JP2774174B2

JP2774174B2 - 光相関演算処理方法

Info

Publication number: JP2774174B2
Application number: JP4719390A
Authority: JP
Inventors: 利治武居; 安弘竹村
Original assignee: Sumitomo Osaka Cement Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Osaka Cement Co Ltd
Priority date: 1990-03-01
Filing date: 1990-03-01
Publication date: 1998-07-09
Anticipated expiration: 2013-07-09
Also published as: JPH03251828A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は、光情報処理の分野において、利用される光
相関演算処理方法に関する。即ち、認識連想処理特に、
光計測分野及び画像処理分野における情報処理に関する
演算方法に関する。

［従来の技術及び発明が解決しようとする問題点］従来、光学的に相関演算を行なう方法として、マッチ
ドフィルター法とジョイントトランスフォーム法（合同
フーリエ変換法）があった。

前記のマッチドフィルター法は、２次元的な参照画像
の、所謂、フーリエ変換ホログラムを作成し、このフィ
ルターに対して、被検画像のフーリエ変換像を、重畳す
ることにより、相関演算を行なうものであった。

また、後者のジョイントトランスフォーム法は、被検
画像と参照画像の合同のフーリエ変換像を、強度パター
ンとして記録し、これを平面波で照射することにより、
相関演算を行なうものであった。

然し乍ら、前者の方法では、参照画像を記録する際
に、一つ一つの画像毎に、参照波の照射方向を変える必
要があり、実時間的に多くの画像を処理することが困難
であった。

一方、後者の方法では、参照画像と被検画像を同時に
提示することができるので、実時間的な処理が可能にな
ったが、合同フーリエ変換像の強度パターンを記録する
際に、隣接した参照画像同志にの距離と、被検画像の距
離を適正化するために、画像表示部の利用効率が悪かっ
た。また、多くの参照画像を提示すると、フーリエ変換
面での参照画像を提示すると、フーリエ変換面での参照
画像と被検画像による多重干渉縞の可視度が低下し、一
度に多くの参照像を提示することが困難であった。

また、本発明者等は、後者の方法によって得た相関度
を基準にして、参照画像を照射する光量を変化させるフ
ィールドバック系を導入することにより、参照画像数の
増大と被検画像の識別や連想の効率が向上させられるこ
とを、平成１年第114145、114146及び114148号出願の明
細書で明らかにしたが、更なる被検画像数の増大が必要
であった。

本発明は、上記の問題点を解決するために為されたも
ので、ホログラフィー等の手段を使用せずに、容易に、
しかも多くの参照画像メモリを形成でき、実時間動作で
参照画像群と被検画像の相関演算を行ない、更に、S/N
比高く、相関ピークを得ることができる相関演算処理方
法を提供することを目的とする。

［問題を解決するための手段］そこで、本発明は、上記の技術的な課題の解決のため
に、光学的に、被検画像と参照画像群との合同フーリエ
変換を行なうことにより得られた強度パターンを、再
び、光学的にフーリエ変換を行なうことにより相関演算
を行うことにより、或いは更に、その相関演算により得られた相関ピーク
光量より各参照画像からの出力を変化させ、その一連の
動作を繰り返すことにより、光相関演算処理を行なう方
法において、前記参照画像群を表示する空間光変調器の
各参照画像に対応する画素部分に、各参照画像を、若し
くは、いくつかの参照画像を一括して、時間的にタイミ
ングをずらして表示し、そのフーリエ変換面のパターン
を、上記タイミングで入力し、上記パターンを合成し
て、同時に出力する入出力手段により、インコヒーレン
ト的に被検画像と各参照画像との多重干渉縞を形成する
ことを特徴とする光相関演算処理方法を提供する。ま
た、その入出力手段は、メモリー性を有する光アドレス
型の空間光変調器を利用する方法が好適である。そし
て、その入出力手段は、電気アドレス型の空間光変調器
と電気的画像処理装置により構成されたものを利用する
方法が好適である。

