JP2939887B2 - 光パターン認識装置 - Google Patents
光パターン認識装置Info
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、入力光情報間の相違を相関ピークの強度に
よって出力させることにより、２次元画像情報の識別を
行う光パターン認識装置に関する。
よって出力させることにより、２次元画像情報の識別を
行う光パターン認識装置に関する。
本発明は、少なくとも２つの光情報の位相共役情報を
重ね合わせることにより、各々の光情報の和情報あるい
は差情報をつくり、これらの和情報あるいは差情報のフ
ーリエ変換をさらに重ね合わせて光入力可能な空間光変
調器に記録した後、再び読み出してフーリエ変換するこ
とにより、各入力情報の相互相関あるいは自己相関ピー
クを出力することができ、電気系を介さずに光パターン
認識を高速で行うことができる光パターン認識装置を提
供するものである。
重ね合わせることにより、各々の光情報の和情報あるい
は差情報をつくり、これらの和情報あるいは差情報のフ
ーリエ変換をさらに重ね合わせて光入力可能な空間光変
調器に記録した後、再び読み出してフーリエ変換するこ
とにより、各入力情報の相互相関あるいは自己相関ピー
クを出力することができ、電気系を介さずに光パターン
認識を高速で行うことができる光パターン認識装置を提
供するものである。
従来から行われている光パターン認識は、特にアナロ
グ光学を用いる方法においては、参照像の位相共役情報
を記録したマッチドフィルターに信号像を含む入力光を
入射し、それをフーリエ変換することにより入力像と信
号像の相関ピークを計測するのが一般的であった。さら
に近年では光学的に位相共役情報を準実時間で作り出す
ことのできる位相共役波素子を用いて、２種類の光情報
の位相共役像を作り出し、これらを光軸が一致するよう
に重ね合わせることにより２つの入力光情報の和あるい
は差情報を容易に作り出すことができるようになり〔A.
E.チュー,P.イェー,M.コーシュネビザン，オプティカル
エンジニヤリング,Vol.27,No.5,May385−391（1988）
（A.E.Chiou,P.Yeh,M.Khoshnevisan,Opt.Eng.27（５）,
385−391（1988）〕、これらの情報を用いて精密な光学
部品を用いることなく入力情報の間の差算を容易に得る
ことができるようになった。
グ光学を用いる方法においては、参照像の位相共役情報
を記録したマッチドフィルターに信号像を含む入力光を
入射し、それをフーリエ変換することにより入力像と信
号像の相関ピークを計測するのが一般的であった。さら
に近年では光学的に位相共役情報を準実時間で作り出す
ことのできる位相共役波素子を用いて、２種類の光情報
の位相共役像を作り出し、これらを光軸が一致するよう
に重ね合わせることにより２つの入力光情報の和あるい
は差情報を容易に作り出すことができるようになり〔A.
E.チュー,P.イェー,M.コーシュネビザン，オプティカル
エンジニヤリング,Vol.27,No.5,May385−391（1988）
（A.E.Chiou,P.Yeh,M.Khoshnevisan,Opt.Eng.27（５）,
385−391（1988）〕、これらの情報を用いて精密な光学
部品を用いることなく入力情報の間の差算を容易に得る
ことができるようになった。
しかしながら従来の方法は、入力情報の相関を得るた
めには、得られた和情報あるいは差情報を一度光強度情
報に変換するために、これらの和情報あるいは差情報を
写真フィルムに焼き付けたり、あるいは、一度撮像カメ
ラなどを用いて電気信号に変換した後、再び液晶ディス
プレイなどを使って光学系に再入力してやらねばならな
かったため、高速で光パターン認識を行うことができな
かった。
めには、得られた和情報あるいは差情報を一度光強度情
報に変換するために、これらの和情報あるいは差情報を
写真フィルムに焼き付けたり、あるいは、一度撮像カメ
