JP2900209B2 - Optical pattern recognition method and optical pattern recognition device - Google Patents

Optical pattern recognition method and optical pattern recognition device

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JP2900209B2
JP2900209B2 JP4273022A JP27302292A JP2900209B2 JP 2900209 B2 JP2900209 B2 JP 2900209B2 JP 4273022 A JP4273022 A JP 4273022A JP 27302292 A JP27302292 A JP 27302292A JP 2900209 B2 JP2900209 B2 JP 2900209B2
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、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
る二次元画像に対し、コヒーレント光を用いた相関処理
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。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to the field of optical information processing and optical measurement, in which a two-dimensional image obtained from an imaging device such as a CCD camera is subjected to a correlation process using coherent light to thereby perform pattern recognition. And a device for automatically performing measurement.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来よりコヒーレント光を用いた相関処
理を行ってパターン認識する方法またはパターン認識装
置に関する研究は数多く行われてきた。これらの方法の
多くは、入力像を光学的にフーリエ変換し、そのフーリ
エ変換した像を所定の方法で作成した光学フィルタでフ
ィルタリングした後、再び光学的にフーリエ変換するこ
とにより、入力像と光学フィルタ内の画像情報との相関
をとろうとする光学的フーリエ変換相関法である。光学
的フーリエ変換相関法には、参照画像のフーリエ変換ホ
ログラムを前記光学フィルタとして用いて被相関画像の
フーリエ変換像をフィルタリングするマッチドフィルタ
型光相関器と、被相関画像と参照画像とを同時にフーリ
エ変換してジョイントフーリエ変換像を作り出してその
ジョイントフーリエ変換ホログラムを作成し、それを再
び光学的にフーリエ変換するジョイント変換光相関器と
がある。マッチドフィルタ型光相関器は、アライメント
が困難であるがSN比が大きいため、精密な光学的パタ
ーン認識を行うのに適している。ジョイント変換光相関
器は、光学系の調整が極めて容易であり、1プロセスで
相関処理が可能であるため、実時間光パターン認識を行
うのに適している。
2. Description of the Related Art Conventionally, many studies have been made on a pattern recognition method or a pattern recognition device by performing a correlation process using coherent light. In many of these methods, an input image is optically Fourier-transformed, the Fourier-transformed image is filtered by an optical filter created by a predetermined method, and then optically Fourier-transformed again. This is an optical Fourier transform correlation method that attempts to correlate with image information in a filter. The optical Fourier transform correlation method includes a matched filter type optical correlator that filters a Fourier transform image of a correlated image using a Fourier transform hologram of a reference image as the optical filter, and a Fourier transform of the correlated image and the reference image simultaneously. There is a joint transform optical correlator that creates a joint Fourier transform hologram by transforming it to produce a joint Fourier transform hologram and optically Fourier transforms it again. The matched filter type optical correlator is suitable for performing precise optical pattern recognition because alignment is difficult but the SN ratio is large. The joint conversion optical correlator is suitable for real-time optical pattern recognition because the adjustment of the optical system is extremely easy and the correlation processing can be performed in one process.

【0003】また、最近では、光学フィルタを二値化す
ることにより、従来の光学的フーリエ変換相関法のSN
比が著しく向上してきている。さらには、光学フィルタ
の記録媒体として、従来の銀塩写真乾板に代わり、液晶
テレビ、光書込型液晶空間光変調器、種々の光屈折性光
学結晶などが使われるようになり、実時間で光学的パタ
ーン認識を行うための研究が盛んに行われるようになっ
た。
Further, recently, by binarizing an optical filter, the SN of the conventional optical Fourier transform correlation method has been improved.
The ratio has improved significantly. Furthermore, as a recording medium for an optical filter, a liquid crystal television, an optical writing type liquid crystal spatial light modulator, various photorefractive optical crystals, and the like have been used in place of a conventional silver halide photographic dry plate. Research for optical pattern recognition has been actively conducted.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
光学的フーリエ変換相関法にかかわらずそれ以外の光学
的パターン認識方法においては、光学フィルタに記録さ
れている参照画像に対して、被相関画像が回転していた
り大きさが異なっていたりすると急激に相関出力が低下
し、実質的に光学的パターン認識が行えなくなるという
問題点を有していた。
However, irrespective of the conventional optical Fourier transform correlation method, in other optical pattern recognition methods, the correlated image does not correspond to the reference image recorded in the optical filter. If the image is rotated or the size is different, there is a problem that the correlation output sharply decreases and optical pattern recognition cannot be performed substantially.

【0005】このような欠点を解決するために、様々な
回転方向と大きさを持った参照画像を一度に多重化して
作成したホログラムを光学フィルタとして用いたり、コ
ンピュタで回転や大きさ変化があったとしても相関出力
の低下が少なくなるようなコンピュータ合成ホログラム
である合成判別函数を作成しておきこれを写真乾板など
に焼き付けたものを光学フィルタとして用いるなどの努
力がなされてきた。しかし、これらの方法は回転や大き
さの変化に対しては特定の値に対してしか相関出力が得
られないと同時に、光学フィルタを作成するのが煩雑な
ため実時間光パターン認識には、全く不向きな方法であ
った。
In order to solve such a drawback, a hologram created by multiplexing reference images having various rotation directions and sizes at once is used as an optical filter, or rotation or size change is caused by a computer. Efforts have been made to create a composite discriminant function, which is a computer-generated hologram that reduces the decrease in correlation output even if it is used, and to print this on a photographic plate or the like as an optical filter. However, in these methods, a correlation output can be obtained only for a specific value with respect to rotation or change in size, and at the same time, creating an optical filter is complicated, so real-time light pattern recognition is It was totally unsuitable.

【0006】また、被相関画像が回転したり大きさが変
化したりしても、実質的に回転したり大きさが変化しな
いような画像に光学的に座標変換してやり、この座標変
換された被相関画像と参照画像とを用いて光学的フーリ
エ変換相関法を行うことも試みられている。このような
座標変換法としては、極座標変換法、Lnr-θ変換法、ハ
フ変換法などが知られている。これらの座標変換法は実
質的には極座標変換法を基本としており、角度成分の多
価性により回転角の変化に対して周期的に大きく出力が
変化するという問題点と同時に、これらの座標変換を行
うためには上述したコンピュータ合成ホログラムを作成
しなければならないという煩雑性を有していた。また、
この座標変換は光学的フーリエ変換相関器の最も前段の
処理として行わなければならないため、回折効率の極め
て高いコンピュータ合成ホログラムを作成しなければな
らないという課題をも持っている。
Further, even if the correlated image is rotated or its size is changed, the image is optically subjected to coordinate conversion into an image which does not substantially rotate or change its size, and the coordinate-converted image is converted. Attempts have been made to perform an optical Fourier transform correlation method using a correlation image and a reference image. As such a coordinate conversion method, a polar coordinate conversion method, an Lnr-θ conversion method, a Hough conversion method, and the like are known. These coordinate conversion methods are essentially based on the polar coordinate conversion method, and have the problem that the output periodically changes greatly with the change of the rotation angle due to the multi-value of the angle component. In order to perform the above, the computer-generated hologram described above must be created. Also,
Since this coordinate transformation must be performed as the first stage processing of the optical Fourier transform correlator, there is also a problem that a computer-generated hologram having extremely high diffraction efficiency must be created.

【0007】本発明の目的は、入力される被相関画像が
所要の目標である参照画像と比較して、回転していたり
大きさが異なっていたりしても、正確に前記参照画像と
比較あるいは照合が実時間で行える光学的パターン認識
方法および光学的パターン認識装置を提供することがで
きる。
An object of the present invention is to accurately compare an input correlated image with the reference image even if the image to be correlated is rotated or has a different size. It is possible to provide an optical pattern recognition method and an optical pattern recognition device that can perform matching in real time.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明の光学的パターン認識方法または光学的パタ
ーン認識装置は、従来のフーリエ変換相関器の光学フィ
ルタに、参照画像のフーリエ変換ホログラムまたは参照
画像と被相関画像とのジョイントフーリエ変換ホログラ
ムの低周波数成分と高周波数成分がそれぞれ独立に記録
されたものを用い、これら低周波数成分が記録された光
学フィルタと高周波数成分が記録された光学フィルタを
用いてそれぞれ独立に相関出力を得、得られた低周波数
成分からの相関出力と高周波数成分からの相関出力の強
度比を計算し、あらかじめ参照画像または2つの参照画
像とを用いて得られた低周波数成分からの相関出力と高
周波数成分からの相関出力の強度比と比較することによ
り光学的パターン認識を行った。この相関出力の強度比
は、画像に対して固有の値を持ち、回転や被相関画像の
大きさ変化に対して変化しにくいという性質を持ってい
るため、本発明の光学的パターン認識方法および光学的
パターン認識装置は、簡単な方法と構成で被相関画像の
回転や大きさ変化に対して強いパターン認識を行うこと
ができ、上記問題点を解決した。
In order to solve the above-mentioned problems, an optical pattern recognition method or an optical pattern recognition apparatus according to the present invention uses a conventional Fourier transform correlator optical filter to add a Fourier transform hologram of a reference image. Alternatively, the low frequency component and the high frequency component of the joint Fourier transform hologram of the reference image and the correlated image in which the low frequency component and the high frequency component are individually recorded are used, and the optical filter in which these low frequency components are recorded and the high frequency component are recorded. A correlation output is obtained independently using an optical filter, an intensity ratio between the obtained correlation output from the low-frequency component and the correlation output from the high-frequency component is calculated, and a reference image or two reference images are used in advance. The optical pattern is obtained by comparing the intensity ratio between the obtained correlation output from the low-frequency component and the correlation output from the high-frequency component. It was identified. Since the intensity ratio of the correlation output has a unique value with respect to the image and has a property that it is hard to change with respect to rotation or a change in the size of the correlated image, the optical pattern recognition method and the optical pattern recognition method of the present invention The optical pattern recognition device can perform pattern recognition that is strong against rotation and size change of the correlated image with a simple method and configuration, and has solved the above-mentioned problem.

【0009】また、光学フィルタとして、光書込型強誘
電性液晶空間光変調器や液晶テレビを用いることによ
り、実時間の光学的パターン認識を実現した。
Further, real-time optical pattern recognition is realized by using an optical writing type ferroelectric liquid crystal spatial light modulator or a liquid crystal television as an optical filter.

【0010】[0010]

【作用】被相関画像の透過振幅函数をf、参照画像の透
過振幅函数をgとし、これらのフーリエ変換像の透過振
幅函数を各々F(k)、G(k)とする。このとき、被
相関函数fが回転したり、大きさが変化したりしてF
(k)が変形してF(k+Δν)になったとする。ここ
で、Δνは波数空間での一般変形パラメータである。こ
のとき、Δνが充分小さな値をとるとき、変形した被相
関函数の透過振幅函数F(k+Δν)は、変形前の透過
振幅函数F(k)を用いて以下のように表すことができ
る。
The transmission amplitude function of the correlated image is f, the transmission amplitude function of the reference image is g, and the transmission amplitude functions of these Fourier transform images are F (k) and G (k), respectively. At this time, the correlated function f rotates or the magnitude changes, and F
It is assumed that (k) is transformed to F (k + Δν). Here, Δν is a general deformation parameter in wavenumber space. At this time, when Δν takes a sufficiently small value, the transmission amplitude function F (k + Δν) of the deformed correlated function can be expressed as follows using the transmission amplitude function F (k) before deformation.

【0011】 F(k+Δν)=F(k)+(∂F/∂k)(dk/dν)Δν (1) 従って、これを参照画像のフーリエ変換G(k)で作成
したホログラムからなる光学フィルタでフィルタリング
した後フーリエ変換すると(マッチドフィルタ型光相関
処理)、その出力Pm は、 Pm =f☆g+Δν・δm (f☆g)+f*g+Δν・δm (f*g) +DC (2) となる。
F (k + Δν) = F (k) + (∂F / ∂k) (dk / dν) Δν (1) Accordingly, an optical filter composed of a hologram created by the Fourier transform G (k) of the reference image in the Fourier transform after filtering (matched filter optical correlation processing), the output Pm is, P m = f ☆ g + Δν · δ m (f ☆ g) + f * g + Δν · δ m (f * g) + DC (2) Becomes

【0012】ここで、☆は相関演算子、*は畳み込み演
算子であり、DCはDC成分である。また、 δm (f☆g)=∫(∂/∂ν)|F* (x−k)G(k)|2 ・exp(−ikx)dk (3) δm (f*g)=∫(∂/∂ν)|F* (k−x)G(k)|2 ・exp(−ikx)dk (4) と定義した。
Here, * is a correlation operator, * is a convolution operator, and DC is a DC component. Δ m (f ☆ g) = ∫ (∂ / ∂ν) | F * (x−k) G (k) | 2 · exp (−ikx) dk (3) δ m (f * g) = ∫ (∂ / ∂ν) | F * (k−x) G (k) | 2 · exp (−ikx) dk (4)

【0013】また、変形した被相関画像と参照画像とを
同時にフーリエ変換してジョイントフーリエ変換強度分
布画像を得た後、これを再びフーリエ変換すると(ジョ
イント変換相関処理)、その出力Pは、 Pj =f☆g+(Δν/2)・δj (f☆g)+DC (5) となる。
Further, after the transformed correlated image and the reference image are simultaneously Fourier-transformed to obtain a joint Fourier-transformed intensity distribution image, and then Fourier-transformed again (joint-transform correlation processing), the output P is P j = f ☆ g + (Δν / 2) · δ j (f ☆ g) + DC (5)

【0014】ここで、 δj (f☆g)=∫(∂/∂ν)[|F* (x−k)G(k)|2 +|G* (x−k)|2 ]exp(−ikx)dk (6) と定義した。Here, δ j (f ☆ g) = ∫ (∂ / ∂ν) [| F * (x−k) G (k) | 2 + | G * (x−k) | 2 ] exp ( −ikx) dk (6)

【0015】ここで、(2)式と(5)式の第1項と第
2項すなわち相関出力部は、低周波数成分と高周波数成
分とから構成される。すなわち、 f☆g+Δν・δm (f☆g)=(f☆g)L +Δν・δm (f☆g)L +(f☆g)H +Δν・δm (f☆g)H (7) f☆g+(Δν/2)・δj (f☆g) =(f☆g)L +(Δν/2)・δj (f☆g)L +(f☆g)H +(Δν/2)・δj (f☆g)H (8) となる。
Here, the first and second terms of the equations (2) and (5), that is, the correlation output section are composed of a low frequency component and a high frequency component. That is, f ☆ g + Δν · δ m (f ☆ g) = (f ☆ g) L + Δν · δ m (f ☆ g) L + (f ☆ g) H + Δν · δ m (f ☆ g) H (7) f ☆ g + (Δν / 2) · δ j (f ☆ g) = (f ☆ g) L + (Δν / 2) · δ j (f ☆ g) L + (f ☆ g) H + (Δν / 2) ) · Δ j (f ☆ g) H (8)

【0016】そこで、相関出力の低周波数成分と高周波
数成分との比は、マッチドフィルタ型光相関器とジョイ
ント変換相関器の各々に対して、 ρm =[(f☆g)H +Δν・δm (f☆g)H ] /[(f☆g)L +Δν・δm (f☆g)L ] (9) ρj =[(f☆g)H +(Δν/2)・δj (f☆g)H ] /[(f☆g)L +(Δν/2)・δj (f☆g)L ] (10) となる。
Therefore, the ratio of the low-frequency component to the high-frequency component of the correlation output is calculated as follows: ρ m = [(f ☆ g) H + Δν · δ for each of the matched filter type optical correlator and the joint transform correlator. m (f ☆ g) H ] / [(f ☆ g) L + Δν · δ m (f ☆ g) L ] (9) ρ j = [(f ☆ g) H + (Δν / 2) · δ j ( f * g) H ] / [(f * g) L + ([Delta] v / 2) * [delta] j (f * g) L ] (10)

【0017】ここで、ρm はマッチドフィルタ型光相関
器における相関出力の低周波数成分と高周波数成分との
比であり、ρj はジョイント変換相関器における相関出
力の低周波数成分と高周波数成分との比である。従っ
て、被相関画像の変形すなわちそのフーリエ変換像の変
形(∂F/∂k)(dk/dν)Δνが充分小さいとき
は、 ρm 〜ρj 〜(f☆g)H /(f☆g)L =一定 (11) となり、相関出力の低周波数成分と高周波数成分との比
は不変量となる。言い替えれば、マッチドフィルタ型相
関器およびジョイント変換相関器において、その被相関
画像が回転したり、大きさが変化したりしても、これら
の変化量が充分小さければ、その相関出力の低周波数成
分と高周波数成分との比は不変量となる。
Here, ρ m is the ratio between the low frequency component and the high frequency component of the correlation output in the matched filter type optical correlator, and ρ j is the low frequency component and the high frequency component of the correlation output in the joint transform correlator. And the ratio. Therefore, when the deformation of the correlated image, that is, the deformation (∂F / ∂k) (dk / dν) Δν of the Fourier transform image is sufficiently small, ρ m ρ j ((ffg) H / (f ☆ g) ) L = constant (11), and the ratio between the low frequency component and the high frequency component of the correlation output is an invariant. In other words, in the matched filter type correlator and the joint transform correlator, even if the correlated image is rotated or the size is changed, if these changes are sufficiently small, the low frequency component of the correlation output is obtained. And the ratio between the high frequency components is invariant.

【0018】さらに、相関出力の低周波数成分は画像の
おおまかな特徴に対する相関に対応し、相関出力の高周
波数成分は画像の繊細な特徴に対する相関に対応するた
め、これらの比は画像そのものを特徴づけると考えられ
る。従って、被相関画像と参照画像とから得られた相関
出力の低周波数成分と高周波数成分との比を、あらかじ
め参照画像間で得られた相関出力の低周波数成分と高周
波数成分との比とを照合することにより、被相関画像の
回転や大きさ変化に対して強いパターン認識が可能とな
るのである。
Further, since the low-frequency component of the correlation output corresponds to the correlation with the rough features of the image, and the high-frequency component of the correlation output corresponds to the correlation with the delicate features of the image, these ratios are characteristic of the image itself. It is thought that it attaches. Therefore, the ratio between the low-frequency component and the high-frequency component of the correlation output obtained from the correlated image and the reference image is calculated by comparing the ratio between the low-frequency component and the high-frequency component of the correlation output obtained between the reference images in advance. , It is possible to perform pattern recognition that is strong against rotation and size change of the correlated image.