［作用］上記のような本発明の光相関演算処理方法によれば、
各参照画像と被検画像、若しくは、いくつかの参照画像
と被検画像とのフーリエ変換強度分布パターンが、時分
割されて、インコヒーレント的に合成されるので、合同
フーリエ変換により生じる参照画像群同志によって生じ
る多重干渉縞がコヒーレント的に合成された場合に比較
して少なくなり、空間光変調器に描かれる干渉縞の可視
度が多重度と共に低下する度合が少なくなる。従って、
参照画像の個数を飛躍的に増加できると共に、前記多重
干渉縞のパターンをフーリエ変換した後に、得られる相
関度のS/N比も向上させることができる。また、前記空
間光変調器として、メモリー性を有する光アドレス型
（例えば、BSOなど）を用いると、インコヒーレントに
重ね合わされた干渉縞が空間的に次々に記憶されて行く
ので、これらを同時に並列的に呼び出すことにより、高
速な演算処理が可能になる。

次に、本発明の光相関演算処理方法を具体的に実施例
により説明するが、本発明はそれらによって限定される
ものではない。

［実施例１］第１図は、本発明による光相関演算処理方法の１例の
機能を示す模式構成図である。

第１図に示す光学的配置図において、半導体レーザや
気体レーザ等のコヒーレント光源11から出射した光束12
は、ビームエキスパンダ13で、適当な光束径に変換さ
れ、ビームスプリッター14で、２つの光路に分けられ
る。

ビームスプリッター14を透過した光束は、機械的シャ
ッタ、又は、電気的シャッタ16を経て、液晶ライトバル
ブ（以下、LCLVと称する）15に入射する。このLCLV15に
は、画像入力装置17により被検画像と参照画像群が、電
気信号により、書き込まれる。ここで、前記シャッタ16
は、前記参照画像に対応したエリア毎に区分けされてい
る。また、LCLV15は、空間的に透過率分布を変化させら
れる空間光変調器を成しており、その最も一般的な例で
は、液晶テレビやコンピュータディスプレイに使用され
てり液晶パネルが用いられる。

このシャッタ16は、予め閉じられており、コンピュー
タ33からの指令により、初めて、各参照画像に対応した
エリアを開放する。これにより、１つの参照画像と被検
画像がフーリエ変換レンズ21に入射され、そのフーリエ
変換面に置かれたスクリーン31に入射される。このスク
リーン31上では、LCLV15に描かれた被検画像と参照画像
のパターンの複素振幅分布の二次元フーリエ変換の二乗
に比例した光強度が観測される。

この光強度分布は、CCD等の２次元強度変換素子32に
より検出される。ここで、二次元光電変換素子32で得ら
れた画像は、コンピュータ33に入力され、第１の画像メ
モリ内に蓄えられる。次に、前記参照画像とは、異なる
参照画像に対応するシャッタ16のエリアをコンピュータ
33からの指令により開放し、前記参照画像に対応するシ
ャッタ16のエリアを閉じる。これにより得た合同フーリ
エ変換パターンと第１の画像メモリ内に蓄えてある画像
との和を取り、再び第１の画像として、画像メモリ内に
蓄える。

上記の動作を、すべての参照画像に対して行ない、合
成された画像を新たな合同フーリエ変換パターンとし
て、ビデオアンプ及び液晶駆動回路34を経て、LCLV36上
に表示させる。このLCLV36もLCLV15と同様に空間光変調
器を成しており、入射光の複素振幅を変調して出射させ
る。このLCLV36への入射光束37は、レーザ11から出射し
た光束12がビームスプリッター14で分けられたもので、
従って、光源は、ここでは共有されていることになる。