ラなどを用いて電気信号に変換した後、再び液晶ディス
プレイなどを使って光学系に再入力してやらねばならな
かったため、高速で光パターン認識を行うことができな
かった。
本発明の光パターン認識装置は、CCDカメラや結像光
学系などの外部の電気系あるいは光学系からの２次元画
像情報をコヒーレント光画像情報に変換する少なくとも
２つの光情報入力手段と、これら各々のコヒーレント光
画像情報の位相共役情報を形成し前記位相共役情報を重
ね合わせることにより前記コヒーレント光画像情報の和
情報あるいは差情報を得る手段を有し、上記和情報ある
いは差情報をフーリエ変換レンズによりフーリエ変換し
た後、フーリエ変換された前記和情報あるいは差情報を
光スイッチを介して、順次記録モード及び記録モード、
あるいは消去モード及び消去モード、あるいは記録モー
ド及び消去モードで、光入力可能な空間光変調器に光軸
が一致するように重ね合わせて記録し、再びコヒーレン
ト光を用いて読みだし、フーリエ変換レンズによってフ
ーリエ変換してから光検出器で出力を検出することによ
り各入力情報の相互相関あるいは自己相関ピークを出力
する手段を有する構成にすることによって、焼き付け現
像処理あるいは電気系の介入なしに光パターン認識を高
速に行うことができ、上記問題点を解決した。
学系などの外部の電気系あるいは光学系からの２次元画
像情報をコヒーレント光画像情報に変換する少なくとも
２つの光情報入力手段と、これら各々のコヒーレント光
画像情報の位相共役情報を形成し前記位相共役情報を重
ね合わせることにより前記コヒーレント光画像情報の和
情報あるいは差情報を得る手段を有し、上記和情報ある
いは差情報をフーリエ変換レンズによりフーリエ変換し
た後、フーリエ変換された前記和情報あるいは差情報を
光スイッチを介して、順次記録モード及び記録モード、
あるいは消去モード及び消去モード、あるいは記録モー
ド及び消去モードで、光入力可能な空間光変調器に光軸
が一致するように重ね合わせて記録し、再びコヒーレン
ト光を用いて読みだし、フーリエ変換レンズによってフ
ーリエ変換してから光検出器で出力を検出することによ
り各入力情報の相互相関あるいは自己相関ピークを出力
する手段を有する構成にすることによって、焼き付け現
像処理あるいは電気系の介入なしに光パターン認識を高
速に行うことができ、上記問題点を解決した。
本発明の光パターン認識装置において、少なくとも２
つの光情報入力手段のうち少なくとも１つは液晶ディス
プレイなどの電気入力可能な空間光変調器であり、これ
らにより入力される光情報を例えばａとｂとすると、位
相共役情報を形成し重ね合わせることによりａ＋ｂ、あ
るいはａ−ｂの和情報あるいは差情報に変換することが
できる。そしてａ＋ｂあるいはａ−ｂをフーリエ変換レ
ンズでフーリエ変換した後、光スイッチを用いてフーリ
エ変換された和情報Ａ＋Ｂのみを、光導電膜のスイッチ
ング特性を用いて情報の光入力を可能とした液晶素子
（以下、これを光書き込み型液晶空間光変調器と呼ぶ）
や、Bi12SiO20単結晶の光導電特性およびパッケルス効
果を利用して情報の光入力を可能とした素子（以下、こ
れをPROMとよぶ）などの空間光変調器に記録する。次
に、フーリエ変換された差情報Ａ−Ｂをフーリエ変換さ
れた和情報Ａ＋Ｂと光軸が一致するように重ね合わせて
上記の空間光変調器に入力する。このとき差情報を和情
報と同一モードで入力すると上記の空間光変調器内には
|A＋B|2＋|A−B|2すなわち２（A2＋B2）が記録され、差
情報を和情報と異なったモードで入力すれば空間光変調
器内には|A＋B|2−|A−B|2すなわち2A＊Ｂの実部が記録
される。従って、空間光変調器に記録された入力情報を
再び読みだしてレンズを用いてフーリエ変換してやれば
入力情報ａとｂの自己相関の和あるいは相互相関ピーク
が単独で得られることになり、特に相互相関ピークの有
り無しあるいは強弱によって入力光情報ａとｂがどの程
度似ているかを識別することができる。
つの光情報入力手段のうち少なくとも１つは液晶ディス