【0019】次に、光書込型強誘電性液晶空間光変調器
を用いて、フーリエ変換ホログラムまたはジョイントフ
ーリエ変換ホログラムの低周波数成分およびその高周波
数成分を各々独立に記録、変調する方法について説明す
る。図5は、本発明に用いた光書込型強誘電性液晶空間
光変調器の1実施例の構造を示す摸式的断面図である。
図5に示す光書込型強誘電性液晶空間光変調器は、典型
的には平坦度λ/8以上の石英ガラスなどに代表される
透明基板54a上に、ITOなどの透明電極55aを形
成し、さらにその上に膜厚約1.5〜3μmのイントリ
ンシックな水素化アモルファスシリコン(a−Si:
H)56が形成されている。
Next, a method of recording and modulating the low-frequency component and the high-frequency component of a Fourier transform hologram or a joint Fourier transform hologram independently using an optical writing type ferroelectric liquid crystal spatial light modulator will be described. I do. FIG. 5 is a schematic sectional view showing the structure of one embodiment of the optical writing type ferroelectric liquid crystal spatial light modulator used in the present invention.
In the optical writing type ferroelectric liquid crystal spatial light modulator shown in FIG. 5, a transparent electrode 55a such as ITO is formed on a transparent substrate 54a typically represented by quartz glass or the like having a flatness of λ / 8 or more. And furthermore, an intrinsic hydrogenated amorphous silicon (a-Si:
H) 56 are formed.

【0020】また、a−Si:H56の上には、読出光
の反射率のゲインをかせぐために誘電体ミラー57が積
層されている。誘電体ミラー57は、シリコンや、シリ
コンとゲルマニウムの化合物または酸化チタンや酸化ジ
ルコニウムなどの高屈折率酸化物のλ/4膜と、二酸化
ケイ素やフッ化マグネシウムなどの低屈折率酸化物のλ
/4膜を交互に積層した構造になっている。一方、透明
基板54aと同様の透明基板54b上には、透明電極5
5aと同様の透明電極55bが形成されている。透明電
極55bおよび誘電体ミラー57上には、斜方蒸着によ
るSiOや、ラビング処理によるポリイミドなどの配向
膜54a、54bが形成されている。そして、これら透
明基板54a、54bは、配向膜58a、58bが内面
対向するようにスペーサ60を介し、強誘電性液晶59
を狭持している。また、透明基板61a、61bの外側
表面には、無反射コーティング61a、61bが形成さ
れている。
On the a-Si: H56, a dielectric mirror 57 is laminated in order to increase the gain of the reflectance of the reading light. The dielectric mirror 57 includes a λ / 4 film of silicon, a compound of silicon and germanium, or a high-refractive-index oxide such as titanium oxide or zirconium oxide, and a λ / 4 film of a low-refractive-index oxide such as silicon dioxide or magnesium fluoride.
/ 4 films are alternately stacked. On the other hand, on a transparent substrate 54b similar to the transparent substrate 54a, a transparent electrode 5 is provided.
A transparent electrode 55b similar to 5a is formed. On the transparent electrode 55b and the dielectric mirror 57, alignment films 54a and 54b made of SiO by oblique deposition or polyimide by rubbing are formed. These transparent substrates 54a and 54b are interposed by a ferroelectric liquid crystal 59 via a spacer 60 such that the alignment films 58a and 58b face the inner surface.
Is holding. In addition, anti-reflection coatings 61a and 61b are formed on the outer surfaces of the transparent substrates 61a and 61b.

【0021】このように構成された光書込型強誘電性液
晶空間光変調器は、a−Si:H56が形成された透明
基板54a側から書込光62を照射して画像を記録し、
反対側の透明基板54b側から読出光63を照射して記
録された画像を読み出す。この光書込型強誘電性液晶空
間光変調器の透明電極55aと55bとの間に、図7に
示すような正電圧、負電圧、正電圧、ゼロ電圧の組から
なる連続したパルス電圧を印加する。
The thus configured optical writing type ferroelectric liquid crystal spatial light modulator irradiates writing light 62 from the side of the transparent substrate 54a on which a-Si: H56 is formed to record an image.
The recorded image is read by irradiating the reading light 63 from the opposite transparent substrate 54b side. A continuous pulse voltage composed of a set of a positive voltage, a negative voltage, a positive voltage, and a zero voltage as shown in FIG. 7 is applied between the transparent electrodes 55a and 55b of the optical writing type ferroelectric liquid crystal spatial light modulator. Apply.

【0022】第1の正電圧はパルス高さVp1、パルス幅
Tp1を持っており、負電圧は、パルス高さVn 、パルス
幅Tn を持っており、第2の正電圧はパルス高さVp2、
パルス幅Tp2を持っており、ゼロ電圧は幅Tz を持って
いるものとする。このとき、この連続したパルス電圧の
周期は、Tp1+Tn +Tp2+Tz となる。そこで、Vp1
>=Vn >Vp2となるように負電圧と第2の正電圧を印
加すると、書込光に対する閾値(強誘電性液晶分子が反
転して他の安定状態に移行する臨界の書込光強度)は、
印加電圧に反比例するから、負電圧に対する書込光の閾
値Ithn は第2の正電圧に対する閾値Ithp2よりも小さ
な値をとり、第1の正電圧に対する閾値Ithp1は負電圧
に対する閾値Ithn よりも小さいかまたは等しい値をと
る。
The first positive voltage has a pulse height Vp1 and a pulse width Tp1, the negative voltage has a pulse height Vn and a pulse width Tn, and the second positive voltage has a pulse height Vp2 and a pulse height Vp2.
It has a pulse width Tp2, and the zero voltage has a width Tz. At this time, the cycle of the continuous pulse voltage is Tp1 + Tn + Tp2 + Tz. Therefore, Vp1
When a negative voltage and a second positive voltage are applied so that> = Vn> Vp2, a threshold value for writing light (critical writing light intensity at which ferroelectric liquid crystal molecules are inverted and shifted to another stable state) Is
Since it is inversely proportional to the applied voltage, the threshold value Ithn of the writing light for the negative voltage is smaller than the threshold value Ithp2 for the second positive voltage, and the threshold value Ithp1 for the first positive voltage is smaller than the threshold value Ithn for the negative voltage. Or take an equal value.

【0023】まず、書込光強度がIthn よりも大きく、
Ithp2よりも小さい場合を考えてもよう。液晶分子は第
1の正電圧で一方向の安定状態で初期化された後、負電
圧で書込光が照射されている部分だけ液晶分子が反転し
画像が書き込まれる。ところが、第2の正電圧が印加さ
れてもこれに対する書込光の閾値よりも弱い強度の書込
光が照射されているため、第2の正電圧の印加では書込
光が照射されている分子はもとの安定状態には戻らな
い。すなわち、このような場合は、書込光が照射されて
いる部分の液晶分子は初期化で揃えられた安定状態とは
反対の安定状態をとるため、光書込型強誘電性液晶空間
光変調器に画像を記録することができる。
First, the writing light intensity is larger than Ithn,
Let us consider the case where it is smaller than Ithp2. After the liquid crystal molecules are initialized in the one-way stable state at the first positive voltage, the liquid crystal molecules are inverted only at the portion irradiated with the writing light at the negative voltage, and an image is written. However, even when the second positive voltage is applied, the writing light having an intensity lower than the threshold value of the writing light for the second positive voltage is applied. Therefore, the writing light is applied when the second positive voltage is applied. The molecule does not return to its original stable state. That is, in such a case, the liquid crystal molecules in the portion irradiated with the writing light are in a stable state opposite to the stable state aligned in the initialization, so that the optical writing type ferroelectric liquid crystal spatial light modulation is performed. Images can be recorded on the container.

【0024】次に、書込光強度がIthp2よりも大きい場
合を考えよう。このとき、上記同様液晶分子は第1の正
電圧で一方向の安定状態で初期化された後、負電圧で書
込光が照射されている部分だけ液晶分子が反転し画像が
書き込まれる。しかし、第2の正電圧が印加されると、
これに対する書込光閾値よりも強い光強度の書込光が照
射されているため、書込光が照射されている部分の液晶
分子は初期化で揃えられた安定状態へと反転する。すな
わち、このような場合は、書込光が照射されている部分
の液晶分子は初期化で揃えられた安定状態と同一の安定
状態をとるため、光書込型強誘電性液晶空間光変調器に
はなんら画像を記録することができない。
Next, let us consider a case where the writing light intensity is larger than Ithp2. At this time, as described above, the liquid crystal molecules are initialized in a one-way stable state at the first positive voltage, and then the liquid crystal molecules are inverted only at a portion irradiated with the writing light at the negative voltage, and an image is written. However, when the second positive voltage is applied,
Since the writing light having a light intensity higher than the writing light threshold is irradiated, the liquid crystal molecules in the portion irradiated with the writing light are inverted to the stable state aligned by initialization. That is, in such a case, since the liquid crystal molecules in the portion irradiated with the writing light have the same stable state as the stable state aligned by initialization, the optical writing type ferroelectric liquid crystal spatial light modulator is used. Can not record any images.

【0025】書込光強度がIthp1よりも弱い場合には、
光書込型強誘電性液晶空間光変調器には何ら画像が記録
できないことは言うまでもない。このようにして、図7
に示すようなパルス電圧を連続的に印加することによっ
て、光書込型強誘電性液晶空間光変調器は図6に示すよ
うな書込光強度に対する閾値特性を持つようになる。す
なわち、同一の駆動パルス電圧を連続して印加した状態
で、書込光強度をしだいに強くしていくと、ある書込光
強度のレベルで光書込型強誘電性液晶空間光変調器から
の反射光強度は急激に大きくなる(画像が記録できるよ
うになり)。
When the writing light intensity is weaker than Ithp1,
It goes without saying that no image can be recorded on the optical writing type ferroelectric liquid crystal spatial light modulator. Thus, FIG.
By continuously applying a pulse voltage as shown in FIG. 6, the optical writing type ferroelectric liquid crystal spatial light modulator has a threshold characteristic with respect to the writing light intensity as shown in FIG. In other words, when the writing light intensity is gradually increased while the same drive pulse voltage is continuously applied, the optical writing type ferroelectric liquid crystal spatial light modulator is turned on at a certain writing light intensity level. Reflected light intensity sharply increases (an image can be recorded).

【0026】さらに書込光強度を強くしていくと、ある
書込光強度のレベルで光書込型強誘電性液晶空間光変調
器からの反射光強度は急激に弱くなる(画像が消去され
る)。その後、書込光強度を弱くしていくと、ある書込
光強度のレベルで光書込型強誘電性液晶空間光変調器か
らの反射光強度は再び急激に強くなる(画像が再び記録
できるようになる)。
As the writing light intensity is further increased, the reflected light intensity from the optical writing type ferroelectric liquid crystal spatial light modulator rapidly decreases at a certain writing light intensity level (an image is erased). ). Thereafter, when the writing light intensity is decreased, the intensity of the reflected light from the optical writing type ferroelectric liquid crystal spatial light modulator sharply increases again at a certain writing light intensity level (an image can be recorded again. Will be).

【0027】さらに書込光強度を弱くしていくと、ある
書込光強度のレベルから光書込型強誘電性液晶空間光変
調器からの反射光強度は再び弱くなる(画像が消去され
る)。強誘電性液晶は、明瞭な双安定性を持っているた
め、理想的にはゼロか1の反射光強度変化をするが、実
際には配向の不均一性や書込光強度の不均一性のため
に、反射光強度の変化を示す曲線は変化部分で多少傾
き、閾値レベルが特定できない。そこで、反射光強度が
最大になる点を基準として、反射光強度が0.1および
0.9になる書込光強度を光書込型強誘電性液晶空間光
変調器の閾値として定義する。
When the writing light intensity is further reduced, the intensity of the reflected light from the optical writing type ferroelectric liquid crystal spatial light modulator is reduced again from a certain writing light intensity level (the image is erased). ). Since ferroelectric liquid crystals have a distinct bistability, the reflected light intensity ideally changes to zero or one, but in practice, the alignment non-uniformity and the writing light non-uniformity are non-uniform. Therefore, the curve indicating the change in the reflected light intensity is slightly inclined at the change portion, and the threshold level cannot be specified. Therefore, the writing light intensity at which the reflected light intensity becomes 0.1 and 0.9 is defined as a threshold value of the optical writing type ferroelectric liquid crystal spatial light modulator with reference to the point where the reflected light intensity becomes maximum.

【0028】図6に示す一般的な例では、閾値はIL1、
IL2、IM1、IM2、IH1、IH2の計6つの値をとるが、
IL1〜IL2、IM1〜IM2、IH1〜IH2であるため、IL
=IL1〜IL2、IM =IM1〜IM2、IH =IH1〜IH2と
置いても問題はない。本発明では、IL を第1の閾値、
IH を第2の閾値と呼んで用いて行くことにする。
In the general example shown in FIG. 6, the threshold is IL1,
It takes a total of six values, IL2, IM1, IM2, IH1, and IH2,
Since IL1 to IL2, IM1 to IM2, and IH1 to IH2, IL
= IL1 to IL2, IM = IM1 to IM2, IH = IH1 to IH2. In the present invention, IL is a first threshold,
IH will be used as the second threshold value.

【0029】また、図6に示す光書込型強誘電性液晶空
間光変調器の書込光に対する閾値特性は、ヒステリシス
を持ちその原因は不明であるが、本発明にはなんら影響
はない。さらに、光書込型強誘電性液晶空間光変調器に
限らず、図5に示すような構造で、強誘電性液晶の代わ
りに、印加電圧に対して双安定性を持つ光変調材料を使
った光書込型空間光変調器用いても上記と同様の書込光
に対する閾値特性が得られることは言うまでもない。
The threshold characteristic of the optical writing type ferroelectric liquid crystal spatial light modulator shown in FIG. 6 with respect to the writing light has a hysteresis and its cause is unknown, but does not affect the present invention. Furthermore, not only the optical writing type ferroelectric liquid crystal spatial light modulator but also a structure as shown in FIG. 5 using a light modulation material having bistability against an applied voltage instead of the ferroelectric liquid crystal. Needless to say, the same threshold characteristics for writing light as described above can be obtained even when the optical writing type spatial light modulator is used.

【0030】さて、図5に示すような光書込型強誘電性
液晶空間光変調器に、図7に示すような連続した駆動パ
ルス電圧を印加しながら、フーリエ変換像を変調する場
合に、この光書込型強誘電性液晶空間光変調器に書き込
まれるフーリエ変換像強度分布のようすを図8に示す。
Now, when a Fourier transform image is modulated while a continuous driving pulse voltage as shown in FIG. 7 is applied to the optical writing type ferroelectric liquid crystal spatial light modulator as shown in FIG. FIG. 8 shows the intensity distribution of the Fourier transform image written in the optical writing type ferroelectric liquid crystal spatial light modulator.

【0031】図8(a)は、書込イメージとしてのフー
リエ変換像強度分布を表したものであり、そのビジビリ
ティーの低い場合が示してある。このような場合は、書
込光強度が充分強いならば、フーリエ変換像の低周波数
成分の光強度は第2の閾値IH よりも大きくなる。従っ
て、このとき光書込型強誘電性液晶空間光変調器に書き
込まれて読み出されるイメージの強度分布は図8(c)
のようになり、高周波数成分のみが読み出されることに
なる。図8(a)に示されるようなビジビリティーの低
いフーリエ変換像は、コントラスト比を落とした画像を
フーリエ変換するか、コヒーレンス性の低いレーザ光を
用いて画像をフーリエ変換することによって、容易に得
られる。
FIG. 8A shows a Fourier-transformed image intensity distribution as a writing image, and shows a case where the visibility is low. In such a case, if the writing light intensity is sufficiently strong, the light intensity of the low frequency component of the Fourier transform image will be greater than the second threshold value IH. Therefore, at this time, the intensity distribution of the image written and read out to the optical writing type ferroelectric liquid crystal spatial light modulator is shown in FIG.
And only high frequency components are read out. The Fourier-transformed image with low visibility as shown in FIG. 8A is easily obtained by Fourier-transforming an image with a reduced contrast ratio or by Fourier-transforming the image using laser light with low coherence. Can be

【0032】また、図8(b)に示すようなビジビリテ
ィーの高いフーリエ変換像を、図7に示すような連続し
た駆動パルス電圧を印加しながら光書込型強誘電性液晶
空間光変調器に書き込む場合は、書込光が充分強いなら
ば、図8(d)に示すような読出像が得られる。すなわ
ち、光書込型強誘電性液晶空間光変調器には、フーリエ
変換像の高周波数成分は忠実に二値化されて書き込まれ
るが、フーリエ変換像の低周波数成分はエッジ部分のみ
が書き込まれることになる。このような、ビジビリティ
ーの高いフーリエ変換像は、コントラスト比の高い画像
を高いコヒーレンス性を持ったレーザ光でフーリエ変換
変換することで容易に得られる。以上のようにして、フ
ーリエ変換像の高周波数成分のみを選択して光書込型空
間光変調器に書き込むことができる。
Further, a Fourier transform image having high visibility as shown in FIG. 8B is applied to an optical writing type ferroelectric liquid crystal spatial light modulator while applying a continuous driving pulse voltage as shown in FIG. In writing, if the writing light is sufficiently strong, a read image as shown in FIG. 8D is obtained. That is, the high frequency component of the Fourier transform image is faithfully binarized and written in the optical writing type ferroelectric liquid crystal spatial light modulator, but only the edge portion of the low frequency component of the Fourier transform image is written. Will be. Such a Fourier-transformed image with high visibility can be easily obtained by Fourier-transforming an image with a high contrast ratio with laser light having high coherence. As described above, only the high frequency components of the Fourier transform image can be selected and written to the optical writing type spatial light modulator.

