCCDカメラ 30……第3のCCDカメラ 31……第1の液晶テレビの駆動部 32……第2の液晶テレビの駆動部 33……A/D変換器 34……D/A変換器 35……第3の液晶テレビ駆動部 36……入力像 37……液晶ライトバルブ 38……偏光ビームスプリッタ 39……偏光子 40a、40b……透明基板 41a、41b……透明電極層 42a、42b……配向膜層 43……強誘電性液晶層 44……光導電層 45……遮光層 46……誘電体ミラー 47a、47b……無反射コーティング層 48……スペーサ SNF……強誘電性液晶を用いた光書き込み型空間光変調
器を用いた場合のSN比 SNT……TN液晶を用いた光書き込み型空間光変調器を用
いた場合のSN比
1 and 2 are configuration diagrams of an embodiment of an optical pattern recognition apparatus of the present invention, and FIG. 3 shows an optical pattern recognition apparatus of the present invention when an electric writing type spatial light modulator is used. 1
FIG. 4 is a configuration diagram of an embodiment, FIG. 4 is a configuration diagram showing an example of a conventional congruential conversion correlator using an optical writing type spatial light modulator, and FIG. 5 is an input image 36 of FIG. FIG. 6 is a diagram showing an example, FIG. 6 is a diagram showing a pair of correlation peaks representing a two-dimensional cross-correlation coefficient between the signal image and the reference image in FIG. 4, and FIG. 7 is using a plurality of reference images. 1 of the input image in the case
FIG. 8 is a diagram showing an example, and FIG. 8 is a graph showing changes in the SN ratio of the optical pattern recognition device of the present invention and the SN ratio of the conventional congruential conversion correlator when the number of reference images increases. , 9th
FIG. 10 is a cross-sectional view showing the structure of an optical writing type spatial light modulator using a ferroelectric liquid crystal, and FIG. 10 is a view showing a structure using a ferroelectric liquid crystal as a liquid crystal light valve of the optical pattern recognition device of the present invention. SN ratio and TN when using a writable spatial light modulator
In the case of using an optical writing type spatial light modulator using liquid crystal
6 is a graph showing how the ratio of the SN ratio changes as the number of reference images increases. 1 ... Laser 2 ... Beam Expander 3 ... First Beam Splitter 4 ... First Mirror 5 ... First Liquid Crystal Television 6 ... Second Liquid Crystal Television 7 ... First Fourier Transform Lens 8 …… Second Fourier transform lens 9 …… Second mirror 10 …… Optical writing type liquid crystal light valve 11 …… Second beam splitter 12 …… Third Fourier transform lens 13 …… CCD camera 14 …… Computer 15 …… First D / A converter 16 …… Second D / A converter 17 …… Optical writing type liquid crystal light valve drive 18 …… LCD TV 19 …… First optical shutter 20… … Second optical shutter 21 …… Mirror 22 …… First optical shutter driver 23 …… Second optical shutter driver 24 …… LCD TV driver 25 …… Beam splitter 26 …… First CCD camera 27 …… Third LCD TV 29 …… Second CCD camera 30 …… Third CCD camera LA 31 …… First LCD TV driver 32 …… Second LCD TV driver 33 …… A / D converter 34 …… D / A converter 35 …… Third LCD TV driver 36 Input image 37 Liquid crystal light valve 38 Polarizing beam splitter 39 Polarizer 40a, 40b Transparent substrate 41a, 41b Transparent electrode layer 42a, 42b Alignment layer 43. Ferroelectric Liquid crystal layer 44 …… Photoconductive layer 45 …… Shading layer 46 …… Dielectric mirrors 47a, 47b …… Anti-reflection coating layer 48 …… Spacer SN F …… Optical writing type spatial light modulator using ferroelectric liquid crystal SN ratio in the case of using SN T ...... TN ratio in the case of using the optical writing type spatial light modulator using TN liquid crystal

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】撮像装置から得られる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つの信号画像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
と信号画像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、その強度分布を空間光変調器に表示する手段と、 新たに入力する少なくとも1つの信号画像のみをコヒー
レント画像に変換する手段と、 前記信号画像のみのコヒーレント画像をフーリエ変換
し、これを前記空間光変調器に記録された強度分布画像
の記録中心に一致させるように照射して当該強度分布画
像を読み出す手段と、 前記の読み出した強度分布画像をフーリエ変換して、そ
の画像を撮像装置を用いて相関信号に変換する手段を有
する光パターン認識装置。
1. An optical pattern recognition device for automatically recognizing and measuring a required pattern by performing optical processing using coherent light on a two-dimensional image obtained from an image pickup device, Means for converting at least one reference image including a target and at least one newly input signal image into a coherent image, and means for Fourier transforming the coherent image to obtain a congruent Fourier transform image of the reference image and the signal image A unit for converting the congruent Fourier transform image into an intensity distribution image and displaying the intensity distribution on a spatial light modulator; and a unit for converting at least one newly input signal image into a coherent image, Fourier transform of the coherent image of only the signal image is performed, and this is recorded as the intensity distribution image recorded in the spatial light modulator. Optical pattern recognition having means for irradiating the intensity distribution image so as to coincide with the center and reading the intensity distribution image, and means for Fourier transforming the intensity distribution image read out and converting the image into a correlation signal using an imaging device. apparatus.
【請求項2】合同のフーリエ変換画像を強度分布画像に
変換し、その強度分布を空間光変調器に表示する手段
が、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た光書き込み型空間光変調器に合同
のフーリエ変換画像を照射して記憶するものである請求
項1記載の光パターン認識装置。
2. Means for converting a congruent Fourier transform image into an intensity distribution image and displaying the intensity distribution on a spatial light modulator has ferroelectricity having a bistable memory property between the light reflectance and the applied voltage. 2. The optical pattern recognition device according to claim 1, wherein the optical writing type spatial light modulator using liquid crystal is irradiated with a congruent Fourier transform image and stored.
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