プレイなどの電気入力可能な空間光変調器であり、これ
らにより入力される光情報を例えばａとｂとすると、位
相共役情報を形成し重ね合わせることによりａ＋ｂ、あ
るいはａ−ｂの和情報あるいは差情報に変換することが
できる。そしてａ＋ｂあるいはａ−ｂをフーリエ変換レ
ンズでフーリエ変換した後、光スイッチを用いてフーリ
エ変換された和情報Ａ＋Ｂのみを、光導電膜のスイッチ
ング特性を用いて情報の光入力を可能とした液晶素子
（以下、これを光書き込み型液晶空間光変調器と呼ぶ）
や、Bi12SiO20単結晶の光導電特性およびパッケルス効
果を利用して情報の光入力を可能とした素子（以下、こ
れをPROMとよぶ）などの空間光変調器に記録する。次
に、フーリエ変換された差情報Ａ−Ｂをフーリエ変換さ
れた和情報Ａ＋Ｂと光軸が一致するように重ね合わせて
上記の空間光変調器に入力する。このとき差情報を和情
報と同一モードで入力すると上記の空間光変調器内には
|A＋B|2＋|A−B|2すなわち２（A2＋B2）が記録され、差
情報を和情報と異なったモードで入力すれば空間光変調
器内には|A＋B|2−|A−B|2すなわち2A＊Ｂの実部が記録
される。従って、空間光変調器に記録された入力情報を
再び読みだしてレンズを用いてフーリエ変換してやれば
入力情報ａとｂの自己相関の和あるいは相互相関ピーク
が単独で得られることになり、特に相互相関ピークの有
り無しあるいは強弱によって入力光情報ａとｂがどの程
度似ているかを識別することができる。
以下に本発明の光パターン認識装置を図面を参照しな
がら実施例を用いて説明する。第１図は本発明の光パタ
ーン認識装置の基本構成図である。第１図において１は
入力光源系、２は光情報入力手段、３は位相共役情報発
生系、４は第１の合波系、５は光スイッチ、６は第１の
フーリエ変換系、７は第２の合波系、８は光入力可能な
空間光変調器、９は読みだし光源系、10は第２のフーリ
エ変換系、11は光検出系、12aおよび12bは外部の電気系
あるいは光学系である。また第１図で矢印の付いた実線
は光情報の流れを示し、aiはｉ番目の光情報入力手段か
ら入力された光情報、ai ＊はaiの位相共役情報、Aiはai
のフーリエ変換である。入力光源系１はアルゴンレーザ
やヘリウム・ネオンレーザあるいは半導体レーザなどか
ら得られたコヒーレント光をビーム拡大あるいは成形し
て光情報入力手段２の各々へ適度な強度で分波入力す
る。光情報入力手段２は液晶ディスプレイやエレクトロ
クロミックディプレイなどの電気的手段を用いた情報を
入力する空間光変調器や、あるいは光書込型液晶空間光
変調器やPROMなどの光学的手段を用いて情報を入力する
空間光変調器を用いることによって、外部の電気系ある
いは光学系12aから光情報を入力することができる。こ
の場合、光情報入力手段２は少なくとも２個の、一般的
にはｎ（ｎは自然数）個用いる必要がある。光情報入力
手段２に記録された情報は、入力光源系１からの光によ
って読みだされ、位相共役情報発生系３に入り位相共役
情報に変換される。位相共役情報に変換されたｎ個の光
情報は第１の合波系４によって任意の２つの光情報が重
ね合わされ、光スイッチ５に達する。このとき光スイッ
チ５の一方には上記の任意の２つの光情報の和情報が、
他方には差情報が入力される。次に和情報が入力される
光スイッチを光が透過する状態、他方の光スイッチは光
が透過しない状態として和情報のみを第１のフーリエ変
換系６でフーリエ変換し第２の合波系７を通して光入力
可能な空間光変調器８に記録する。次に差情報が入力さ
れる光スイッチは光が透過する状態、他方の光スイッチ
は光が透過しない状態にして差情報のみを第１のフーリ
エ変換系６でフーリエ変換し第２の合波系７を通して光
入力可能な空間光変調器８に記録する。このとき第２の
合波系は上記和情報と差情報を光入力可能な空間光変調
器８に光軸が重なるように記録できるように光学部品が
配置された光学系である。光入力可能な空間光変調器８
に重ね書きされたフーリエ変換された和情報および差情