【0033】さらに、フーリエ変換像の光強度分布の最
大値が第2の閾値IH よりも小さくなるような書込光強
度で、光書込型強誘電性液晶空間光変調器にフーリエ変
換像を書き込むことにより、フーリエ変換像の低周波数
成分のみを書き込むことができる。このとき、一般に、
フーリエ変換像の高周波数成分は低周波数成分の1/1
0〜1/1000程度に弱いため、光書込型強誘電性液
晶空間光変調器の第1の閾値IL よりも小さくなり書き
込むことができないからである。以上のようにして、フ
ーリエ変換像の高周波数成分のみを選択して光書込型空
間光変調器に書き込むことができる。
Further, the Fourier-transformed image is formed on the optical-writing type ferroelectric liquid crystal spatial light modulator at a writing light intensity such that the maximum value of the light intensity distribution of the Fourier-transformed image becomes smaller than the second threshold value IH. By writing, only the low frequency components of the Fourier transform image can be written. At this time, generally,
The high frequency component of the Fourier transform image is 1/1 of the low frequency component
This is because, since it is weak to about 0 to 1/1000, it becomes smaller than the first threshold value IL of the optical writing type ferroelectric liquid crystal spatial light modulator, and writing cannot be performed. As described above, only the high frequency components of the Fourier transform image can be selected and written to the optical writing type spatial light modulator.

【0034】もちろん、以上説明したフーリエ変像の低
周波数成分と高周波数成分とを選択的に光書込型強誘電
性液晶空間光変調器に記録する方法として、書込光強度
を変化させずに図7における第2の正電圧のパルス高さ
を変化させて行ってもよいことは言うまでもない。
Of course, as a method of selectively recording the low-frequency component and the high-frequency component of the Fourier transformation described above in the optical writing type ferroelectric liquid crystal spatial light modulator, the writing light intensity is not changed. It goes without saying that the above may be performed by changing the pulse height of the second positive voltage in FIG.

【0035】[0035]

【実施例】以下に、図面を参照しながら本発明の光学的
パターン認識方法および光学的パターン認識装置の実施
例を説明する。図1は、本発明の光学的パターン認識方
法をジョイント変換相関器をベースに構成した実施例を
示す工程図である。図1において、CCDカメラやビジ
コンなどの撮像装置1から取り込まれた被相関画像3
と、コンピュータ内のRAM(Random Acce
ss Memory)やROM(Read Only
Memory)や外部メモリ(ハードディスクやフロッ
ピーディスクあるいは光ディスク)あるいは写真フィル
ムなどのメモリから読み出された参照画像は、コヒーレ
ント光によって同時にフーリエ変換されて(ジョイント
フーリエ変換5)、ジョイントフーリエ変換像を形成す
る。ここで、ジョイントフーリエ変換像とは、被相関画
像のフーリエ変換と参照画像のフーリエ変換像が光軸上
で重ね合わされて互いに干渉しあい形成された干渉縞分
布のことであり、一種のフーリエ変換ホログラムであ
る。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of an optical pattern recognition method and an optical pattern recognition apparatus according to the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a process diagram showing an embodiment in which the optical pattern recognition method of the present invention is configured based on a joint transform correlator. In FIG. 1, a correlated image 3 captured from an imaging device 1 such as a CCD camera or a vidicon.
And the RAM (Random Access) in the computer
ss Memory) or ROM (Read Only)
Reference image read out from a memory such as a Memory, an external memory (a hard disk, a floppy disk, or an optical disk) or a memory such as a photographic film is simultaneously Fourier-transformed by coherent light (joint Fourier transform 5) to form a joint Fourier transformed image. . Here, the joint Fourier transform image is an interference fringe distribution formed by overlapping the Fourier transform image of the correlated image and the Fourier transform image of the reference image on the optical axis and interfering with each other, and is a kind of Fourier transform hologram. It is.

【0036】このようにして得られたジョイントフーリ
エ変換像は、例えば作用で説明したように光書込型強誘
電性液晶空間光変調器を用いて、その低周波数成分6と
高周波数成分11とを各々独立に強度分布画像7、12
に変換する。ジョイントフーリエ変換5の低周波数成分
6の強度分布画像7とジョイントフーリエ変換像5の高
周波数成分11の強度分布画像12とは各々独立に再び
フーリエ変換され(8、13)て相関画像となり、これ
ら相関画像の相関出力がCCDカメラやビジコンやフォ
トダイオードによって検出される(9、14)。これら
検出された相関出力から計測された相関ピーク強度を用
いてコンピュータあるいは電子ロジックにより相関係数
が計算される(10、15)。この相関係数を求める一
連の工程6ないし15は、時系列的に順次行ってもよい
し、6ないし10までの工程と11ないし15までの工
程を実質的にジョイント変換相関器を2台並行して動作
させることにより並列的に行ってもよい。このようにし
て得られたジョイントフーリエ変換5の低周波成分6に
対応する相関係数と、ジョイントフーリエ変換5の高周
波数成分11に対応する相関係数とを用いて、コンピュ
ータあるいは電子ロジックにより相関係数比が計算され
る(16)。
The joint Fourier transform image obtained in this manner is subjected to a low frequency component 6 and a high frequency component 11 by using, for example, an optical writing type ferroelectric liquid crystal spatial light modulator as described in the operation. Are independently obtained from the intensity distribution images 7 and 12
Convert to The intensity distribution image 7 of the low-frequency component 6 of the joint Fourier transform 5 and the intensity distribution image 12 of the high-frequency component 11 of the joint Fourier transform image 5 are Fourier-transformed again independently (8, 13) to become correlation images. The correlation output of the correlation image is detected by a CCD camera, a vidicon, or a photodiode (9, 14). A correlation coefficient is calculated by a computer or an electronic logic using the correlation peak intensity measured from the detected correlation output (10, 15). The series of steps 6 to 15 for obtaining the correlation coefficient may be sequentially performed in chronological order, or the steps 6 to 10 and the steps 11 to 15 may be substantially performed in parallel with two joint transform correlators. The operations may be performed in parallel by operating them in parallel. Using the correlation coefficient corresponding to the low-frequency component 6 of the joint Fourier transform 5 and the correlation coefficient corresponding to the high-frequency component 11 of the joint Fourier transform 5 obtained in this manner, the correlation is performed by computer or electronic logic. A relation number ratio is calculated (16).

【0037】一方、メモリ17には、上記工程において
ジョイントフーリエ変換を求めるときに同一の2つの参
照画像を用いて求め、その低周波数成分から得られた相
関係数と高周波数成分から得られた相関係数との比が、
その参照画像に対応させて記憶されている。このメモリ
17から読み出された相関係数比18と上記16の工程
で得られた相関係数比とを照合、比較し(19)、これ
ら数値の差または比が所定の値内か否かにより、被相関
画像3と参照画像4とが同一であるか否かを判別する
(20)。この判別基準となる数値範囲は、検出相関出
力のSN比、参照画像の種類(文字とか風景などといっ
た画像の違い)、参照画像の数、判別確率などから総合
的に決められる。
On the other hand, the memory 17 obtains the joint Fourier transform in the above-described process using the same two reference images, and obtains the correlation coefficient obtained from the low-frequency component and the correlation coefficient obtained from the high-frequency component. The ratio with the correlation coefficient is
It is stored in association with the reference image. The correlation coefficient ratio 18 read from the memory 17 is compared with the correlation coefficient ratio obtained in the above step 16 and compared (19) to determine whether the difference or ratio of these numerical values is within a predetermined value. Thus, it is determined whether the correlated image 3 and the reference image 4 are the same (20). The numerical range serving as the determination criterion is comprehensively determined from the SN ratio of the detected correlation output, the type of the reference image (the difference between images such as characters and landscapes), the number of reference images, the determination probability, and the like.

【0038】図1に示した本発明の光学的パターン認識
方法をより具体的に示したのが図3である。図3は、本
発明の光学的パターン認識装置の1実施例の構成を示し
た構成図であり、28は書込用レーザ、29は第1のビ
ームエキスパンダ、30は第1のCCDカメラ、31お
よび44はA/D変換器、32はコンピュータ、33は
D/A変換器、34は液晶テレビ駆動回路、35は液晶
テレビ、36は第1のフーリエ変換レンズ、37は光書
込型強誘電性液晶空間光変調器、38は読出用レーザ、
39は第2のビームエキスパンダ、40は偏光ビームス
プリッタ、41は第2のフーリエ変換レンズ、42は第
2のCCDカメラ、そして43はビデオモニタである。
FIG. 3 shows the optical pattern recognition method of the present invention shown in FIG. 1 more specifically. FIG. 3 is a configuration diagram showing the configuration of an embodiment of the optical pattern recognition device of the present invention, wherein 28 is a writing laser, 29 is a first beam expander, 30 is a first CCD camera, 31 and 44 are A / D converters, 32 is a computer, 33 is a D / A converter, 34 is a liquid crystal television driving circuit, 35 is a liquid crystal television, 36 is a first Fourier transform lens, and 37 is an optical writing type strong. A dielectric liquid crystal spatial light modulator, 38 is a reading laser,
39 is a second beam expander, 40 is a polarization beam splitter, 41 is a second Fourier transform lens, 42 is a second CCD camera, and 43 is a video monitor.

【0039】図3において、第1のCCdカメラ30か
ら入力された目的の画像を含む被相関画像は、A/D変
換器31によってデジタル信号に変換された後、コンピ
ュータ32に取り込まれる。コンピュータ32では、そ
の中のメモリにあらかじめ記憶されている参照画像と前
記取り込まれた被相関画像とを隣接させて合成し、これ
を再びD/A変換器33によってアナログ信号に変換
し、液晶テレビ駆動回路34を介して液晶テレビ35に
表示する。
In FIG. 3, a correlated image including a target image input from a first CCd camera 30 is converted into a digital signal by an A / D converter 31 and then taken into a computer 32. In the computer 32, the reference image previously stored in the memory therein and the fetched image to be correlated are synthesized adjacent to each other, and this is again converted into an analog signal by the D / A converter 33, and The image is displayed on the liquid crystal television 35 via the drive circuit 34.

【0040】このようにして液晶テレビ35に表示され
た画像の一例を図11に示してある。図11には、被相
関画像および参照画像としてアルファベット文字Bを隣
接させて液晶テレビに表示させた例である。図11に示
されるように、一般に被相関画像は参照画像に対して回
転したり、大きさが異なったりして入力される。この例
では、参照画像は被相関画像に対して10度回転し、約
36%小さくなっている。また、図1において液晶テレ
ビ35の代わりに2枚の液晶テレビを隣接させて配置さ
せ、一方の液晶テレビには第1のCCDカメラ30から
の被相関画像を、他方の液晶テレビにはコンピュータ3
2からの参照画像を直接表示させてもよいことはいうま
でもない。
FIG. 11 shows an example of an image displayed on the liquid crystal television 35 in this manner. FIG. 11 shows an example in which alphabetic characters B are displayed adjacently on a liquid crystal television as a correlated image and a reference image. As shown in FIG. 11, generally, a correlated image is input after being rotated or different in size from a reference image. In this example, the reference image is rotated by 10 degrees with respect to the correlated image, and is reduced by about 36%. Also, in FIG. 1, two liquid crystal televisions are arranged adjacent to each other instead of the liquid crystal television 35, and the correlated image from the first CCD camera 30 is placed on one of the liquid crystal televisions, and the computer 3 is placed on the other liquid crystal television.
Needless to say, the reference image from No. 2 may be directly displayed.

【0041】図1において、書込用レーザ28から出社
されたコヒーレント光は、第1のビームエキスパンダ2
9によって適切な大きさのビーム径に変換された後、液
晶テレビ35に表示された被相関画像と参照画像とを同
時に読みだしてコヒーレント画像に変換する。本実施例
では、書込用レーザ28として直接変調が容易な波長6
90nmの半導体レーザを用いた、コヒーレント画像に
変換された被相関画像と参照画像とは、第1のフーリア
変換レンズ36で同時にフーリエ変換サレ、ジョイント
フーリエ変換として光書込型強誘電性液晶空間光変調器
37の書込面を照射する。このとき光書込型強誘電性液
晶空間光変調器37には、図7に示されるような駆動パ
ルス電圧が印加されている。この駆動パルス電圧として
は、第1の正電圧としてパルス高さ10V、パルス幅2
msecのもの、負電圧としてパルス高さ10V、パル
ス幅1msecのもの、第2の正電圧としてパルス高さ
7V、パルス幅0.8msecのもの、周期として33
msecのものを用いた。
In FIG. 1, the coherent light emitted from the writing laser 28 enters the first beam expander 2.
After the beam diameter is converted to an appropriate size by 9, the correlated image and the reference image displayed on the liquid crystal television 35 are simultaneously read and converted to a coherent image. In this embodiment, the writing laser 28 has a wavelength of 6 which can be easily directly modulated.
The correlated image and the reference image converted into a coherent image using a semiconductor laser of 90 nm are simultaneously subjected to Fourier transform sale and joint Fourier transform by a first Fourier transform lens 36 as an optical writing type ferroelectric liquid crystal spatial light. The writing surface of the modulator 37 is irradiated. At this time, a driving pulse voltage as shown in FIG. 7 is applied to the optical writing type ferroelectric liquid crystal spatial light modulator 37. As the driving pulse voltage, the first positive voltage has a pulse height of 10 V and a pulse width of 2
msec, negative voltage having a pulse height of 10 V and pulse width of 1 msec, second positive voltage having a pulse height of 7 V and a pulse width of 0.8 msec, and a period of 33
msec.

【0042】一方、読出用レーザ38から出射したコヒ
ーレント光は、第2のビームエキスパンダ39によって
適切なビーム径に拡大された後、偏光ビームスプリッタ
40によって反射され光書込型強誘電性液晶空間光変調
器37に書き込まれた前記ジョイントフーリエ変換像を
読み出す。読出用レーザ38としては、書込用レーザと
同じ波長690nmの半導体レーザを用いた。読み出さ
れたジョイントフーリエ変換像は、再び偏光ビームスプ
リッタ40を透過して強度分布画像に変換された後、第
2のフーリエ変換レンズ41で再びフーリエ変換されて
相関画像となり第2のCCDカメラ42により撮像され
て電気信号に変換される。電気信号に変換された相関画
像はビデオモニタ43で直接観察したり、A/D変換器
44でデジタル信号に変換されてコンピュータ32に取
り込まれる。コンピュータ32に取り込まれた相関画像
は、それに含まれる相関ピークの最大値が検出され相関
係数としてコンピュータ32内のメモリに記憶される。
On the other hand, the coherent light emitted from the reading laser 38 is expanded to an appropriate beam diameter by the second beam expander 39 and then reflected by the polarization beam splitter 40 to be written in the optical writing type ferroelectric liquid crystal space. The joint Fourier transform image written in the optical modulator 37 is read. As the reading laser 38, a semiconductor laser having the same wavelength of 690 nm as the writing laser was used. The read joint Fourier transform image passes through the polarizing beam splitter 40 again and is converted into an intensity distribution image, and is then Fourier transformed again by the second Fourier transform lens 41 to become a correlation image and becomes a second CCD camera 42 Is imaged and converted into an electric signal. The correlation image converted into an electric signal is directly observed on a video monitor 43 or converted into a digital signal by an A / D converter 44 and taken into the computer 32. The maximum value of the correlation peak included in the correlation image captured by the computer 32 is detected and stored in a memory in the computer 32 as a correlation coefficient.

【0043】書込光は、図7に示す光書込型空間光変調
器37の駆動パルス電圧において、第1の正電圧と負電
圧と第2の正電圧とが印加されている期間に照射し、読
出光はゼロ電圧の期間に照射した。このようにすること
により、ジョイントフーリエ変換像の書込時に読出光が
影響を与えないようにすることができる。もちろん、読
出光がジョイントフーリエ変換像の書込時に影響を与え
ない程度に弱い場合は、書込光、読出光ともにこのよう
な変調をかける必要はない。半導体レーザのように直接
変調をかけるのが困難なレーザ光源を用いる場合は、書
込用レーザ28と光書込型強誘電性液晶空間光変調器3
7との間、および読出用レーザ38と光書込型強誘電性
液晶空間光変調器37との間に液晶シャッタのような外
部変調器を設定して、書込光と読出光を各々変調しても
よいことは言うまでもない。
The writing light is irradiated during a period in which the first positive voltage, the negative voltage, and the second positive voltage are applied in the driving pulse voltage of the optical writing type spatial light modulator 37 shown in FIG. The reading light was applied during the period of zero voltage. By doing so, it is possible to prevent the reading light from affecting the writing of the joint Fourier transform image. Of course, when the reading light is weak enough not to affect the writing of the joint Fourier transform image, it is not necessary to apply such modulation to both the writing light and the reading light. When a laser light source such as a semiconductor laser, which is difficult to directly modulate, is used, the writing laser 28 and the optical writing type ferroelectric liquid crystal spatial light modulator 3 are used.
7, an external modulator such as a liquid crystal shutter is set between the reading laser 38 and the optical writing type ferroelectric liquid crystal spatial light modulator 37 to modulate the writing light and the reading light, respectively. Needless to say, this may be done.

【0044】また、液晶テレビ35と光書込型強誘電性
液晶空間光変調器37とは各々第1のフーリエ変換レン
ズ36の前焦点面と後焦点面の位置に、光書込型強誘電
性液晶空間光変調器37と第2のCCDカメラ42とは
各々第2のフーリエ変換レンズ41の前焦点面と後焦点
面の位置に配置されていることは言うまでもない。
The liquid crystal television 35 and the optical writing type ferroelectric liquid crystal spatial light modulator 37 are positioned at the front focal plane and the rear focal plane of the first Fourier transform lens 36, respectively. It is needless to say that the liquid crystal spatial light modulator 37 and the second CCD camera 42 are arranged at the front focal plane and the rear focal plane of the second Fourier transform lens 41, respectively.