LCLV36を出射した光束37は、フーリエ変換レンズ41を
通ってスクリーン42に入射する。この際に、スクリーン
42は、LCLV36に対して、フーリエ変換の位置となってお
り、従って、スクリーン42上における光強度は、被検画
像と各参照画像との空間的相関の程度を表わしたものと
なる。そこで、CCD等の二次元光電変換素子43により、
電気信号に変換してコンピュータ51に入力し、被検画像
と各参照画像の相関度を検出することができる。

このような方法により得た相関度に応じた光強度のピ
ーク量が、どのようなものであるかを、第２図に示され
た参照及び被検パターンを例として、以下の説明する。

被検パターンとしてｓを、参照パターンとして、ａ、
ｂ、ｃ、ｄを、LCLV15に書き込む。次に、従来の合同フ
ーリエ変換法を用いた相関演算処理方法では、これらの
一括した合同フーリエ変換を取るので、合同フーリエ変
換パターンＦは、Ｆ＝|S＋Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋D|²となる。

ここで、各アルファベットの大文字は、各々の参照パ
ターンのフーリエ変換パターンを表わす。さて、Ｆを展
開すると、Ｆ＝S²＋A²＋B²＋C²＋D² ＋Ｓ^＊Ａ＋Ａ^＊Ｓ＋Ｓ^＊Ｂ＋Ｂ^＊Ｓ＋・Ａ^＊Ｂ＋Ｂ^＊Ａ＋Ｂ^＊Ｃ＋Ｃ^＊Ｂ＋・となる。ここで、^＊は、複素共役量を表わす。ここで重
要なことは、このパターンを更にフーリエ変換した場
合、Ｆの上記第２行の項が、被検画像と各参照画像との
相関項となり、必要な情報を含むが、Ｆの上記の式の第
３行目の項は、被検パターンとの相関度を表わす項は、
含まれていないので、全く不要な項となる上に、多重干
渉縞が不必要に描かれ、多重度を劣化させる原因となっ
ている。

また、前記多重干渉縞のパターンをフーリエ変換した
後には、これらの不要な情報は被検画像と各参照画像と
の相関度の検出において、S/N比の劣化となっても現れ
る。

そこで、本発明による相関演算処理方法では、各参照
画像を時分割により被検画像と一つづつ対応させて多重
干渉縞を作っているので、合同フーリエ変換パターン
Ｆ′は、Ｆ′＝|S＋A|²＋|S＋B|²＋|S＋C|²＋|S＋D|²となる。

ここでＦ′を展開すると、Ｆ′＝4S²＋A²＋B²＋C²＋D²＋Ｓ^＊Ａ＋Ａ^＊Ｓ＋Ｓ^＊Ｂ
＋Ｂ^＊Ｓ＋・・・・となる。

ここで重要なことは、従来例に比較すると、必要でな
い情報は全く取っていないので、多重度が劣化すること
が非常に少なくなると共に、このようにして得た多重干
渉縞のパターンのフーリエ変換した後の被検画像と各参
照画像との相関度の検出におけるS/N比の劣化も非常に
少なくなる。上記実施例においては、参照画像一つ一つ
を時分割表示することにより合同フーリエ変換パターン
を得ていたが、いくつかの参照画像を一括して表示する
ことができる。この場合、一つ一つを分割して表示する
よりも表示時間が短縮され、演算処理速度が向上する
が、いくつかを同時に表示することから、多重度が若干
減少する。

尚、上記実施例におけるシャッタ16とLCLV15は、実質
上一つのLCLVで代行させることができることは言うまで
もないことである。この場合、コンピュータ33からの情
報により、LCLV15上に描く参照画像を一つずつ、或いは
いくつかを表示した後に、合同フーリエ変換パターンと
して、画像メモリ内に取り入れれば良い。