報は、読みだし光学系９からの光によって読みだされた
後、第２のフーリエ変換系10によって光学的にフーリエ
変換され光検出系11によって検出される。このとき検出
される出力は上記和情報と差情報が同一モードで光入力
可能な空間光変調器８に記録されれば前記任意の２つの
情報の自己相関となり、上記和情報と差情報が互いに逆
モードで記録されれば前記任意の２つの情報の相互相関
となる。このとき同一モードとは光入力可能な空間光変
調器７に光が入射した場合にフーリエ変換された和情報
もフーリエ変換された差情報も記録モードで、あるいは
フーリエ変換された和情報もフーリエ変換された差情報
も消去モードで記録することを意味し、逆モードとは光
入力可能な空間光変調器７に光が入射した場合にフーリ
エ変換された和情報を記録モードで、フーリエ変換され
た差情報を消去モードで記録するか、もしくはフーリエ
変換された和情報を消去モードで、フーリエ変換された
差情報を記録モードで記録するような記録モード意味す
る。また位相共役情報発生系３はBi12SiO20単結晶やBaT
iO3単結晶などの光屈折性材料（Photorefractive Mater
ial）を用いた自己ポンプ法あるいは縮退四光波混合法
を行うことができる光学系である。なお、光検出系11か
ら得られた出力信号は再び外部の電気系あるいは光学系
12bに入り処理される。
がら実施例を用いて説明する。第１図は本発明の光パタ
ーン認識装置の基本構成図である。第１図において１は
入力光源系、２は光情報入力手段、３は位相共役情報発
生系、４は第１の合波系、５は光スイッチ、６は第１の
フーリエ変換系、７は第２の合波系、８は光入力可能な
空間光変調器、９は読みだし光源系、10は第２のフーリ
エ変換系、11は光検出系、12aおよび12bは外部の電気系
あるいは光学系である。また第１図で矢印の付いた実線
は光情報の流れを示し、aiはｉ番目の光情報入力手段か
ら入力された光情報、ai ＊はaiの位相共役情報、Aiはai
のフーリエ変換である。入力光源系１はアルゴンレーザ
やヘリウム・ネオンレーザあるいは半導体レーザなどか
ら得られたコヒーレント光をビーム拡大あるいは成形し
て光情報入力手段２の各々へ適度な強度で分波入力す
る。光情報入力手段２は液晶ディスプレイやエレクトロ
クロミックディプレイなどの電気的手段を用いた情報を
入力する空間光変調器や、あるいは光書込型液晶空間光
変調器やPROMなどの光学的手段を用いて情報を入力する
空間光変調器を用いることによって、外部の電気系ある
いは光学系12aから光情報を入力することができる。こ
の場合、光情報入力手段２は少なくとも２個の、一般的
にはｎ（ｎは自然数）個用いる必要がある。光情報入力
手段２に記録された情報は、入力光源系１からの光によ
って読みだされ、位相共役情報発生系３に入り位相共役
情報に変換される。位相共役情報に変換されたｎ個の光
情報は第１の合波系４によって任意の２つの光情報が重
ね合わされ、光スイッチ５に達する。このとき光スイッ
チ５の一方には上記の任意の２つの光情報の和情報が、
他方には差情報が入力される。次に和情報が入力される
光スイッチを光が透過する状態、他方の光スイッチは光
が透過しない状態として和情報のみを第１のフーリエ変
換系６でフーリエ変換し第２の合波系７を通して光入力
可能な空間光変調器８に記録する。次に差情報が入力さ
れる光スイッチは光が透過する状態、他方の光スイッチ
は光が透過しない状態にして差情報のみを第１のフーリ
エ変換系６でフーリエ変換し第２の合波系７を通して光
入力可能な空間光変調器８に記録する。このとき第２の
合波系は上記和情報と差情報を光入力可能な空間光変調
器８に光軸が重なるように記録できるように光学部品が
配置された光学系である。光入力可能な空間光変調器８
に重ね書きされたフーリエ変換された和情報および差情
報は、読みだし光学系９からの光によって読みだされた
後、第２のフーリエ変換系10によって光学的にフーリエ