【0045】図1に示すジョイント変換相関器におい
て、まず低周波数成分に対応する相関係数を求めるため
に、書込光強度が光書込型強誘電性液晶空間光変調器3
7の直前で平均約290μW/cm2 となるように書込
用レーザ28の出力を調節した。また、読出光の強度は
270μW/cm2 とした。このようにして光書込型強
誘電性液晶空間光変調器37に書き込まれたジョイント
フーリエ変換像の低周波数成分の1例を図12(a)に
示す。図12(a)は、互いに同一の向きと大きさを持
ったアルファベット文字Bを2つ隣接させて得られたジ
ョイントフーリエ変換像の低周波数成分の1例である。
ジョイントフーリエ変換像には搬送波に相当する干渉縞
が重畳されているが、図12ではこれが省略されてい
る。このようにして得られたジョイントフーリエ変換像
をフーリエ変換して求められた相関係数はコンピュータ
32のメモリに記憶される。
In the joint conversion correlator shown in FIG. 1, first, in order to obtain a correlation coefficient corresponding to a low frequency component, the writing light intensity is changed to the optical writing type ferroelectric liquid crystal spatial light modulator 3.
Immediately before Step 7, the output of the writing laser 28 was adjusted so that the average was about 290 μW / cm 2 . The read light intensity was set to 270 μW / cm 2 . FIG. 12A shows an example of the low-frequency component of the joint Fourier transform image written in the optical writing type ferroelectric liquid crystal spatial light modulator 37 in this manner. FIG. 12A shows an example of a low-frequency component of a joint Fourier transform image obtained by adjoining two alphabetic characters B having the same orientation and size.
Although an interference fringe corresponding to a carrier wave is superimposed on the joint Fourier transform image, it is omitted in FIG. The correlation coefficient obtained by Fourier-transforming the joint Fourier-transformed image thus obtained is stored in the memory of the computer 32.

【0046】次に、高周波数成分に対応する相関係数を
求めるために、書込光強度が光書込型強誘電性液晶空間
光変調器37の直前で平均約2.2mW/cm2 となる
ように書込用レーザ28の出力を調節した。このように
して光書込型強誘電性液晶空間光変調器37に書き込ま
れたジョイントフーリエ変換像の1例を図12(b)に
示す。これも図12(a)同様に、互いに同一の向きと
大きさを持ったアルファベット文字Bを2つ隣接させて
得られたジョイントフーリエ変換像の高周波数成分の1
例である。このようにして得られたジョイントフーリエ
変換像をフーリエ変換して求められた相関係数はコンピ
ュータ32のメモリに記憶される。
Next, in order to obtain the correlation coefficient corresponding to the high frequency component, the writing light intensity is about 2.2 mW / cm 2 on average just before the optical writing type ferroelectric liquid crystal spatial light modulator 37. The output of the writing laser 28 was adjusted as described above. FIG. 12B shows an example of the joint Fourier transform image written in the optical writing type ferroelectric liquid crystal spatial light modulator 37 in this manner. Similarly to FIG. 12A, one of the high-frequency components of the joint Fourier transform image obtained by adjoining two alphabetic characters B having the same orientation and size to each other.
It is an example. The correlation coefficient obtained by Fourier-transforming the joint Fourier-transformed image thus obtained is stored in the memory of the computer 32.

【0047】このようにしてコンピュータ32のメモリ
に記憶された被相関画像と参照画像の低周波数成分に対
応する相関係数と高周波数成分に対応する相関係数と
は、コンピュータ32内で読み出され、これらの数値の
比である相関係数比が計算される。互いに同一の向きと
大きさを持ったアルファベット文字Bを2つ隣接させて
得られた相関係数比は、約1.55であった。B以外の
大文字のアルファベット文字について、高周波数成分に
対応する相関係数の値に対して、低周波数成分に対応す
る相関係数の値をグラフにプロットすると、次のような
文字の組に対するプロットが、ほぼ同一の傾きを持った
直線上にのることが分かった。すなわち、(F、A、
R)、(V、K、H、N、D)、(P、Y、I)、
(T、L、J)、(X、S、E、B)、(O、C、Q、
U、G)、(M、Z、W)である。これらの文字は、比
較的よく似た成分要素から構成されている(よく似た文
字である)ことがわかる。
The correlation coefficient corresponding to the low frequency component and the correlation coefficient corresponding to the high frequency component of the correlated image and the reference image stored in the memory of the computer 32 are read out in the computer 32. Then, a correlation coefficient ratio, which is a ratio of these numerical values, is calculated. The correlation coefficient ratio obtained when two alphabetic characters B having the same orientation and size were adjacent to each other was about 1.55. When the value of the correlation coefficient corresponding to the low frequency component is plotted on the graph against the value of the correlation coefficient corresponding to the high frequency component for the uppercase alphabetic characters other than B, the plot for the following character set is plotted. However, it turned out to be on a straight line having almost the same inclination. That is, (F, A,
R), (V, K, H, N, D), (P, Y, I),
(T, L, J), (X, S, E, B), (O, C, Q,
U, G) and (M, Z, W). It can be seen that these characters are composed of relatively similar component elements (similar characters).

【0048】このことは、本発明の光学的パターン認識
方法あるいは光学的パターン認識装置が、比較的よく被
相関画像と参照画像の低周波数成分と高周波数成分を分
離して処理できていることを示していると考えられる。
ちなみに、これら文字の組が乗っている直線の傾きは、
約0.8であった。なお、この直線の傾きは、光書込型
強誘電性液晶空間光変調器37の駆動パルス電圧や書込
光強度の条件により多少変化することを注意しなければ
ならない。
This means that the optical pattern recognition method or optical pattern recognition apparatus of the present invention can relatively well separate and process low frequency components and high frequency components of a correlated image and a reference image. It is considered to indicate.
By the way, the inclination of the straight line on which these character sets are riding is
It was about 0.8. It should be noted that the inclination of the straight line slightly changes depending on the conditions of the driving pulse voltage of the optical writing type ferroelectric liquid crystal spatial light modulator 37 and the writing light intensity.

【0049】次に、本発明の光学的パターン認識方法お
よび光学的パターン認識装置が、被相関画像の回転や大
きさの変化に強い方法およびシステムであることを示
す。これを説明するために、図3に示すジョイント変換
相関器をベースとした本発明の光学的パターン認識装置
を用いて行った実施例の1例を図面を参照しながら説明
する。本実施例においても被相関画像と参照画像に大文
字のアルファベット文字を用いた。
Next, it will be described that the optical pattern recognition method and the optical pattern recognition apparatus of the present invention are a method and a system which are resistant to rotation and a change in size of a correlated image. To explain this, an example of an embodiment performed using the optical pattern recognition device of the present invention based on the joint transform correlator shown in FIG. 3 will be described with reference to the drawings. Also in the present embodiment, uppercase alphabetic characters are used for the correlated image and the reference image.

【0050】図13は、被相関画像が大きさは変化せず
回転した場合に、低周波数成分からの相関係数75、高
周波数成分からの相関係数76、および相関係数比74
がどのように変化するかを示したグラフである。図13
には、被相関画像および参照画像として大文字のアルフ
ァベットBが用いられている。
FIG. 13 shows the correlation coefficient 75 from the low frequency component, the correlation coefficient 76 from the high frequency component, and the correlation coefficient ratio 74 when the correlated image is rotated without changing its size.
6 is a graph showing how the value changes. FIG.
Uses a capital letter B as a correlated image and a reference image.

【0051】なお、図13の低周波数成分からの相関係
数75、高周波数成分からの相関係数76の値は、被相
関画像が回転していないときの値を基準として規格化さ
れている。このグラフからも明かなように、被相関画像
が回転すると、低周波数成分に対応する相関係数75と
高周波数成分に対応する相関係数76は急激に減少し、
約12度被相関画像が回転するとこれらの値は約半分に
なる。これに対して、相関係数比74は、被相関画像が
約20度回転してもその値は約10%上昇するだけであ
る。すなわち、この相関係数比74を用いることによ
り、極めて被相関画像の回転に強いパターン認識が可能
であることがわかる。
The values of the correlation coefficient 75 from the low-frequency component and the correlation coefficient 76 from the high-frequency component in FIG. 13 are standardized based on the value when the correlated image is not rotated. . As is clear from this graph, when the correlated image rotates, the correlation coefficient 75 corresponding to the low-frequency component and the correlation coefficient 76 corresponding to the high-frequency component decrease sharply,
When the correlated image is rotated by about 12 degrees, these values become about half. On the other hand, the value of the correlation coefficient ratio 74 increases only by about 10% even when the correlated image is rotated by about 20 degrees. In other words, it can be seen that the use of the correlation coefficient ratio 74 enables pattern recognition extremely resistant to rotation of the correlated image.

【0052】この相関係数比74は画像に固有の値を持
っており、これを用いてパターン認識が可能となる。例
え、互いに極めて近い自己相関に対する相関係数比を持
っている2つの画像があっても、一度参照画像を特定す
れば容易にこれらを判別することができる。なぜなら
ば、これらの画像の相互相関に対する相関係数比は、前
記自己相関に対する相関係数比と全く異なった値をとる
からである。自己相関に対する相関係数比と相互相関に
対する相関係数比が全く同じである2つの画像は同一画
像である。
The correlation coefficient ratio 74 has a value peculiar to the image, and the pattern can be recognized using the value. For example, even if there are two images having a correlation coefficient ratio with respect to the autocorrelation which are extremely close to each other, once the reference image is specified, these can be easily determined. This is because the correlation coefficient ratio for the cross-correlation of these images takes a completely different value from the correlation coefficient ratio for the autocorrelation. Two images having exactly the same correlation coefficient ratio for autocorrelation and correlation coefficient ratio for cross-correlation are the same image.

【0053】次に、被相関画像の大きさが参照画像の大
きさに比べて異なっている場合について説明する。図1
4は、図3に示したジョイント変換相関器をベースにし
た本発明の光学的パターン認識装置によって、被相関画
像の大きさが変化したときにその低周波数成分に対応す
る相関係数75、高周波数成分に対応する相関係数7
6、および相関係数比74の変化を示したグラフであ
る。図14は、図13同様に、被相関画像および参照画
像として大文字のアルファベットBが用いられている。
さらに、低周波数成分からの相関係数75、高周波数成
分からの相関係数76の値は、被相関画像の大きさが変
化していないときの値を基準として規格化されている。
Next, a case where the size of the correlated image is different from the size of the reference image will be described. FIG.
Reference numeral 4 denotes a correlation coefficient 75 corresponding to a low-frequency component when the size of a correlated image changes by the optical pattern recognition device of the present invention based on the joint transform correlator shown in FIG. Correlation coefficient 7 corresponding to frequency component
6 is a graph showing changes in the correlation coefficient ratio 74. In FIG. 14, as in FIG. 13, a capital letter B is used as the correlated image and the reference image.
Further, the values of the correlation coefficient 75 from the low-frequency component and the correlation coefficient 76 from the high-frequency component are standardized on the basis of the value when the size of the correlated image does not change.

【0054】また、画像の大きさが変化した目安の量と
して、グラフの横軸にはスケール変化率の絶対値がとっ
てある。すなわち、スケール変化率=(大きさの変化し
た画像の面積−大きさが変化していない画像の面積)×
100/(大きさが変化していない画像の面積)であ
る。
As the amount of change in the size of the image, the absolute value of the scale change rate is plotted on the horizontal axis of the graph. That is, scale change rate = (area of image whose size has changed−area of image whose size has not changed) ×
100 / (area of the image whose size has not changed).

【0055】図14から明らかなように、本実施例では
被相関画像の大きさが変化すると相関係数比74も変化
し、スケールが約10%変化すると相関係数比74も約
10%変化することがわかる。これは、スケールが約5
〜7%変化すると低周波数成分に対応する相関係数75
および高周波数成分に対応する相関係数76が約10%
変化することから、従来の光学的パターン認識装置また
は光学的パターン認識方法よりは、パターン認識能力が
向上していることがわかるが、それほど大きな特性改善
というものではない。これは、被相関画像と参照画像と
のジョイントフーリエ変換のビジビリティーが、被相関
画像の大きさ変化により急激に悪くなる上に、そのジョ
イントフーリエ変換像を光書込型強誘電性液晶空間光変
調器によって二値化するために、ジョイントフーリエ変
換像が光書込型強誘電性液晶空間光変調器に充分書き込
めなくなるからである。
As is apparent from FIG. 14, in this embodiment, when the size of the correlated image changes, the correlation coefficient ratio 74 also changes, and when the scale changes by about 10%, the correlation coefficient ratio 74 also changes by about 10%. You can see that This means that the scale is about 5
When it changes by 77%, the correlation coefficient 75 corresponding to the low frequency component
And the correlation coefficient 76 corresponding to the high frequency component is about 10%
It can be seen from the change that the pattern recognition ability is improved as compared with the conventional optical pattern recognition device or optical pattern recognition method, but it is not so much improvement in characteristics. This is because the visibility of the joint Fourier transform between the correlated image and the reference image suddenly deteriorates due to the change in the size of the correlated image, and the joint Fourier transform image is converted to a light-writing type ferroelectric liquid crystal spatial light modulation. This is because the joint Fourier transform image cannot be sufficiently written in the optical writing type ferroelectric liquid crystal spatial light modulator due to the binarization by the light modulator.

【0056】このジョイントフーリエ変換像のビジビリ
ティーの低下は、被相関画像の大きさが変化することに
よって、被相関画像のフーリエ変換像と参照画像のフー
リエ変換像との光パワー密度のバランスが悪くなること
によって生じる。実際、充分高い周波数の正パルス電圧
と負パルス電圧を、交互に前記光書込型強誘電性液晶空
間光変調器に印加することで、連続階調を持った画像を
当該光書込型強誘電性液晶空間光変調器に表示すること
ができることが知られているが、この駆動方式を用い
て、大きさ変化のある被相関画像と参照画像とのジョイ
ントフーリエ変換像を光書込型強誘電性液晶空間光変調
器に表示させて図14と同様のグラフを求めたところ、
被相関画像が20〜24%大きさを変えても相関係数比
は約10%しか変化しないことがわかった。すなわち本
質的に本発明の光学的パターン認識方法または光学的パ
ターン認識装置は、被相関画像または参照画像が回転し
たり大きさが変化しても正確にパターン認識を行うこと
ができるのである。
The decrease in the visibility of the joint Fourier transform image is caused by a change in the size of the correlated image, resulting in a poor balance of the optical power density between the Fourier transform image of the correlated image and the Fourier transform image of the reference image. It is caused by things. In fact, by applying a positive pulse voltage and a negative pulse voltage of sufficiently high frequency alternately to the optical writing type ferroelectric liquid crystal spatial light modulator, an image having continuous gradation can be obtained. It is known that it is possible to display an image on a dielectric liquid crystal spatial light modulator. By using this driving method, a joint Fourier transform image of a correlated image having a change in size and a reference image can be displayed on an optical writing type. When a graph similar to that of FIG. 14 was obtained by displaying on the dielectric liquid crystal spatial light modulator,
It has been found that the correlation coefficient ratio changes only about 10% even if the size of the correlated image changes by 20 to 24%. That is, essentially, the optical pattern recognition method or optical pattern recognition device of the present invention can accurately perform pattern recognition even if the correlated image or the reference image rotates or changes in size.

【0057】しかしながら、ジョイントフーリエ変換像
を二値化するほうが、高いSN比の相関出力が得られる
し、光書込型強誘電性液晶空間光変調器の駆動方法とし
ても無理が生じない。そこで、被相関画像の大きさが変
化しても、図3の35に示す液晶テレビに表示される被
相関画像と参照画像とを透過する光強度が一定になるよ
うな、階調を持った被相関画像と参照画像とをこの液晶
テレビ35に表示して図14と同様のグラフを作成し
た。このような参照画像と被相関画像の表示は、液晶テ
レビ35の画像が表示されている部分の明るさを、画像
の大きさに反比例させて変化させることで可能となる。
However, by binarizing the joint Fourier transform image, a correlation output with a high SN ratio can be obtained, and the driving method of the optically-written ferroelectric liquid crystal spatial light modulator does not cause a problem. Therefore, even if the size of the correlated image changes, the gradation is set so that the light intensity transmitted through the correlated image and the reference image displayed on the liquid crystal television shown in FIG. The correlated image and the reference image were displayed on the liquid crystal television 35, and a graph similar to that of FIG. 14 was created. Such display of the reference image and the correlated image can be achieved by changing the brightness of the portion of the liquid crystal television 35 where the image is displayed in inverse proportion to the size of the image.

【0058】本実施例では、あらかじめ被相関画像と参
照画像の大きさが分かっていたので、コンピュータ32
からの出力を直接変化させて行った。実用的には、液晶
テレビ35のような被相関画像と参照画像を光学系に入
力する手段の直後に、ビームスプリッタのような光を部
分的に分岐する手段を設け、その分岐された光のうち被
相関画像および参照画像に対応する光を各々独立に集光
・計測することにより各々の画像の大きさを測定して、
液晶テレビ35に表示される被相関画像と参照画像との
明るさを決めるのが実際的である。このとき、表示する
画像の背景(画像以外のところ)はできる限り、光が透
過しないようにして、ジョイントフーリエ変換像のビジ
ビリティーを落とさないようにすることが重要である。
このように、被相関画像と参照画像との入力強度を同じ
にして、ジョイントフーリエ変換像のビジビリティーの
低下を押さえることを入力画像の規格化と呼ぶことにす
る。
In this embodiment, since the sizes of the correlated image and the reference image are known in advance, the computer 32
The output was directly changed. Practically, immediately after the means for inputting the correlated image and the reference image such as the liquid crystal television 35 to the optical system, means for partially splitting light such as a beam splitter is provided, and the light of the split light is provided. Of these, the size of each image is measured by independently collecting and measuring the light corresponding to the correlated image and the reference image,
It is practical to determine the brightness between the correlated image displayed on the liquid crystal television 35 and the reference image. At this time, it is important that the background of the image to be displayed (other than the image) does not transmit light as much as possible so that the visibility of the joint Fourier transform image is not reduced.
In this way, keeping the input intensity of the correlated image and the reference image the same and suppressing a decrease in the visibility of the joint Fourier transform image is referred to as input image normalization.