［実施例２］この実施例では、更に本発明を、第３図の、本発明の
光相関演算処理方法の他の１例の機能を示す模式光学配
置図により説明する。

本実施例では、被検画像と参照画像をLCLV15に提示
し、シャッタ16により、時分割的に一つずつ、或いはい
くつかの参照画像をコンピュータ51により出力し、フー
リエ変換レンズ21によりフーリエ変換面に合同フーリエ
変換パターンを得るまでの過程は、実施例１とほぼ同じ
なので、詳細な説明は省略する。

このようにして得た合同フーリエ変換パターンをメモ
リ性を有する光アドレス型の空間光変調管36′に書き込
む。この空間光変調管36′は、光電面、マイクロチャン
ネルプレート及び電気光学結晶から構成されており、画
像の蓄積機能を有する。詳細は、オプチカルレター
（Optical letter）3,196（1978）に記載されている。

従って、その出力パターンを、ビームスプリッター14
で反射させ、ミラー35、38及びハーフミラー39で反射さ
せた光束37により、読み出せば、前記合同フーリエ変換
パターンのコヒーレント像が、得られる。この場合、シ
ャッター16により被検画像と一つずつの参照画像又はい
くつかの参照画像との多重干渉縞が、メモリー性を有す
る空間光変調管36′に次々と入射され、インコヒーレン
ト的に重畳される。このようにして、すべての参照画像
に対して、重畳した後の多重干渉縞のパターンをコヒー
レント光束37で読み出し、ハーフミラー39を介して、フ
ーリエ変換レンズ41によりフーリエ変換すると、スクリ
ーン42上に相関出力を得ることができる。その後の動作
は、実施例１と同様である。

尚、この場合、実施例１に比較し、コンピュータによ
り、多重干渉縞を重畳する必要がないので、非常に高速
な処理を行なうことができるようになる。

尚、実施例１、２において使用したLCLV15の代わり
に、光アドレス型の液晶ライトバルブを用いることもで
きる。この光アドレス型の液晶ライトバルブとしては、
前記の光導電層を設けた強誘電性液晶パネルを使用する
こともできるが、通常のネマテイック液晶を用いたもの
でも良い。

このような液晶ライトバルブを用いた例を次の実施例
３において示す。

［実施例３］第４図は、他の光学的相関演算処理方法の例を機能を
示す模式構成図である。これにより、本発明を更に説明
する。

被検画像と参照画像群を含む画像18をレンズ19により
液晶ライトバルブ15′に結像させる。この液晶ライトバ
ルブ15′は、第５図に示すように、各画像の対応した大
きさに区分けが成され、例えば、区分けイ−Ｃに被検画
像を結像させ、その他の部分には、一つの区分けされた
エリア毎に一つの参照画像、或いはいくつかの参照画像
を結像させる。コンピュータ33からの指令により、参照
画像が結像されたエリア毎に液晶にかける電圧をオン−
オフさせると、強誘電性液晶を用いた場合には、ある閾
値レベルを超える時点で、ネマテイック液晶を用いた場
合には、オンレベルで、各エリアに入射されている参照
画像が、一つずつ光束12により読み出される。それ以後
の操作は、実施例１、２と同様である。

この場合、シャッタ16の操作を液晶ライトバルブ自体
が受け持つことになり、更に高速で、簡単な構成とな
る。

尚、本発明の方法において、空間光変調器の働きをし
ている部分については、仕様上の差異があるが、原理的
には、すべて同様の電気アドレス型のもの及び光アドレ
ス型のものが、使用可能である。

電気アドレス型の例としては、液晶ライトバルブの他
に、PLZTやKDP、BSO、ニオブ酸リチウム、KTP等の電気
光学効果を付加したものが良く使用されている。（電気
光学効果を持つ媒体にマトリックス電極を形成したもの
等が、使用でき、これらは、本例で挙げたものと、同様
に使用可能である）。

光アドレス型のものでも、電気アドレス型と同様の材
料に、光導電層を組合わせたものが一般的である。但
し、BSOやBaTiO₃等の光起電力効果を有する結晶では、
入力光強度に応じた自発分極により光誘起屈折率変化を
起こすので、光導電層を付加する必要はない。