変換され光検出系11によって検出される。このとき検出
される出力は上記和情報と差情報が同一モードで光入力
可能な空間光変調器８に記録されれば前記任意の２つの
情報の自己相関となり、上記和情報と差情報が互いに逆
モードで記録されれば前記任意の２つの情報の相互相関
となる。このとき同一モードとは光入力可能な空間光変
調器７に光が入射した場合にフーリエ変換された和情報
もフーリエ変換された差情報も記録モードで、あるいは
フーリエ変換された和情報もフーリエ変換された差情報
も消去モードで記録することを意味し、逆モードとは光
入力可能な空間光変調器７に光が入射した場合にフーリ
エ変換された和情報を記録モードで、フーリエ変換され
た差情報を消去モードで記録するか、もしくはフーリエ
変換された和情報を消去モードで、フーリエ変換された
差情報を記録モードで記録するような記録モード意味す
る。また位相共役情報発生系３はBi12SiO20単結晶やBaT
iO3単結晶などの光屈折性材料（Photorefractive Mater
ial）を用いた自己ポンプ法あるいは縮退四光波混合法
を行うことができる光学系である。なお、光検出系11か
ら得られた出力信号は再び外部の電気系あるいは光学系
12bに入り処理される。
次に2,3の実施例について説明する。第２図は透過型
空間光変調器を用いた場合の光パターン認識装置の構成
図である。第２図において13はアルゴンレーザ、14は第
１のビームエキスパンダ、15は第１のハーフミラー、16
は第２のハーフミラー、17は第１の液晶ディスプレイ、
18は第２の液晶ディスプレイ、19は第１のミラー、20は
第２のミラー、21は第１の集光レンズ、22は第２の集光
レンズ、23はBaTiO3単結晶、24は第１の液晶光シャッ
タ、25は第２の液晶光シャッタ、26は第１のフーリエ変
換レンズ、27は第２のフーリエ変換レンズ、28は第３の
ミラー、29は第３のハーフミラー、30は第４のハールミ
ラー、31はヘリウムネオンレーザ、32は第２のビームエ
キスパンダ、33は第３の液晶光シャッタ、34はPROM、35
は第３のフーリエ変換レンズ、36はCCDである。13,14,1
5,16は第１図における入力光源系１に、17,18は第１図
における光情報入力手段２に、19,20,21,23は第１図に
おける位相共役情報発生系３に、15,16は第１図におけ
る第１の合波系４に、24,25は第１図における光スイッ
チ５に、26,27は第１図における第１のフーリエ変換系
６に、28,29は第１図における第２の合波系７に、34は
第１図における光入力可能な空間光変調器８に、30,31,
32,33は第１図における読みだし光源系９に、36は第１
図における光検出系11にそれぞれ相当するものである。
第１の液晶ディスプレイおよび第２の液晶ディスプレイ
17,18としては、通常の液晶テレビに用いられている単
純マトリックス型の白黒液晶ディスプレイを用いた。ア
ルゴンレーザの照射によって入力情報の表示特性が変化
しないものならばTFT（Thin Film Transister）を使っ
たアクティブマトリックス型の白黒液晶ディスプレイを
用いてもよい。またBaTiO3単結晶23への光の入射角はBa
TiO3単結晶のａ軸に対して−15度および−19度の角度と
した。また第１の液晶ディスプレイ17および第２の液晶
ディスプレイ18への入力像の大きさは直径約10mmとし
た。さらに、書き込み光であるアルゴンレーザ13のビー
ム径は直径約12mm、読みだし光であるヘリウムネオンレ
ーザ31のビーム径は直径約15mmとした。また、アルゴン
レーザ13の出力は100mWでありヘリウムネオンレーザ31
の出力は5mWである。用いたアルゴンレーザ13の波長は5
14nm、ヘリウムネオンレーザ31の波長は633nmである。
また第１の液晶ディスプレイ17と第２の液晶ディスプレ
イ18および第１の集光レンズ21と第２の集光レンズ22は
第２のハーフミラー16に対して共役な位置に配した。さ
らに、16から19を経て23に至る光路長と16から22を経て