【0059】図15に、上記説明した入力画像の規格化
を施して図3に示す光学的パターン認識装置を動作させ
たときの、被相関画像のスケール変化率に対する、低周
波数成分に対応する相関係数75と高周波数成分に対応
する相関係数76および相関係数比74の関係をグラフ
で示してある。図15から明らかなように、低周波数成
分に対応する相関係数75と高周波数成分に対応する相
関係数76は、スケール変化率が約12%になると約半
分の値に低下するのに対して、相関係数比74はスケー
ル変化率が約22%になって初めて10%の値の変化を
示す。
FIG. 15 shows the phase corresponding to the low-frequency component with respect to the scale change rate of the correlated image when the above-described input image is normalized and the optical pattern recognition device shown in FIG. 3 is operated. The relation between the relation number 75 and the correlation coefficient 76 and the correlation coefficient ratio 74 corresponding to the high frequency component is shown in a graph. As is clear from FIG. 15, the correlation coefficient 75 corresponding to the low frequency component and the correlation coefficient 76 corresponding to the high frequency component decrease to about half when the scale change rate becomes about 12%. The correlation coefficient ratio 74 shows a change of 10% only when the scale change rate becomes about 22%.

【0060】これは、ジョイントフーリエ変換像を連続
階調画像として光書込型強誘電性液晶空間光変調器に書
き込んだ場合よりも多少性能的には劣るが、従来のジョ
イント変換相関器よりは極めて被相関画像または参照画
像の大きさの変化に対して、本発明の光学的パターン認
識装置が極めて良好なパターン認識能力を有しているこ
とがわかる。つまり、被相関画像または参照画像とを規
格化して入力することにより、二値化ジョイント変換相
関器をベースとした本発明の光学的パターン認識装置ま
たは光学的パターン認識方法は、被相関画像または参照
画像の大きさ変化が生じたとしても、優れたパターン認
識能力を示すようになるのである。
This is slightly inferior in performance to the case where the joint Fourier transform image is written as a continuous tone image in the optical writing type ferroelectric liquid crystal spatial light modulator, but is more inferior to the conventional joint transform correlator. It can be seen that the optical pattern recognition device of the present invention has a very good pattern recognition capability with respect to a change in the size of a very correlated image or a reference image. That is, by standardizing and inputting the correlated image or the reference image, the optical pattern recognition device or the optical pattern recognition method of the present invention based on the binarized joint transform correlator can perform Even if the size of the image changes, it exhibits excellent pattern recognition ability.

【0061】以上に、ジョイント変換相関器をベースに
した光学系を用いて本発明の光学的パターン認識方法お
よび光学的パターン認識装置の説明をしてきた。以下
に、マッチドフィルタ型光相関器をベースにした光学系
を用いて、本発明の光学的パターン認識方法および光学
的パターン認識装置の1実施例の説明を行う。図2は、
マッチドフィルタ型光相関器をベースにした本発明の光
学的パターン認識方法の1実施例を示した工程図であ
る。
The optical pattern recognition method and optical pattern recognition apparatus of the present invention have been described above using an optical system based on a joint transform correlator. Hereinafter, an embodiment of an optical pattern recognition method and an optical pattern recognition device of the present invention will be described using an optical system based on a matched filter type optical correlator. FIG.
FIG. 3 is a process diagram showing one embodiment of the optical pattern recognition method of the present invention based on a matched filter type optical correlator.

【0062】なお、図2では、図1と同じ作用をする部
分には同じ符号を付けた。図2において、メモリ2から
読み出された参照画像4は、レーザ光などのコヒーレン
ト光によってコヒーレント画像に変換された後、光学的
にフーリエ変換される(22)。この光学的フーリエ変
換された参照画像は、コヒーレントな搬送波(通常はコ
ヒーレントな平面波)と重ね合わされてフーリエ変換ホ
ログラムとして写真フィルムや光書込型空間光変調器に
記録される。このとき、記録されるフーリエ変換ホログ
ラムは、その高周波数成分または低周波数成分のみから
形成されている(24、25)。このフーリエ変換ホロ
グラムの低周波数成分または高周波数成分のみの記録
は、例えば作用で説明したような光書込型強誘電性液晶
空間光変調器の閾値特性を用いればできる。
In FIG. 2, parts having the same functions as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals. In FIG. 2, the reference image 4 read from the memory 2 is converted into a coherent image by coherent light such as laser light, and is optically Fourier-transformed (22). The optically Fourier transformed reference image is superimposed on a coherent carrier wave (usually a coherent plane wave) and recorded as a Fourier transform hologram on a photographic film or an optical writing type spatial light modulator. At this time, the recorded Fourier transform hologram is formed only from the high frequency component or the low frequency component (24, 25). The recording of only the low-frequency component or the high-frequency component of the Fourier transform hologram can be performed, for example, by using the threshold characteristics of the optical writing type ferroelectric liquid crystal spatial light modulator as described in the operation.

【0063】一方、CCDカメラなどの撮像装置(コン
ピュータ内のメモリでもよい)1から読み込まれた被相
関画像3は、レーザなどのコヒーレント光によってコヒ
ーレント画像に変換された後、光学的にフーリエ変換さ
れる(21)。この被相関画像のフーリエ変換は、前記
参照画像のフーリエ変換ホログラムの低周波数成分およ
び参照画像のフーリエ変換ホログラムの高周波数成分に
よって各々独立に周波数フィルタリングされる(26、
27)。低周波数成分のホログラムと高周波数成分のホ
ログラムで周波数フィルタリングされた被相関画像のフ
ーリエ変換像は、再び各々独立にフーリエ変換されて相
関函数に変換され、その相関出力が検出される(9、1
4)。その後のパターン認識方法は、図1で説明したジ
ョイント変換相関器をベースにした方法と同様なのでそ
の説明を省略する。ただし、メモリ17に記憶されてい
る相関係数比は、図2における17ないし20以外の工
程で、被相関画像の代わりに参照画像を用いて得られた
相関係数比である。
On the other hand, a correlated image 3 read from an imaging device (may be a memory in a computer) 1 such as a CCD camera is converted into a coherent image by coherent light such as a laser, and then optically Fourier-transformed. (21). The Fourier transform of the correlated image is frequency-filtered independently by the low frequency component of the Fourier transform hologram of the reference image and the high frequency component of the Fourier transform hologram of the reference image (26,
27). The Fourier-transformed images of the correlated images, which have been frequency-filtered by the low-frequency component hologram and the high-frequency component hologram, are again independently Fourier-transformed and converted into correlation functions, and their correlation outputs are detected (9, 1).
4). The subsequent pattern recognition method is the same as the method based on the joint transform correlator described with reference to FIG. However, the correlation coefficient ratio stored in the memory 17 is a correlation coefficient ratio obtained by using a reference image instead of a correlated image in steps other than 17 to 20 in FIG.

【0064】この方法がジョイント変換相関器をベース
とした方法と異なっている点は、フーリエ変換ホログラ
ムを形成するときの干渉縞のビジビリティーが、特定の
光強度の領域に対してしか高い値が取れないことと、搬
送波成分の選択が空間光変調器の解像度の範囲内で比較
的自由度が高いことである。また、被相関画像と参照画
像とを別々にフーリエ変換するために、入力時にこれら
を合成したり、液晶テレビなどの電気書込型空間光変調
器を2台併置して用いたりする必要がないことである。
The difference between this method and the method based on the joint transform correlator is that the visibility of interference fringes when forming a Fourier transform hologram has a high value only for a specific light intensity region. And that the selection of the carrier component is relatively flexible within the range of the resolution of the spatial light modulator. In addition, since the correlated image and the reference image are separately subjected to Fourier transform, it is not necessary to combine them at the time of input, or to use two electric writing type spatial light modulators such as a liquid crystal television in parallel. That is.

【0065】図4に、図2に示したマッチドフィルタ型
光相関器をベースにした本発明の光学的パターン認識装
置の1実施例を示す。図4において、44はA/D変換
器、45は第1のビームスプリッタ、46は第1の液晶
テレビ、47は第2のビームスプリッタ、48は第1の
ミラー、49は第2のミラー、50は第2の液晶テレ
ビ、51は第3のフーリエ変換レンズ、52は第1の液
晶テレビ駆動回路、53は第2の液晶テレビ駆動回路で
ある。
FIG. 4 shows an embodiment of the optical pattern recognition apparatus of the present invention based on the matched filter type optical correlator shown in FIG. In FIG. 4, 44 is an A / D converter, 45 is a first beam splitter, 46 is a first liquid crystal television, 47 is a second beam splitter, 48 is a first mirror, 49 is a second mirror, Reference numeral 50 denotes a second liquid crystal television, 51 denotes a third Fourier transform lens, 52 denotes a first liquid crystal television driving circuit, and 53 denotes a second liquid crystal television driving circuit.

【0066】なお、図4では、図3と同じ作用をする構
成要素には同一の符号を付し、その説明を省略した。図
4において、コンピュータ32のメモリに記憶されてい
た参照画像は、D/A変換器33でアナログ電気信号に
変換され、第1の液晶テレビ駆動装置52を介して第1
の液晶テレビ46に表示される。
In FIG. 4, components having the same functions as in FIG. 3 are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted. In FIG. 4, the reference image stored in the memory of the computer 32 is converted into an analog electric signal by the D / A converter 33, and the first electric signal is transmitted through the first liquid crystal television driving device 52.
Is displayed on the liquid crystal television 46.

【0067】次に、書込用レーザ28から出射されたレ
ーザ光は、第1のビームエキスパンダ29で適切なビー
ム径に拡大された後、その一部が第1のビームスプリッ
タを透過した後、前記第1の液晶テレビ46に表示され
ている参照画像を照射してこれをコヒーレントな光画像
に変換する。このコヒーレントな光画像に変換された参
照画像は、第2のビームスプリッタ47を介して、第1
のフーリエ変換レンズ36で光書込型強誘電性液晶空間
光変調器37の書込面上にフーリエ変換される。
Next, the laser beam emitted from the writing laser 28 is expanded to an appropriate beam diameter by the first beam expander 29, and a part of the laser beam is transmitted through the first beam splitter. Then, the reference image displayed on the first liquid crystal television 46 is irradiated to convert it into a coherent light image. The reference image converted into the coherent light image is transmitted through the second beam splitter 47 to the first image.
The Fourier transform lens 36 performs Fourier transform on the writing surface of the optical writing type ferroelectric liquid crystal spatial light modulator 37.

【0068】一方、第1のビームスプリッタ45で一部
反射されたレーザ光は、第1のミラー48、第2のミラ
ー49、第2のビームスプリッタ47で次々と反射され
て、光書込型強誘電性液晶空間光変調器37の書込面を
平面波となって照射する。前記参照画像のフーリエ変換
像と当該平面波は、光書込型強誘電性液晶空間光変調器
37の書込面上で互いに干渉し合って干渉縞を形成し、
当該光書込型強誘電性液晶空間光変調器37に前記参照
画像のフーリエ変換ホログラムを記録する。前記平面波
は、当該フーリエ変換ホログラムを形成するときの搬送
波に相当し、その搬送波成分の大きさは、前記平面波の
光軸と前記参照画像のフーリエ変換ホログラムの光軸と
のなす角度によって、一意に決定される。
On the other hand, the laser light partially reflected by the first beam splitter 45 is successively reflected by the first mirror 48, the second mirror 49, and the second beam splitter 47, and is written in an optical writing type. The writing surface of the ferroelectric liquid crystal spatial light modulator 37 is irradiated as a plane wave. The Fourier transform image of the reference image and the plane wave interfere with each other on the writing surface of the optical writing type ferroelectric liquid crystal spatial light modulator 37 to form interference fringes,
The Fourier transform hologram of the reference image is recorded on the optically-writable ferroelectric liquid crystal spatial light modulator 37. The plane wave corresponds to a carrier wave when forming the Fourier transform hologram, and the magnitude of the carrier wave component is uniquely determined by an angle between the optical axis of the plane wave and the optical axis of the Fourier transform hologram of the reference image. It is determined.

【0069】本実施例のように、当該参照画像のフーリ
エ変換ホログラムを記録する媒体として、光書込型強誘
電性液晶空間光変調器を用いる場合は、前記平面波の光
軸と前記参照画像のフーリエ変換ホログラムの光軸との
なす角度はおよそ9度以下である。このとき、図3に示
した実施例同様に、光書込型強誘電性液晶空間光変調器
37に、図7に示すような駆動電圧波形を印加し、書込
用レーザ28の出力を適切に選択してやることによっ
て、当該光書込型強誘電性液晶空間光変調器37に記録
される参照画像のフーリエ変換ホログラムとして、その
低周波数成分を主な成分として持ったフーリエ変換ホロ
グラムと、その高周波数成分を主な成分として持ったフ
ーリエ変換ホログラムとを各々独立に得ることができ
る。
As in this embodiment, when the optical writing type ferroelectric liquid crystal spatial light modulator is used as a medium for recording the Fourier transform hologram of the reference image, the optical axis of the plane wave and the optical axis of the reference image are used. The angle between the Fourier transform hologram and the optical axis is about 9 degrees or less. At this time, similarly to the embodiment shown in FIG. 3, a drive voltage waveform as shown in FIG. 7 is applied to the optical writing type ferroelectric liquid crystal spatial light modulator 37, and the output of the writing laser 28 is appropriately adjusted. As a Fourier transform hologram of the reference image recorded in the optical writing type ferroelectric liquid crystal spatial light modulator 37, a Fourier transform hologram having the low frequency component as a main component, A Fourier transform hologram having a frequency component as a main component can be obtained independently of each other.

【0070】一方、目標の画像を含んだ被相関画像は、
第1のCCDカメラ30によって撮像された後、電気信
号に変換された後、第2の液晶テレビ駆動回路53を介
して、第2の液晶テレビ50に表示される。そして、読
出用レーザ38から出射されたレーザ光は、第2のビー
ムエキスパンダ39で適切なビーム径に変換された後、
前記第2の液晶テレビ50に表示された被相関画像を照
射し、これをコヒーレントな光画像に変換する。このコ
ヒーレントな光画像に変換された被相関画像は、第3の
フーリエ変換レンズ51によって、偏光ビームスプリッ
タ40を介して、光書込型強誘電性液晶空間光変調器3
7の読出面上にフーリエ変換される。このとき、前記参
照画像のフーリエ変換の光軸と当該被相関画像の光軸は
でき得る限り一致させることが高いSN比を持ったパタ
ーン認識を行うために必要である。
On the other hand, the correlated image including the target image is
After being imaged by the first CCD camera 30 and converted into an electric signal, it is displayed on the second liquid crystal television 50 via the second liquid crystal television driving circuit 53. Then, the laser beam emitted from the reading laser 38 is converted into an appropriate beam diameter by the second beam expander 39,
The correlated image displayed on the second liquid crystal television 50 is radiated and converted into a coherent optical image. The correlated image converted into the coherent optical image is converted by the third Fourier transform lens 51 through the polarization beam splitter 40 into the optically-written ferroelectric liquid crystal spatial light modulator 3.
7 is Fourier-transformed on the read-out surface 7. At this time, it is necessary to make the optical axis of the Fourier transform of the reference image coincide with the optical axis of the correlated image as much as possible in order to perform pattern recognition with a high SN ratio.

【0071】このようにして読み出された光画像は、前
記平面波と同じ光軸の方向に回折される。この読出画像
は前記被相関画像のフーリエ変換を、前記参照画像のフ
ーリエ変換ホログラムで周波数フィルタリングした結果
に外ならない。この周波数フィルタリングされた被相関
画像のフーリエ変換像は、偏光ビームスプリッタ40を
透過することによって、光強度画像に変換され、これは
第2のフーリエ変換レンズ41で再び第2のCCDカメ
ラ42の光電変換面上にフーリエ変換されて、前記被相
関画像と参照画像との相関函数とコンボリューション函
数になる。この相関函数は、光電変換されてA/D変換
器44でデジタル電気信号に変換された後、コンピュー
タ32のメモリに記憶される。
The optical image thus read out is diffracted in the same optical axis direction as the plane wave. This readout image does not deviate from the result of frequency filtering of the Fourier transform of the correlated image with the Fourier transform hologram of the reference image. The Fourier-transformed image of the correlated image subjected to the frequency filtering is converted into a light intensity image by transmitting through the polarization beam splitter 40, and is converted by the second Fourier transform lens 41 again into the photoelectric of the second CCD camera 42. Fourier transformation is performed on the transformation plane to become a correlation function and a convolution function between the correlated image and the reference image. The correlation function is photoelectrically converted and converted into a digital electric signal by the A / D converter 44, and then stored in the memory of the computer 32.

【0072】コンピュータ32のメモリに記憶された前
記相関信号は再びコンピュータ32内で読み出され、そ
の相関函数に含まれる相関ピークの最大値が計算され相
関係数として再びコンピュータ32のメモリ内に記憶さ
れる。このとき得られた相関係数は、前記参照画像のフ
ーリエ変換ホログラムが主に低周波数成分から構成され
ているとき低周波数成分に対応する相関係数となり、前
記参照画像のフーリエ変換ホログラムが主に高周波数成
分から構成されているとき高周波数成分に対応する相関
係数となる。そして、これら低周波数成分に対応する相
関係数と高周波数成分に対応する相関係数を、コンピュ
ータ32のメモリから読み出し、その比である相関係数
比をコンピュータ32内で計算する。
The correlation signal stored in the memory of the computer 32 is read out again in the computer 32, the maximum value of the correlation peak included in the correlation function is calculated and stored as a correlation coefficient in the memory of the computer 32 again. Is done. The correlation coefficient obtained at this time is a correlation coefficient corresponding to the low frequency component when the Fourier transform hologram of the reference image is mainly composed of low frequency components, and the Fourier transform hologram of the reference image is mainly When it is composed of high frequency components, it becomes a correlation coefficient corresponding to the high frequency components. Then, the correlation coefficient corresponding to the low-frequency component and the correlation coefficient corresponding to the high-frequency component are read from the memory of the computer 32, and the correlation coefficient ratio, which is the ratio, is calculated in the computer 32.