尚、これらの空間光変調器は、透過型としても、反射
型としても構成することができる。即ち、光アドレス型
で読み出した光が、書き込み光の情報を完全に打ち消し
てしまうような場合には、読み出し光と書き込み光の波
長域を分離して、読み出し光が、書き込み情報に影響を
与えないようにする等の工夫が必要である。

また、電気アドレス型を使用する場合には、その入力
情報を得るための二次元光電変換素子及びそのための駆
動回路が必要になるが、その信号を加工処理し易いとい
う利点がある。

また、実施例１、２、３において、コンピュータ51か
らの相関出力に応じて、LCLV16の透過度を変化させて、
各参照画像を照射する光量を順次変え、一連の操作を繰
り返すフィードバック系とすることもできる。この場
合、前記の出願の明細書に記載したように、連想識別能
力の向上と参照画像の増大が図られる上に、本発明の方
法の採用により、更なる参照画像の増大及び相関出力の
S/N比の向上により、更に連想識別能力を向上させるこ
とができる。

［発明の効果］本発明による光相関演算処理方法により、上述のよう
な効果が得られた、それらをまとめると、次のような顕
著な技術的効果が得られた。

即ち、第１に、ホログラフィ等の手段を用いずに、し
かも準実時間動作で、多くの参照画像メモリを形成する
ことができる相関演算処理方法を提供できた。

第２に、実時間動作で、非常に多くの参照画像と被検
画像との相関演算を行ない、S/N比高く、相関度を検出
できる相関演算処理方法を提供できた。

第３に、連想識別能力の更なる向上が、図られること
により、正確な識別等を行なえる相関演算処理方法を提
供することができた。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の光相関演算処理方法の１例の機能を
示す模式構成図である。第２図は、本発明の光相関演算処理方法を説明するため
の画像パターンを示す模式図である。第３図は、本発明の他の光相関演算処理方法にの例の機
能を示す模式構成図である。第４図は、本発明の光学的相関演算処理方法の更に別の
例の構成を示す模式構成図である。第５図は、本発明の光学的相関演算処理方法に使用され
る液晶ライトバルブの構成を示す模式図である。［主要部分の符号の説明］ 11……レーザ 12、37……光束 13……ビームエキスパンダ 14、39……ビームスプリッター 15、15′、36……液晶ライトバルブ 16……シャッタ 17……画像表示装置 18……入力画像 19……結像レンズ 21、41……フーリエ変換レンズ 31、42……スクリーン 32、43……二次元光電変換素子 33、51……画像処理コンピュータ 34……液晶駆動回路 35、38……ミラー 36′……空間光変調管

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】光学的に、被検画像と参照画像群との合同
フーリエ変換を行なうことにより得られた強度パターン
を、再び、光学的にフーリエ変換を行なうことにより相
関演算を行うことにより、或いは更に、その相関演算により得られた相関ピーク光
量より各参照画像からの出力を変化させ、その一連の動
作を繰り返すことにより、光相関演算処理を行なう方法
において、前記参照画像群を表示する空間光変調器の各参照画像に
対応する画素部分に、各参照画像を、若しくは、いくつ
かの参照画像を一括して、時間的にタイミングをずらし
て表示し、そのフーリエ変換面のパターンを、上記タイ
ミングで入力し、上記パターンを合成して、同時に出力
する入出力手段により、インコヒーレント的に被検画像
と各参照画像との多重干渉縞を形成することを特徴とす
る前記光相関演算処理方法。
【請求項２】前記入出力手段は、メモリー性を有する光
アドレス型の空間光変調器からなることを特徴とする請
求項１に記載の光相関演算処理方法。
【請求項３】前記入出力手段は、電気アドレス型の空間
光変調器と電気的画像処理装置により構成されたもので
あることを特徴とする請求項１に記載の光相関演算処理
方法。