23に至る光路長の差が、アルゴンレーザ13のコヒーレン
ト長よりも長くならないようにした。また、第１のフー
リエ変換レンズ26および第２のフーリエ変換レンズ27
は、17および18がこれらの前焦点に来るように配置し、
34は26,27の後焦点に来るように配置した。このとき34
への入力像の大きさが適当でない場合は29と34の間に結
像拡大レンズを配し26あるいは27により形成されたフー
リエ変換像を拡大した後34に入力する必要がある。そし
て34と36はそれぞれ35の前焦点および後焦点位置に配
し、36への入力像の大きさが適当でない場合は再び35と
36の間に結像拡大レンズを配し35により形成されたフー
リエ変換像を拡大した後36へ入力する必要がある。さら
にPROM34には直流高圧電源を用いて1.6〜2.0kVの直流電
圧を印加して用いた。また、入力像としてはゴシック体
のアルファベットの大文字あるいは時計のムーブメント
を用いた。入力方法としては、まず参照像としてコンピ
ュータ内に記憶してあるアルファベットあるいは時計の
ムーブメントの一つをビデオ信号を介して第１の液晶デ
ィスプレイ17に入力しておく。また信号像として紙面上
に書かれた任意のゴシック体のアルファベットの大文字
あるいはベルトコンベア上に配された任意の時計ムーブ
メントをCCDカメラで第１の液晶ディスプレイ17に入力
された参照像と同じ大きさ、同じ向きになるように第２
の液晶ディスプレイ18に入力した。13から出射された51
4nmのレーザ光は14によってビームを拡げられ15によっ
て約50％透過し16によって約50％ずつ分岐されて17およ
び18に入射する。17に入射したレーザ光は17の参照像の
情報を乗せて19で反射され21によって集光されながら20
で反射され23に集束する。23は自己ポンプ作用によって
17の参照像の位相共役像を発生し、この参照像の位相共
役像は21,19および17を経て16に達する。同様に18の入
力像は22,20を経て23に達し、23の自己ポンプ作用によ
って位相共役像に変換され再び20,22および18を経て16
に達する。このようにして16に入射した参照像と入力像
の位相共役像は16および15で合波された後24と25に達す
る。まず24のみを透過状態にし25は不透過状態にしてお
くと、参照情報と入力情報の和情報のみが26でフーリエ
変換されて29,30を通して34に記録される。このとき34
には入力面側に負電圧が印加され出力面側は接地されて
いる。もしくは入力面側は接地されており出力面側は正
電圧が印加されているものとする。以下、この状態を記
録モードと呼ぶ。次に24は不透過状態にし25は透過状態
にしておくと、参照情報と入力情報の差情報のみが27で
フーリエ変換されて29,30を通して34に記録される。こ
のとき34には入力面側も出力面側も接地されているかも
しくは入力面側に正電圧が印加されており、出力面側は
接地されている状態であるとする。以下、この状態を消
去モードと呼ぶ。このとき和情報と差情報は34上に光軸
が一致するように記録されている。次に31からの633nm
の光で32,33,30を介して34に記録された情報を読みだし
35でフーリエ変換すれば36には参照情報と入力情報の相
互相関ピークが検出される。また和情報を消去モード
で、差情報を記録モードで34に記録すれば36で得られる
出力は参照情報と入力情報の自己相関ピークとなる。な
お上記のようにして自己相関ピークを得るためには和情
報を消去する前にあらかじめPROM34に情報を含まない均
一な強度分布を持った光を照射し記録しておく必要があ
る。このようにしてアルファベットの大文字あるいは時
計のムーブメントの相関像を準光学的に得ることがで
き、光パターン認識の速度もビデオレートで行うことが
できた。
空間光変調器を用いた場合の光パターン認識装置の構成
図である。第２図において13はアルゴンレーザ、14は第
１のビームエキスパンダ、15は第１のハーフミラー、16