【0073】このようにして計算された前記被相関画像
と前記参照画像との相関係数比は、あらかじめコンピュ
ータ32のメモリに記憶されている参照画像同士から得
られた相関係数比と次々に比較・照合することによっ
て、前記被相関画像と参照画像とが一致しているか否か
を判別することができる。
The correlation coefficient ratio between the correlated image and the reference image calculated in this manner is successively equal to the correlation coefficient ratio obtained from the reference images previously stored in the memory of the computer 32. By comparing and matching, it is possible to determine whether or not the correlated image and the reference image match.

【0074】このようにして、図13ないし図15で示
したのと同様に、被相関画像が回転したり、大きさが変
化したりしたときに本発明の光学的パターン認識装置が
どのような特性を示すかを調べたところ、ほぼ同様の結
果が得られた。もちろん、図4において、被相関画像の
入力を第1の液晶テレビ46に、参照画像の入力を第2
の液晶テレビ50に行っても同様の結果が得られること
は明かである。
As described above, in the same manner as shown in FIGS. 13 to 15, when the correlated image is rotated or the size is changed, Investigations were made to see if the characteristics were exhibited, and almost the same results were obtained. Of course, in FIG. 4, the input of the correlated image is performed by the first liquid crystal television 46, and the input of the reference image is performed by the second liquid crystal television 46.
It is clear that the same result can be obtained even when the liquid crystal television 50 is used.

【0075】次に、フーリエ変換ホログラムの記録媒体
として、光書込型強誘電性液晶空間光変調器の代わり
に、CCDカメラと液晶テレビを用いて光学的パターン
認識を行った実施例について説明する。図9は、これを
示す1実施例を示す構成図であり、64は第1のレー
ザ、65は第3のCCDカメラ、66はA/D変換器、
67は第2のレーザ、68は第3の液晶テレビ、69は
D/A変換器、70は第3の液晶テレビ駆動回路であ
る。
Next, an embodiment in which an optical pattern recognition is performed using a CCD camera and a liquid crystal television as a recording medium of a Fourier transform hologram, instead of a light-writing type ferroelectric liquid crystal spatial light modulator, will be described. . FIG. 9 is a block diagram showing one embodiment showing this, 64 is a first laser, 65 is a third CCD camera, 66 is an A / D converter,
67 is a second laser, 68 is a third liquid crystal television, 69 is a D / A converter, and 70 is a third liquid crystal television drive circuit.

【0076】なお、図9では、図4と同じ作用をする構
成要素には同一の符号を付し、その説明を省略した。図
9において、まず第1のCCDカメラ30から取り込ま
れた被相関画像を含む画像(以下、簡単のため被相関画
像と記す)は、第2の液晶テレビ駆動回路53を介して
第2の液晶テレビ50に表示される。一方、第1のレー
ザ64から出射されたコヒーレント光は、第2のビーム
エキスパンダ39で適切なビーム径に直された後、第1
のビームスプリッタ45を一部透過し、前記第2の液晶
テレビ50に表示された被相関画像をコヒーレントな光
画像に変換する。このコヒーレントな光画像に変換され
た被相関画像は、第3のフーリエ変換レンズ51で第2
のビームスプリッタ47を介して第3のCCDカメラ6
5の光電変換面上にフーリエ変換される。また一方、第
1のビームスプリッタ45で一部反射された前記コヒー
レント光は、第1のミラー48、第2のミラー49、第
2のビームスプリッタ47で次々と反射された後、第3
のCCDカメラ65の光電変換面上に搬送波として照射
される。
In FIG. 9, the components having the same functions as those in FIG. 4 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted. In FIG. 9, an image including a correlated image captured from the first CCD camera 30 (hereinafter, referred to as a correlated image for simplicity) is first transmitted through a second liquid crystal television driving circuit 53 to a second liquid crystal display. It is displayed on the television 50. On the other hand, the coherent light emitted from the first laser 64 is converted into an appropriate beam diameter by the second beam expander 39,
And partially converts the correlated image displayed on the second liquid crystal television 50 into a coherent light image. The correlated image converted into the coherent optical image is converted into a second image by the third Fourier transform lens 51.
The third CCD camera 6 via the beam splitter 47
5 is Fourier-transformed on the photoelectric conversion surface 5. On the other hand, the coherent light partially reflected by the first beam splitter 45 is reflected by the first mirror 48, the second mirror 49, and the second beam splitter 47 one after another, and then becomes third light.
Is irradiated as a carrier wave on the photoelectric conversion surface of the CCD camera 65.

【0077】すなわち、図4に示した実施例と同様にし
て、これら被相関画像のフーリエ変換と搬送波は互いに
干渉し合って、第3のCCDカメラ65の光電変換面上
に被相関画像のフーリエ変換ホログラムを形成するので
ある。このとき、前記被相関画像のフーリエ変換の光軸
と搬送波の光軸のなす角度は、第3のCCDカメラ65
の画素ピッチに比べて充分大きな干渉縞を形成できる程
充分小さくなくてはならない。
That is, similarly to the embodiment shown in FIG. 4, the Fourier transform of the correlated image and the carrier interfere with each other, and the Fourier transform of the correlated image is placed on the photoelectric conversion surface of the third CCD camera 65. The conversion hologram is formed. At this time, the angle formed by the optical axis of the Fourier transform of the correlated image and the optical axis of the carrier is determined by the third CCD camera 65.
Must be small enough to form an interference fringe that is sufficiently large compared to the pixel pitch.

【0078】このようにして第3のCCDカメラ65で
撮像された被相関画像のフーリエ変換ホログラムは、A
/D変換器66でデジタル電気信号に変換され、コンピ
ュータ32のメモリに記憶される。コンピュータ32に
記憶された被相関画像のフーリエ変換ホログラムは、コ
ンピュータ32によってその高周波数領域および低周波
数領域だけが抽出される。
The Fourier transform hologram of the correlated image picked up by the third CCD camera 65 in this manner is represented by A
The signal is converted into a digital electric signal by the / D converter 66 and stored in the memory of the computer 32. The computer 32 extracts only the high frequency region and the low frequency region of the Fourier transform hologram of the correlated image stored in the computer 32.

【0079】これは、例えば、光軸から特定の半径を持
った円領域を設定し、この円領域の内部にある前記被相
関画像のフーリエ変換ホログラムを当該被相関画像のフ
ーリエ変換ホログラムの低周波数成分とし、その残りの
領域を被相関画像のフーリエ変換ホログラムの高周波数
成分とすればよい。このようにして、抽出された被相関
画像のフーリエ変換ホログラムの低周波数成分と高周波
数成分は、各々独立にD/A変換器69でアナログ電気
信号に変換された後、第3の液晶テレビ駆動回路70を
介して、第3の液晶テレビ68に表示される。このとき
第3の液晶テレビに表示される前記被相関画像の低周波
数成分および高周波数成分は、前記CCDカメラや液晶
テレビあるいは電気回路で決まるガンマ特性の範囲内で
連続階調を持った画像となっている。
For example, a circular region having a specific radius from the optical axis is set, and the Fourier transform hologram of the correlated image inside the circular region is set to the low frequency of the Fourier transform hologram of the correlated image. And the remaining area may be the high frequency component of the Fourier transform hologram of the correlated image. The low-frequency component and the high-frequency component of the Fourier-transformed hologram of the extracted correlated image are independently converted into analog electric signals by the D / A converter 69, and then the third liquid crystal television drive The information is displayed on the third liquid crystal television 68 via the circuit 70. At this time, the low-frequency component and the high-frequency component of the correlated image displayed on the third liquid crystal television are different from an image having a continuous tone within a gamma characteristic range determined by the CCD camera, the liquid crystal television, or the electric circuit. Has become.

【0080】さらに、コンピュータ32からは、参照画
像に相当するデジタル電気信号がD/A変換器33に送
られてアナログ電気信号に変換され、これは第1の液晶
テレビ駆動回路52を介して第1の液晶テレビ46に送
られ、これに前記参照画像を表示する。
Further, the digital electric signal corresponding to the reference image is sent from the computer 32 to the D / A converter 33 and converted into an analog electric signal. 1 is sent to the liquid crystal television 46, and the reference image is displayed thereon.

【0081】また、第1のレーザ67から出射されたコ
ヒーレント光は第1のビームエキスパンダ29によって
適当なビーム径に拡大された後、前記第1の液晶テレビ
46に表示されている参照画像を照射しこれをコヒーレ
ントな光画像に変換する。コヒーレントな光画像に変換
された前記参照画像は第1のフーリエ変換レンズ36で
フーリエ変換されて第3の液晶テレビ68に表示されて
いる被相関画像の低周波数成分または被相関画像の高周
波数成分に照射される。このとき、第1の液晶テレビ4
6と第3の液晶テレビ68とは、各々第1のフーリエ変
換レンズ36の前焦点面と後焦点面に配置されている。
また、このとき第3の液晶テレビ68の表示面と前記参
照画像のフーリエ変換の光軸との関係が、第3のCCD
カメラ65の光電変換面と前記被相関画像のフーリエ変
換の光軸との関係(入射角および入射位置)と完全に同
一の関係になっているとき最も効率のよい周波数フィル
タリングができる。
The coherent light emitted from the first laser 67 is expanded to an appropriate beam diameter by the first beam expander 29, and then the reference image displayed on the first liquid crystal television 46 is displayed. Irradiate and convert this to a coherent light image. The reference image converted into the coherent optical image is Fourier-transformed by the first Fourier transform lens 36 and the low-frequency component of the correlated image or the high-frequency component of the correlated image displayed on the third liquid crystal television 68. Is irradiated. At this time, the first liquid crystal television 4
The sixth and third liquid crystal televisions 68 are disposed on the front focal plane and the rear focal plane of the first Fourier transform lens 36, respectively.
At this time, the relationship between the display surface of the third liquid crystal television 68 and the optical axis of the Fourier transform of the reference image is determined by the third CCD.
The most efficient frequency filtering can be performed when the relationship (the incident angle and the incident position) between the photoelectric conversion surface of the camera 65 and the optical axis of the Fourier transform of the correlated image is completely the same.

【0082】このようにして、被相関画像のフーリエ変
換の低周波数成分または高周波数成分で周波数フィルタ
リングされた参照画像のフーリエ変換は、第2のフーリ
エ変換レンズ41で再びフーリエ変換されて第2のCC
Dカメラ42の光電変換面上に相関ピークを生じる。こ
れら被相関画像のフーリエ変換の低周波数成分および高
周波数成分から各々独立に得られた相関ピークは、A/
D変換器44でデジタル電気信号に変換され、図4に示
した実施例同様に、コンピュータ32内で各々に対応す
る相関係数と相関係数比が求められる。
As described above, the Fourier transform of the reference image which has been frequency-filtered by the low-frequency component or the high-frequency component of the Fourier transform of the correlated image is Fourier-transformed again by the second Fourier transform lens 41, and the second CC
A correlation peak occurs on the photoelectric conversion surface of the D camera 42. Correlation peaks obtained independently from the low frequency component and the high frequency component of the Fourier transform of these correlated images are A /
The signal is converted into a digital electric signal by the D converter 44, and the correlation coefficient and the correlation coefficient ratio corresponding to each are obtained in the computer 32, as in the embodiment shown in FIG.

【0083】図9に示した実施例で、被相関画像および
参照画像としてアルファベット文字を用いてこれらのパ
ターン認識を行った結果について説明する。このとき、
被相関画像が参照画像に対して約6度回転すると、その
低周波数成分に対応する相関係数の大きさは約1/2に
減少するが、その相関係数比の値は被相関画像が参照画
像に対して約12〜16度回転するまで1/2に減少す
ることはなかった。
A description will be given of the result of pattern recognition using the alphabet characters as the correlated image and the reference image in the embodiment shown in FIG. At this time,
When the correlated image rotates about 6 degrees with respect to the reference image, the magnitude of the correlation coefficient corresponding to the low-frequency component decreases to about 、, but the value of the correlation coefficient ratio is It did not decrease by half until it rotated about 12 to 16 degrees with respect to the reference image.

【0084】さらに、被相関画像の大きさが参照画像の
大きさに比べて約5%変化すると、その低周波数成分に
対応する相関係数の大きさは約1/2に減少するが、そ
の相関係数比の値は被相関画像が参照画像に対して約1
2〜15%変化するまで1/2に減少することはなかっ
た。これらの結果は、フーリエ変換ホログラムまたはジ
ョイントフーリエ変換像を表示する手段として、光書込
型強誘電性液晶空間光変調器を用いた場合に比べると特
性が悪くなっているが、これはフーリエ変換ホログラム
を表示するために用いた液晶テレビの解像度が、約9 l
ines pair/mmと小さな値しか持っていなかったためであ
り、本質的な問題ではない。むしろ、本実施例では、フ
ーリエ変換ホログラムの低周波数成分および高周波数成
分をソフトウエア上で大きな自由度を持って作り出すこ
とができる効果が重要である。
Further, when the size of the correlated image changes by about 5% compared to the size of the reference image, the size of the correlation coefficient corresponding to the low frequency component decreases to about 1 /. The value of the correlation coefficient ratio is such that the correlated image is about 1 relative to the reference image.
It did not decrease by half until it changed by 2 to 15%. These results show that the characteristics are worse as compared with the case where an optical writing type ferroelectric liquid crystal spatial light modulator is used as a means for displaying a Fourier transform hologram or a joint Fourier transform image. The resolution of the LCD television used to display the hologram is approximately 9 l
This is because it has only a small value of ines pair / mm, and is not an essential problem. Rather, in the present embodiment, the effect that the low frequency component and the high frequency component of the Fourier transform hologram can be created with a large degree of freedom on software is important.

【0085】これまでは、本発明の光学的パターン認識
方法および光学的パターン認識装置をフーリエ変換に基
づく光相関に適用した実施例を説明してきたが、以下に
本発明を被相関画像のフーリエ変換像を、参照画像のフ
ーリエ変換像でフィルタリングした後、その強度を計測
することで光学的パターン認識を行う方法にも適用する
ことができることを示す1実施例を説明する。
The embodiment in which the optical pattern recognition method and the optical pattern recognition apparatus of the present invention are applied to the optical correlation based on the Fourier transform has been described so far. An embodiment will be described which shows that the present invention can be applied to a method of performing optical pattern recognition by filtering an image with a Fourier transform image of a reference image and measuring the intensity thereof.

【0086】図10に示すように、この光学的パターン
認識を行うための光学系は、図4および図9において、
第1のビームスプリッタ45、第1のミラー48、第2
のミラー49、および第2のビームスプリッタ47がな
いだけである。また、第2のフーリエ変換レンズ41
は、読み出し像をフーリエ変換する必要はなく、集光レ
ンズ71を用いている。したがって、第3のCCDカメ
ラ65で撮像されたり、光書込型強誘電性液晶空間光変
調器37に記録・表示されるのは、被相関画像または参
照画像のフーリエ変換ホログラムの低周波数成分や高周
波数成分ではなくて、被相関画像または参照画像のフー
リエ変換の低周波数成分や高周波数成分である。
As shown in FIG. 10, the optical system for performing the optical pattern recognition is shown in FIGS.
A first beam splitter 45, a first mirror 48, a second
Only the mirror 49 and the second beam splitter 47 are not provided. Also, the second Fourier transform lens 41
Does not require the Fourier transform of the readout image, and uses the condenser lens 71. Therefore, what is captured by the third CCD camera 65 or recorded / displayed on the optically-writable ferroelectric liquid crystal spatial light modulator 37 is the low-frequency component of the Fourier transform hologram of the correlated image or the reference image. It is not a high frequency component but a low frequency component or a high frequency component of the Fourier transform of the correlated image or the reference image.

【0087】さらに、第2のCCDカメラ42で撮像さ
れ、コンピュータ32内で計測・計算・照合されるの
は、被相関画像と参照画像との相関係数や相関係数比で
はなくて、前記周波数フィルタリングされた被相関画像
または参照画像のフーリエ変換像の低周波数成分および
高周波数成分の全強度および全強度比である。すなわ
ち、前記光書込型強誘電性液晶空間光変調器37には、
参照画像のフーリエ変換像のネガ画像が記録・表示さ
れ、被相関画像のフーリエ変換パターンと異なっている
部分からのみ被相関画像のフーリエ変換像が反射される
のである。本実施例における光学的パターン認識装置の
動作は、図4および図9で示した実施例の光学的パター
ン認識装置と同様であるのでその説明の詳細は省略す
る。
Further, what is imaged by the second CCD camera 42 and measured, calculated and collated in the computer 32 is not the correlation coefficient or the correlation coefficient ratio between the correlated image and the reference image, but It is the total intensity and the total intensity ratio of the low frequency component and the high frequency component of the Fourier transform image of the correlated image or the reference image subjected to the frequency filtering. That is, the optical writing type ferroelectric liquid crystal spatial light modulator 37 includes:
The negative image of the Fourier transform image of the reference image is recorded and displayed, and the Fourier transform image of the correlated image is reflected only from a part different from the Fourier transform pattern of the correlated image. The operation of the optical pattern recognition device according to the present embodiment is the same as that of the optical pattern recognition device according to the embodiment shown in FIGS.

【0088】このようにして、被相関画像のフーリエ変
換の低周波数成分は、参照画像のフーリエ変換像の高周
波数成分が記録された光書込型強誘電性液晶空間光変調
器37から、被相関画像のフーリエ変換の高周波数成分
は、参照画像のフーリエ変換の低周波数成分が記録され
た光書込型強誘電性液晶空間光変調器37から得られ
る。そのため、被相関画像と参照画像とが、大きさも回
転方向も完全に一致しているときに、前記被相関画像の
低周波数成分または高周波数成分から得られる全強度
は、最小になる。この全強度は、被相関画像と参照画像
の違いが大きければ大きいほど、また、被相関画像と参
照画像との大きさが異なれば異なるほど、さらに、被相
関画像に対する参照画像の回転角が大きければ大きいほ
ど強くなる。
As described above, the low-frequency component of the Fourier transform of the correlated image is converted from the optical writing type ferroelectric liquid crystal spatial light modulator 37 in which the high-frequency component of the Fourier transform image of the reference image is recorded. The high frequency component of the Fourier transform of the correlation image is obtained from the optical writing type ferroelectric liquid crystal spatial light modulator 37 in which the low frequency component of the Fourier transform of the reference image is recorded. Therefore, when the correlated image and the reference image completely match both in size and rotation direction, the total intensity obtained from the low-frequency component or the high-frequency component of the correlated image is minimized. The greater the difference between the correlated image and the reference image, the larger the difference between the correlated image and the reference image, and the larger the rotation angle of the reference image with respect to the correlated image. The larger, the stronger.

【0089】しかしながら、本発明の方法を用いて前記
低周波数成分に対応する全強度と、高周波数成分に対応
する全強度との比である全強度比は、被相関画像と参照
画像との大きさが違っていたり、これらが互いに回転し
合った関係にあったとしても、それらの違いや回転角が
充分小さな値であるならば、ほぼ一定に保たれる。大き
さの違いとしては約18〜22%、回転角としては約1
8〜20度まで前記全強度比は、ほぼ一定に保たれた。
さらに、この全強度比は、用いられる被相関画像や参照
画像に特有の値を示すため、この値を用いることによっ
て光学的パターン認識を行うことができるのである。
However, using the method of the present invention, the total intensity ratio, which is the ratio of the total intensity corresponding to the low-frequency component to the total intensity corresponding to the high-frequency component, is the size of the correlated image and the reference image. Even if they are different or they are in a mutually rotated relationship, if the differences and the rotation angle are sufficiently small values, they are kept almost constant. The difference in size is about 18 to 22%, and the rotation angle is about 1
From 8 to 20 degrees, the total intensity ratio was kept almost constant.
Furthermore, since the total intensity ratio indicates a value specific to the correlated image or the reference image used, optical pattern recognition can be performed by using this value.

【0090】本実施例に示す光学的パターン認識方法
は、マッチドフィルタ型光相関器やジョイント変換相関
器のように、フーリエ変換面に搬送波成分としての干渉
縞をのせる必要がない。したがって、被相関画像または
参照画像のフーリエ変換を記録する媒体として、液晶テ
レビのような解像度の低い空間光変調器を用いても、そ
のパターン認識能力を著しく落とすようなことはない。
The optical pattern recognition method shown in the present embodiment does not require an interference fringe as a carrier component on the Fourier transform surface unlike the matched filter type optical correlator and the joint transform correlator. Therefore, even if a low-resolution spatial light modulator such as a liquid crystal television is used as a medium for recording the Fourier transform of the correlated image or the reference image, the pattern recognition ability will not be significantly reduced.

【0091】以上説明してきた実施例では、被相関画像
または参照画像として、アルファベット文字を使った例
を示してきたが、これら以外の画像を本発明の光学的パ
ターン認識方法または光学的パターン認識装置の被相関
画像または参照画像として用いることができることは、
言うまでもない。ただし、極めて周期的であり、そのフ
ーリエ変換像がデルタ函数またはシャー函数的になるよ
うな被相関画像および参照画像を、本発明の光学的パタ
ーン認識装置に用いても、これらの変形に対するパター
ン認識能力はあまり改善されないことが分かっている。
このような場合は、作用で説明したδm (f☆g)また
はδj (f☆g)が無視できない程度に大きくなるため
と考えられる。しかしながら、このような画像は、半導
体微細加工パターンなどの例を除くとほとんどないた
め、本発明の光学的パターン認識方法および装置は、ほ
とんどのパターン認識の応用に適用できるものと考えら
れる。
In the above-described embodiment, an example in which alphabetic characters are used as the correlated image or the reference image has been described. However, other images may be used for the optical pattern recognition method or the optical pattern recognition apparatus according to the present invention. That can be used as a correlated image or a reference image of
Needless to say. However, even if a correlated image and a reference image, which are extremely periodic and whose Fourier transform image becomes a delta function or a shear function, are used in the optical pattern recognition device of the present invention, pattern recognition for these deformations can be performed. It has been found that performance is not much improved.
In such a case, it is considered that δm (f ☆ g) or δj (f ☆ g) described in the operation becomes too large to be ignored. However, since such images are scarce except for examples of semiconductor fine processing patterns, the optical pattern recognition method and apparatus of the present invention are considered to be applicable to most pattern recognition applications.

【0092】[0092]

【発明の効果】以上説明したように、本発明の光学的パ
ターン認識方法および光学的パターン認識装置は、マッ
チドフィルタ型光相関器やジョイント変換相関器あるい
はフーリエ変換像の周波数フィルタリングによる光学的
パターン認識方法および光学的パターン認識装置におい
て、そのマッチドフィルタ面やジョイントフーリエ変換
面やフーリエ変換面に記録されるフィルタ画像を、低周
波数成分と高周波数成分に分離記録し、これら分離記録
された低周波数成分に対応するフィルタ画像と高周波数
成分に対応するフィルタ画像とから各々独立に識別信号
を得、これら識別信号の比を用いてパターン認識をする
ことによって、被相関画像または参照画像の回転や大き
さ変化に強い光学的パターン認識を実現することができ
た。
As described above, the optical pattern recognition method and the optical pattern recognition apparatus according to the present invention provide an optical pattern recognition method using a matched filter type optical correlator, a joint transform correlator, or frequency filtering of a Fourier transform image. In the method and the optical pattern recognition device, the filter image recorded on the matched filter surface, the joint Fourier transform surface or the Fourier transform surface is separated and recorded into a low frequency component and a high frequency component, and these separated low frequency components are recorded. By independently obtaining identification signals from the filter image corresponding to the high-frequency component and the filter image corresponding to the high-frequency component, and performing pattern recognition using the ratio of these identification signals, the rotation or size of the correlated image or the reference image Optical pattern recognition that is resistant to changes was realized.

【0093】この光学的パターン認識方法および装置
は、光書込型強誘電性液晶空間光変調器や液晶テレビな
どの実用的な空間光変調器を用いて、比較的回転や大き
さ変化の少ない対象に対して実時間でパターン認識を行
うことができるため、電子部品や機械部品や成形部品な
どを工場の生産ライン上で検査したり、レントゲン写真
や指紋の照合をしたり、風景中の特定の目標を識別した
りするのに効果が大きい。もちろん、本発明の実施例で
示しているように、文字や数字の識別に対する効果は大
きい。
This optical pattern recognition method and apparatus uses a practical spatial light modulator such as an optical writing type ferroelectric liquid crystal spatial light modulator or a liquid crystal television, and has relatively small rotation and size change. Because it can perform pattern recognition on objects in real time, it can inspect electronic parts, machine parts, molded parts, etc. on the production line of the factory, collate radiographs and fingerprints, and identify scenery It is very effective in identifying goals. Of course, as shown in the embodiment of the present invention, the effect on the identification of characters and numerals is great.

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

【図1】ジョイント変換相関器をベースにした本発明の
光学的パターン認識方法の流れを示す工程図である。
FIG. 1 is a process diagram showing a flow of an optical pattern recognition method of the present invention based on a joint transform correlator.

【図2】マッチドフィルタ型光相関器をベースにした本
発明の光学的パターン認識方法の流れを示す工程図であ
る。
FIG. 2 is a process diagram showing a flow of an optical pattern recognition method of the present invention based on a matched filter type optical correlator.

【図3】ジョイント変換相関器をベースにした本発明の
光学的パターン認識装置の1実施例を示す構成図であ
る。
FIG. 3 is a configuration diagram showing an embodiment of the optical pattern recognition device of the present invention based on a joint transform correlator.

【図4】マッチドフィルタ型光相関器をベースにした本
発明の光学的パターン認識装置の1実施例を示す構成図
である。
FIG. 4 is a configuration diagram showing one embodiment of an optical pattern recognition device of the present invention based on a matched filter type optical correlator.

【図5】本発明の光学的パターン認識装置で用いた光書
込型強誘電性液晶空間光変調器の構成を示す摸式的断面
図である。
FIG. 5 is a schematic cross-sectional view showing a configuration of an optical writing type ferroelectric liquid crystal spatial light modulator used in the optical pattern recognition device of the present invention.

【図6】図5に示す光書込型強誘電性液晶空間光変調器
の、書込光強度に対する閾値特性を示すグラフである。
FIG. 6 is a graph showing a threshold characteristic with respect to writing light intensity of the optical writing type ferroelectric liquid crystal spatial light modulator shown in FIG.

【図7】図6に示す書込光強度に対する閾値特性を実現
するために、光書込型強誘電性液晶空間光変調器に印加
する電圧波形を示すグラフである。
7 is a graph showing a voltage waveform applied to an optical writing type ferroelectric liquid crystal spatial light modulator in order to realize a threshold characteristic with respect to writing light intensity shown in FIG.

【図8】図7に示すような駆動電圧を印加しながら、光
書込型強誘電性液晶空間光変調器にフーリエ変換像を書
き込む場合に記録されるフーリエ変換像強度分布を示し
たグラフである。
8 is a graph showing a Fourier-transformed image intensity distribution recorded when a Fourier-transformed image is written in an optically-writable ferroelectric liquid crystal spatial light modulator while applying a drive voltage as shown in FIG. 7; is there.

【図9】光書込型強誘電性液晶空間光変調器を用いない
マッチドフィルタ型光相関器をベースにした本発明の光
学的パターン認識装置の1実施例を示す構成図である。
FIG. 9 is a block diagram showing an embodiment of the optical pattern recognition device of the present invention based on a matched filter type optical correlator without using an optical writing type ferroelectric liquid crystal spatial light modulator.

【図10】フーリエ変換像の周波数フィルタリングをベ
ースにした本発明の光学的パターン認識方法の1実施例
を示す構成図である。
FIG. 10 is a block diagram showing an embodiment of an optical pattern recognition method according to the present invention based on frequency filtering of a Fourier transform image.

【図11】ジョイント変換相関器をベースにした本発明
の光学的パターン認識装置の入力像の1例を示す図であ
る。
FIG. 11 is a diagram showing an example of an input image of the optical pattern recognition device of the present invention based on a joint transform correlator.

【図12】被相関画像と参照画像として、全く回転や大
きさ変化のないアルファベット文字Bを用いたときに得
られるジョイントフーリエ変換像の低周波数成分と高周
波数成分の1例を示した図である。
FIG. 12 is a diagram showing an example of a low-frequency component and a high-frequency component of a joint Fourier transform image obtained when an alphabet letter B having no rotation or size change is used as a correlated image and a reference image. is there.

【図13】ジョイントフーリエ変換像を二値化した場合
の、参照画像の回転角に対する、高周波数成分からの相
関係数、低周波数成分からの相関係数、および相関係数
比の関係を示したグラフである。
FIG. 13 shows a relationship between a correlation coefficient from a high-frequency component, a correlation coefficient from a low-frequency component, and a correlation coefficient ratio with respect to a rotation angle of a reference image when a joint Fourier transform image is binarized. FIG.

【図14】ジョイントフーリエ変換像を二値化した場合
の、参照画像の大きさ変化に対する、高周波数成分から
の相関係数、低周波数成分からの相関係数、および相関
係数比の関係を示したグラフである。
FIG. 14 shows a relationship between a correlation coefficient from a high frequency component, a correlation coefficient from a low frequency component, and a correlation coefficient ratio with respect to a change in the size of a reference image when a joint Fourier transform image is binarized. It is a graph shown.

【図15】ジョイントフーリエ変換像を二値化しない場
合の、参照画像の大きさ変化に対する、高周波数成分か
らの相関係数、低周波数成分からの相関係数、および相
関係数比の関係を示したグラフである。
FIG. 15 shows the relationship between the correlation coefficient from the high frequency component, the correlation coefficient from the low frequency component, and the correlation coefficient ratio with respect to the change in the size of the reference image when the joint Fourier transform image is not binarized. It is a graph shown.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 撮像装置 2 メモリ 3 被相関画像 4 参照画像 5 ジョイントフーリエ変換 6 低周波数成分 7 強度分布画像 8 フーリエ変換 9 相関出力検出 10 相関係数計算 11 高周波数成分 12 強度分布画像 13 フーリエ変換 14 相関出力検出 15 相関係数計算 16 相関係数比計算 17 メモリ 18 相関係数比 19 照合 20 判別 21、22 フーリエ変換 23 搬送波 24 フーリエ変換ホログラム低周波数成分 25 フーリエ変換ホログラム高周波数成分 26、27 周波数フィルタリング 28 書込用レーザ 29 第1のビームエキスパンダ 30 第1のCCDカメラ 31 A/D変換器 32 コンピュータ 33 D/A変換器 34 液晶テレビ駆動回路 35 液晶テレビ 36 第1のフーリエ変換レンズ 37 光書込型強誘電性液晶空間光変調器 38 読出用レーザ 39 第2のビームエキスパンダ 40 偏光ビームスプリッタ 41 第2のフーリエ変換レンズ 42 第2のCCDカメラ 43 ビデオモニタ 44 A/D変換器 45 第1のビームスプリッタ 46 第1の液晶テレビ 47 第2のビームスプリッタ 48 第1のミラー 49 第2のミラー 50 第2の液晶テレビ 51 第3のフーリエ変換レンズ 52 第1の液晶テレビ駆動回路 53 第2の液晶テレビ駆動回路 54a、54b 透明基板 55a、55b 透明電極 56 a−Si:H 57 誘電体ミラー 58a、58b 配向膜 59 強誘電性液晶 60 スペーサ 61a、61b 無反射コーティング 62 書込光 63 読出光 64 第1のレーザ 65 第3のCCDカメラ 66 A/D変換器 67 第2のレーザ 68 第3の液晶テレビ 69 D/A変換器 70 第3の液晶テレビ駆動回路 71 集光レンズ 72 参照画像 73 被相関画像 74 相関係数比 75 低周波数成分からの相関係数 76 高周波数成分からの相関係数 Reference Signs List 1 imaging device 2 memory 3 correlated image 4 reference image 5 joint Fourier transform 6 low frequency component 7 intensity distribution image 8 Fourier transform 9 correlation output detection 10 correlation coefficient calculation 11 high frequency component 12 intensity distribution image 13 Fourier transform 14 correlation output Detection 15 Correlation coefficient calculation 16 Correlation coefficient ratio calculation 17 Memory 18 Correlation coefficient ratio 19 Matching 20 Discrimination 21, 22 Fourier transform 23 Carrier wave 24 Fourier transform hologram low frequency component 25 Fourier transform hologram high frequency component 26, 27 Frequency filtering 28 Writing laser 29 First beam expander 30 First CCD camera 31 A / D converter 32 Computer 33 D / A converter 34 Liquid crystal television drive circuit 35 Liquid crystal television 36 First Fourier transform lens 37 Optical writing Type ferroelectric liquid crystal spatial light Adjuster 38 Reading laser 39 Second beam expander 40 Polarizing beam splitter 41 Second Fourier transform lens 42 Second CCD camera 43 Video monitor 44 A / D converter 45 First beam splitter 46 First liquid crystal Television 47 Second beam splitter 48 First mirror 49 Second mirror 50 Second liquid crystal television 51 Third Fourier transform lens 52 First liquid crystal television drive circuit 53 Second liquid crystal television drive circuit 54a, 54b Transparent Substrate 55a, 55b Transparent electrode 56 a-Si: H 57 Dielectric mirror 58a, 58b Alignment film 59 Ferroelectric liquid crystal 60 Spacer 61a, 61b Non-reflective coating 62 Write light 63 Read light 64 First laser 65 Third CCD camera 66 A / D converter 67 Second laser 68 Third liquid crystal display Levi 69 D / A converter 70 Third liquid crystal television drive circuit 71 Condenser lens 72 Reference image 73 Correlated image 74 Correlation coefficient ratio 75 Correlation coefficient from low frequency component 76 Correlation coefficient from high frequency component

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山本 修平 東京都江東区亀戸6丁目31番1号 セイ コー電子工業株式会社内 (72)発明者 武居 利治 東京都千代田区神田美土代町1番地 住 友セメント株式会社内 (72)発明者 竹村 安弘 東京都千代田区神田美土代町1番地 住 友セメント株式会社内 (56)参考文献 特開 平5−68196(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) G06T 7/00 G02B 27/46 JICSTファイル(JOIS)──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Shuhei Yamamoto, Inventor Seiko Electronic Industry Co., Ltd. 6-3-1, Kameido, Tokyo, Japan Sumitomo Cement Co., Ltd. (72) Inventor Yasuhiro Takemura 1 Kanda Midoshiro-cho, Chiyoda-ku, Tokyo Sumitomo Cement Co., Ltd. (56) References JP-A-5-68196 (JP, A) (58) Survey 6 (Int.Cl. 6 , DB name) G06T 7/00 G02B 27/46 JICST file (JOIS)