は第２のハーフミラー、17は第１の液晶ディスプレイ、
18は第２の液晶ディスプレイ、19は第１のミラー、20は
第２のミラー、21は第１の集光レンズ、22は第２の集光
レンズ、23はBaTiO3単結晶、24は第１の液晶光シャッ
タ、25は第２の液晶光シャッタ、26は第１のフーリエ変
換レンズ、27は第２のフーリエ変換レンズ、28は第３の
ミラー、29は第３のハーフミラー、30は第４のハールミ
ラー、31はヘリウムネオンレーザ、32は第２のビームエ
キスパンダ、33は第３の液晶光シャッタ、34はPROM、35
は第３のフーリエ変換レンズ、36はCCDである。13,14,1
5,16は第１図における入力光源系１に、17,18は第１図
における光情報入力手段２に、19,20,21,23は第１図に
おける位相共役情報発生系３に、15,16は第１図におけ
る第１の合波系４に、24,25は第１図における光スイッ
チ５に、26,27は第１図における第１のフーリエ変換系
６に、28,29は第１図における第２の合波系７に、34は
第１図における光入力可能な空間光変調器８に、30,31,
32,33は第１図における読みだし光源系９に、36は第１
図における光検出系11にそれぞれ相当するものである。
第１の液晶ディスプレイおよび第２の液晶ディスプレイ
17,18としては、通常の液晶テレビに用いられている単
純マトリックス型の白黒液晶ディスプレイを用いた。ア
ルゴンレーザの照射によって入力情報の表示特性が変化
しないものならばTFT（Thin Film Transister）を使っ
たアクティブマトリックス型の白黒液晶ディスプレイを
用いてもよい。またBaTiO3単結晶23への光の入射角はBa
TiO3単結晶のａ軸に対して−15度および−19度の角度と
した。また第１の液晶ディスプレイ17および第２の液晶
ディスプレイ18への入力像の大きさは直径約10mmとし
た。さらに、書き込み光であるアルゴンレーザ13のビー
ム径は直径約12mm、読みだし光であるヘリウムネオンレ
ーザ31のビーム径は直径約15mmとした。また、アルゴン
レーザ13の出力は100mWでありヘリウムネオンレーザ31
の出力は5mWである。用いたアルゴンレーザ13の波長は5
14nm、ヘリウムネオンレーザ31の波長は633nmである。
また第１の液晶ディスプレイ17と第２の液晶ディスプレ
イ18および第１の集光レンズ21と第２の集光レンズ22は
第２のハーフミラー16に対して共役な位置に配した。さ
らに、16から19を経て23に至る光路長と16から22を経て
23に至る光路長の差が、アルゴンレーザ13のコヒーレン
ト長よりも長くならないようにした。また、第１のフー
リエ変換レンズ26および第２のフーリエ変換レンズ27
は、17および18がこれらの前焦点に来るように配置し、
34は26,27の後焦点に来るように配置した。このとき34
への入力像の大きさが適当でない場合は29と34の間に結
像拡大レンズを配し26あるいは27により形成されたフー
リエ変換像を拡大した後34に入力する必要がある。そし
て34と36はそれぞれ35の前焦点および後焦点位置に配
し、36への入力像の大きさが適当でない場合は再び35と
36の間に結像拡大レンズを配し35により形成されたフー
リエ変換像を拡大した後36へ入力する必要がある。さら
にPROM34には直流高圧電源を用いて1.6〜2.0kVの直流電
圧を印加して用いた。また、入力像としてはゴシック体
のアルファベットの大文字あるいは時計のムーブメント
を用いた。入力方法としては、まず参照像としてコンピ
ュータ内に記憶してあるアルファベットあるいは時計の
ムーブメントの一つをビデオ信号を介して第１の液晶デ
ィスプレイ17に入力しておく。また信号像として紙面上
に書かれた任意のゴシック体のアルファベットの大文字
あるいはベルトコンベア上に配された任意の時計ムーブ
メントをCCDカメラで第１の液晶ディスプレイ17に入力
された参照像と同じ大きさ、同じ向きになるように第２
の液晶ディスプレイ18に入力した。13から出射された51