Claims (9)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 撮像手段からから得られる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あるいは計
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光学的にフーリエ変換し、前記
参照画像と被相関画像のフーリエ変換画像を各々独立に
得る手段と、主として前記参照画像のフーリエ変換の低
周波成分からなる低周波数フィルタおよび主として前記
参照画像の高周波成分からなる高周波数フィルタを各々
独立に形成する手段と、 前記被相関画像のフーリエ変換を、前記低周波数フィル
タおよび前記高周波数フィルタで各々独立に光学的フィ
ルタリングする手段と、 前記低周波数フィルタおよび高周波数フィルタで光学的
にフィルタリングされた被相関画像のフーリエ変換を、
再び光学的にフーリエ変換して、前記低周波数フィルタ
に対応する第1の相関函数および前記高周波数フィルタ
に対応する第2の相関函数を各々独立に得る手段と、前
記第1の相関函数に含まれる第1の相関ピークの強度お
よび前記第2の相関函数に含まれる第2の相関ピークの
強度を各々独立に検出し、電気信号に変換する光検出器
と、 前記電気信号に変換された第1の相関ピークの強度と、
前記電気信号に変換された第2の相関ピークの強度との
比である被相関画像の相関係数比を計算する手段と、前
記参照画像のフーリエ変換から、相関ピークの強度比で
ある参照画像の相関係数比をあらかじめ求めておき、こ
れを記憶しておく手段と、 前記被相関画像の相関係数比とあらかじめ記憶されてい
た前記参照画像の相関係数比とを比較して前記被相関画
像を判別する判別手段とからなることを特徴とする光学
的パターン認識装置。
1. An optical pattern recognition apparatus for automatically recognizing or measuring a required pattern by performing an optical correlation process using coherent light on a two-dimensional image obtained from an imaging unit. Means for converting at least one reference image including a required target and at least one newly input correlated image into a coherent image; optically Fourier transforming the coherent image, and performing a Fourier transform of the reference image and the correlated image. Means for independently obtaining converted images; means for independently forming a low-frequency filter mainly composed of low-frequency components of the Fourier transform of the reference image and a high-frequency filter mainly composed of high-frequency components of the reference image; Fourier transform of the correlation image is performed independently by the low frequency filter and the high frequency filter. Means for optically filtering the Fourier transform of the correlated image optically filtered by the low frequency filter and the high frequency filter,
Means for optically Fourier transforming again to independently obtain a first correlation function corresponding to the low-frequency filter and a second correlation function corresponding to the high-frequency filter; and A photodetector that independently detects the intensity of the first correlation peak and the intensity of the second correlation peak included in the second correlation function, and converts the intensity into an electric signal; The intensity of the correlation peak of 1;
Means for calculating a correlation coefficient ratio of the correlated image, which is a ratio of the intensity of the second correlation peak converted to the electric signal, and a reference image, which is an intensity ratio of the correlation peak, from the Fourier transform of the reference image Means for obtaining the correlation coefficient ratio of the reference image in advance and storing the correlation coefficient ratio, and comparing the correlation coefficient ratio of the reference image with the correlation coefficient ratio of the reference image stored in advance to obtain the correlation coefficient ratio. An optical pattern recognition apparatus, comprising: a determination unit configured to determine a correlation image.
【請求項2】 撮像手段から得られる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あるいは計測す
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光学的に同時にフーリエ変換
し、前記参照画像と被相関画像のジョイントフーリエ変
換画像を得る手段と、 前記ジョイントフーリエ変換の低周波成分と高周波成分
とを各々独立に記録または表示させて、主として前記ジ
ョイントフーリエ変換の低周波成分からなる低周波数ジ
ョイントパワースペクトルおよび主として前記ジョイン
トフーリエ変換の高周波成分からなる高周波数ジョイン
トパワースペクトルを各々独立に形成する手段と、 前記低周波数ジョイントパワースペクトルおよび高周波
数ジョイントパワースペクトルを、再び各々独立に光学
的フーリエ変換して、低周波数ジョイントパワースペク
トルに対応する第1の相関函数および高周波数ジョイン
トパワースペクトルに対応する第2の相関函数を各々独
立に得る手段と、 前記第1の相関函数に含まれる第1の相関ピークの強度
および前記第2の相関函数に含まれる第2の相関ピーク
の強度を各々独立に検出し、電気信号に変換する光検出
器と、 前記電気信号に変換された第1の相関ピークの強度と、
前記電気信号に変換された第2の相関ピークの強度との
比である比相関画像の相関係数比を計算する手段と、 同一の2つの前記参照画像に関する相関ピークの強度比
である参照画像の相関係数比をあらかじめ求めておき、
これを記憶しておく記憶手段と、 前記被相関画像の相関係数比と前記記憶手段に記憶され
ていた前記参照画像の相関係数比とを比較して前記被相
関画像を判別する判別手段とからなることを特徴とする
光学的パターン認識装置。
2. An optical pattern recognition apparatus for automatically recognizing or measuring a required pattern by performing an optical correlation process using coherent light on a two-dimensional image obtained from an imaging means. Means for converting at least one reference image including at least one target and at least one newly input correlated image into a coherent image; and optically and simultaneously Fourier-transforming the coherent image to joint the reference image and the correlated image. Means for obtaining a Fourier-transformed image, and independently recording or displaying the low-frequency component and the high-frequency component of the joint Fourier transform, and a low-frequency joint power spectrum mainly composed of the low-frequency component of the joint Fourier transform and mainly the joint A high-frequency job consisting of high-frequency components of the Fourier transform A first correlation function corresponding to the low-frequency joint power spectrum, wherein the first and second low-frequency joint power spectrums are respectively subjected to optical Fourier transform independently again. Means for independently obtaining a second correlation function corresponding to the power spectrum and a high-frequency joint power spectrum; an intensity of a first correlation peak included in the first correlation function and a second correlation function included in the second correlation function. A photodetector which independently detects the intensity of the correlation peak of the first correlation peak and converts the intensity into an electric signal; and the intensity of the first correlation peak converted into the electric signal,
Means for calculating a correlation coefficient ratio of a relative correlation image, which is a ratio with the intensity of the second correlation peak converted to the electric signal; and a reference image, which is an intensity ratio of correlation peaks relating to the same two reference images. The correlation coefficient ratio of
Storage means for storing this; and discrimination means for discriminating the correlated image by comparing the correlation coefficient ratio of the correlated image with the correlation coefficient ratio of the reference image stored in the storage means. An optical pattern recognition device, comprising:
【請求項3】 前記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が、これら参照画像
と被相関画像のコヒーレント画像の全光強度が等しく、
または等しくて一定に、なるようにするための参照画像
および被相関画像の規格化手段を有することを特徴とす
る請求項1または2記載の光学的パターン認識装置。
3. The means for converting at least one reference image including the required target and at least one newly input correlated image into a coherent image, wherein the total light intensity of the coherent image of the reference image and the correlated image is Are equal,
3. The optical pattern recognition apparatus according to claim 1, further comprising a standardization unit for standardizing the reference image and the correlated image so as to be equal and constant.
【請求項4】 前記低周波数フィルタおよび前記高周波
数フィルタを各々独立に形成する手段または前記低周波
数ジョイントパワースペクトルおよび前記高周波数ジョ
イントパワースペクトルを各々独立に形成する手段が、 光による書込手段、光による読出手段および電圧印加手
段を具備し、透明電極上に水素化アモルファスシリコン
光導電膜が形成されたガラス基板と、透明電極の形成さ
れたガラス基板のそれぞれの対向する表面に液晶配向膜
が形成された一組のガラス基板が対向配置され、その間
隙に強誘電性液晶組成物が封入されてなる光書込型強誘
電性液晶空間光変調器であることを特徴とする請求項1
ないし3記載の光学的パターン認識装置。
4. The means for independently forming the low-frequency filter and the high-frequency filter, or the means for independently forming the low-frequency joint power spectrum and the high-frequency joint power spectrum, respectively, A glass substrate on which a hydrogenated amorphous silicon photoconductive film is formed on a transparent electrode; and a liquid crystal alignment film on each of opposing surfaces of the glass substrate on which the transparent electrode is formed. 2. An optical writing type ferroelectric liquid crystal spatial light modulator in which a pair of formed glass substrates are arranged to face each other and a gap is filled with a ferroelectric liquid crystal composition.
4. The optical pattern recognition device according to any one of items 3 to 3.
【請求項5】 前記低周波数フィルタおよび前記高周波
数フィルタを各々独立に形成する手段または前記低周波
数ジョイントパワースペクトルおよび前記高周波数ジョ
イントパワースペクトルを各々独立に形成する手段が、
マトリックス状に光電変換面が形成された撮像手段と、
該撮像手段により撮像されたアナログ画像を増幅した後
デジタル画像に変換するアナログ/デジタル変換器と、
該アナログ/デジタル変換器により変換されたデジタル
画像の所定の領域をマスクする機能を有するコンピュー
タと、所定の領域がマスクされたデジタル画像をアナロ
グ画像に変換するデジタル/アナログ変換器と、該デジ
タル/アナログ変換器により変換されたアナログ画像を
表示する電気書込型空間光変調器とからなることを特徴
とする請求項1ないし3記載の光学的パターン認識装
置。
5. The means for independently forming the low frequency filter and the high frequency filter, or the means for independently forming the low frequency joint power spectrum and the high frequency joint power spectrum,
Imaging means having a photoelectric conversion surface formed in a matrix,
An analog / digital converter for amplifying an analog image picked up by the image pick-up means and converting it to a digital image;
A computer having a function of masking a predetermined area of the digital image converted by the analog / digital converter, a digital / analog converter for converting the digital image having the predetermined area masked into an analog image, and a digital / analog converter 4. An optical pattern recognition apparatus according to claim 1, further comprising an electric writing type spatial light modulator for displaying an analog image converted by the analog converter.
【請求項6】 前記規格化手段が、半導体レーザ、ビー
ムスプリッタ、光検出器、液晶マスクとから構成される
ことを特徴とする請求項1ないし5記載の光学的パター
ン認識装置。
6. The optical pattern recognition apparatus according to claim 1, wherein said normalizing means comprises a semiconductor laser, a beam splitter, a photodetector, and a liquid crystal mask.
【請求項7】 撮像手段から得られる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あるいは計測す
る光学的パターン認識方法において、 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つの被相関画像をコヒーレント画像
に変換した後、 前記コヒーレント画像を光学的にフーリエ変換し、前記
参照画像と被相関画像のフーリエ変換画像を各々独立に
得、主として前記参照画像のフーリエ変換の低周波成分
からなる低周波数フィルタおよび主として前記参照画像
の高周波成分からなる高周波数フィルタを各々独立に形
成し、 前記被相関画像のフーリエ変換を、前記低周波数フィル
タおよび前高周波数フィルタで各々独立に光学的フィル
タリングし、 前記低周波数フィルタおよび高周波数フィルタで光学的
にフィルタリングされた被相関画像のフーリエ変換を、
再び光学的にフーリエ変換して、低周波数フィルタに対
応する第1の相関函数および高周波数フィルタに対応す
る第2の相関函数を各々独立に得た後、 前記第1の相関函数に含まれる第1の相関ピークの強度
および前記第2の相関函数に含まれる第2の相関ピーク
の強度を各々独立に検出して電気信号に変換し、前記電
気信号に変換された第1の相関ピークの強度と、前記電
気信号に変換された第2の相関ピークの強度との比であ
る相関画像の相関係数比を計算する第1の工程と、 前記参照画像のフーリエ変換を、前記低周波数フィルタ
および前記高周波数フィルタで各々独立に光学的にフィ
ルタリングし、 当該低周波数フィルタおよび高周波数フィルタで光学的
にフィルタリングされた参照画像のフーリエ変換を再び
光学的にフーリエ変換して低周波数フィルタに対応する
第3の相関函数および高周波数フィルタに対応する第4
の相関函数を各々独立に得た後、 当該第3の相関函数に含まれる第3の相関ピークの強度
および第4の相関函数に含まれる第4の相関ピークの強
度を各々独立に検出し、電気信号に変換した後、当該電
気信号に変換された第3の相関ピークの強度と第4の相
関ピークの強度との比である参照画像の相関係数比をあ
らかじめ求めておき、これを記憶しておく第2の工程
と、 前記被相関画像の相関係数比とあらかじめ記憶されてい
た前記参照画像の相関係数比とを比較して前記被相関画
像を判別する第3の工程とからなることを特徴とする光
学的パターン認識方法。
7. An optical pattern recognition method for automatically recognizing or measuring a required pattern by performing optical correlation processing using coherent light on a two-dimensional image obtained from an imaging means. After converting at least one reference image including the target and at least one newly input correlated image into a coherent image, the coherent image is optically Fourier-transformed, and a Fourier-transformed image of the reference image and the correlated image is obtained. Are obtained independently, a low-frequency filter mainly composed of a low-frequency component of the Fourier transform of the reference image and a high-frequency filter mainly composed of a high-frequency component of the reference image are formed independently, and the Fourier transform of the correlated image is performed. Independently optically filtering the low frequency filter and the pre-high frequency filter, Fourier transform of the correlated image optically filtered by the low frequency filter and the high frequency filter,
After optically Fourier-transforming again to obtain a first correlation function corresponding to the low-frequency filter and a second correlation function corresponding to the high-frequency filter independently of each other, the first correlation function included in the first correlation function is obtained. And the intensity of the second correlation peak included in the second correlation function is independently detected and converted into an electric signal, and the intensity of the first correlation peak converted into the electric signal is detected. And a first step of calculating a correlation coefficient ratio of a correlation image, which is a ratio of the intensity of the second correlation peak converted to the electric signal, and a Fourier transform of the reference image, Each of the high-frequency filters is independently optically filtered, and the Fourier transform of the reference image optically filtered by the low-frequency filter and the high-frequency filter is again optically Fourier transformed. 4 corresponding to the third correlation function and the high frequency filter that corresponds to the low frequency filter and
After independently obtaining the correlation functions of the third correlation function, the intensity of the third correlation peak included in the third correlation function and the intensity of the fourth correlation peak included in the fourth correlation function are independently detected, After the conversion into the electric signal, the correlation coefficient ratio of the reference image, which is the ratio between the intensity of the third correlation peak converted to the electric signal and the intensity of the fourth correlation peak, is obtained in advance and stored. And a third step of comparing the correlation coefficient ratio of the correlated image with the previously stored correlation coefficient ratio of the reference image to determine the correlated image. An optical pattern recognition method, comprising:
【請求項8】 撮像手段から得られる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あるいは計測す
る光学的パターン認識方法において、 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つの被相関画像をコヒーレント画像
に変換し、 前記コヒーレント画像を光学的に同時にフーリエ変換
し、前記参照画像と被相関画像のジョイントフーリエ変
換画像を得、 前記ジョイントフーリエ変換の低周波成分と高周波成分
とを各々独立に記録または表示させて、主として前記ジ
ョイントフーリエ変換の低周波成分からなる低周波数ジ
ョイントパワースペクトルおよび主として前記ジョイン
トフーリエ変換の高周波成分からなる高周波数ジョイン
トパワースペクトルを各々独立に形成した後、 前記低周波数ジョイントパワースペクトルおよび高周波
数ジョイントパワースペクトルを、再び各々独立に光学
的フーリエ変換して、低周波数ジョイントパワースペク
トルに対応する第1の相関函数および高周波数ジョイン
トパワースペクトルに対応する第2の相関函数を各々独
立に得、前記第1の相関函数に含まれる第1の相関ピー
クの強度および前記第2の相関函数に含まれる第2の相
関ピークの強度を各々独立に検出し、電気信号に変換
し、前記電気信号に変換された第1の相関ピークの強度
と、前記電気信号に変換された第2の相関ピークの強度
との比である比相関画像の相関係数比を計算する第1の
工程と、 同一の2つの前記参照画像を光学的に同時にフーリエ変
換することにより形成したジョイントフーリエ変換を用
いて低周波数ジョイントパワースペクトルおよび高周波
数ジョイントパワースペクトルを各々独立に形成し、 これらを再び各々独立に光学的にフーリエ変換して低周
波数ジョイントパワースペクトルに対応する第3の相関
函数および高周波数ジョイントパワースペクトルに対応
する第4の相関函数を各々独立に得た後、 当該第3の相関函数に含まれる第3の相関ピークの強度
および第4の相関函数に含まれる第4の相関ピークの強
度を各々独立に検出し、電気信号に変換した後、 当該電気信号に変換された第3の相関ピークの強度と第
4の相関ピークの強度との比である参照画像の相関係数
比をあらかじめ求めておき、これを記憶しておく第2の
工程と、 前記被相関画像の相関係数比とあらかじめ記憶されてい
た前記参照画像の相関係数比とを比較して前記被相関画
像を判別する第3の工程とからなることを特徴とする光
学的パターン認識方法。
8. An optical pattern recognition method for automatically recognizing or measuring a required pattern by applying an optical correlation process using coherent light to a two-dimensional image obtained from an imaging means. Converting at least one reference image including the target and at least one newly input correlated image into a coherent image, optically and simultaneously Fourier-transforming the coherent image, and jointly Fourier-transforming the reference image and the correlated image An image is obtained, and the low-frequency component and the high-frequency component of the joint Fourier transform are recorded or displayed independently of each other, and the low-frequency joint power spectrum mainly composed of the low-frequency component of the joint Fourier transform and the high frequency of the joint Fourier transform are mainly obtained. High-frequency joint power spectrum After independently forming the vectors, the low-frequency joint power spectrum and the high-frequency joint power spectrum are again optically Fourier-transformed independently of each other to obtain a first correlation function and a high-frequency function corresponding to the low-frequency joint power spectrum. A second correlation function corresponding to the joint power spectrum is obtained independently, and the intensity of a first correlation peak included in the first correlation function and the intensity of a second correlation peak included in the second correlation function are obtained. Are independently detected, converted into an electric signal, and a specific correlation is a ratio of the intensity of the first correlation peak converted into the electric signal to the intensity of the second correlation peak converted into the electric signal. A first step of calculating a correlation coefficient ratio between images; and a job formed by optically and simultaneously Fourier-transforming the same two reference images. A low-frequency joint power spectrum and a high-frequency joint power spectrum are each formed independently using a Fourier transform, and these are again optically Fourier-transformed independently again, and a third correlation function corresponding to the low-frequency joint power spectrum is formed. And a fourth correlation function corresponding to the high-frequency joint power spectrum are obtained independently of each other. Then, the intensity of the third correlation peak included in the third correlation function and the fourth correlation function included in the fourth correlation function are obtained. After independently detecting the intensity of the correlation peak and converting it into an electric signal, the phase relationship of the reference image is the ratio of the intensity of the third correlation peak and the intensity of the fourth correlation peak converted into the electric signal. A second step in which a numerical ratio is obtained in advance and stored, and a correlation coefficient ratio of the correlated image and a pre-stored Optical pattern recognition method characterized by comparing the correlation coefficient ratio of the reference image and a third step of determining the object correlation image.
【請求項9】 前記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工程の後、これら参照画
像と被相関画像のコヒーレント画像の強度または強度比
を一定にする規格化工程を含む請求項7または8記載の
光学的パターン認識方法。
9. After the step of converting the at least one reference image including the required target and the at least one newly input correlated image into coherent images, the intensity of the coherent image of the reference image and the correlated image or 9. The optical pattern recognition method according to claim 7, further comprising a normalization step for making the intensity ratio constant.
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