4nmのレーザ光は14によってビームを拡げられ15によっ
て約50％透過し16によって約50％ずつ分岐されて17およ
び18に入射する。17に入射したレーザ光は17の参照像の
情報を乗せて19で反射され21によって集光されながら20
で反射され23に集束する。23は自己ポンプ作用によって
17の参照像の位相共役像を発生し、この参照像の位相共
役像は21,19および17を経て16に達する。同様に18の入
力像は22,20を経て23に達し、23の自己ポンプ作用によ
って位相共役像に変換され再び20,22および18を経て16
に達する。このようにして16に入射した参照像と入力像
の位相共役像は16および15で合波された後24と25に達す
る。まず24のみを透過状態にし25は不透過状態にしてお
くと、参照情報と入力情報の和情報のみが26でフーリエ
変換されて29,30を通して34に記録される。このとき34
には入力面側に負電圧が印加され出力面側は接地されて
いる。もしくは入力面側は接地されており出力面側は正
電圧が印加されているものとする。以下、この状態を記
録モードと呼ぶ。次に24は不透過状態にし25は透過状態
にしておくと、参照情報と入力情報の差情報のみが27で
フーリエ変換されて29,30を通して34に記録される。こ
のとき34には入力面側も出力面側も接地されているかも
しくは入力面側に正電圧が印加されており、出力面側は
接地されている状態であるとする。以下、この状態を消
去モードと呼ぶ。このとき和情報と差情報は34上に光軸
が一致するように記録されている。次に31からの633nm
の光で32,33,30を介して34に記録された情報を読みだし
35でフーリエ変換すれば36には参照情報と入力情報の相
互相関ピークが検出される。また和情報を消去モード
で、差情報を記録モードで34に記録すれば36で得られる
出力は参照情報と入力情報の自己相関ピークとなる。な
お上記のようにして自己相関ピークを得るためには和情
報を消去する前にあらかじめPROM34に情報を含まない均
一な強度分布を持った光を照射し記録しておく必要があ
る。このようにしてアルファベットの大文字あるいは時
計のムーブメントの相関像を準光学的に得ることがで
き、光パターン認識の速度もビデオレートで行うことが
できた。
また第２図における空間光変調器34であるPROMのかわ
りに反射型空間光変調器である光書き込み型空間光変調
器を用いることもできる。光書き込み型空間光変調器に
は液晶を用いた光書き込み型液晶空間光変調器が良く知
られており、液晶材料にTN液晶を用いたものと強誘電性
液晶を用いたものがある。TN液晶を用いたものは階調記
録が可能であるが応答速度が遅く、また強誘電性液晶を
用いたものは応答速度が速いが２値記録しかできないと
いう欠点がある。しかしどちらの型の光書き込み型液晶
空間光変調器も解像度がPROMに比べて著しく優れており
コントラストも充分大きな値を有しているため本発明の
光パターン認識装置で用いることは極めて有効である。
第２図は光書き込み型強誘電液晶空間光変調器を用いた
場合の光パターン認識装置の構成図を示したものであ
る。37は光書き込み型強誘電液晶空間光変調器である。
第３図は第２図に比べて読みだし光学系の挿入位置が空
間光変調器の検出器側にきていることのみ異なってい
る。しかし上述したように37は50〜1501P/mmという極め
て高い解像度を持っているために高い空間周波数を持っ
た光情報の記録ができ、そのために光パターン認識の精
度を向上させることができたと同時に装置の寸法も小さ
くできた。ただし本発明で用いた光書き込み型強誘電液
晶空間光変調器は２値記録しかできないために最もパタ
ーン認識率が高くなるように書き込み光強度に対する動
作しきい値電圧を設定して用いた。TN液晶を用いた空間
光変調器を用いる場合はこのような操作は必要としな
い。
りに反射型空間光変調器である光書き込み型空間光変調
器を用いることもできる。光書き込み型空間光変調器に
は液晶を用いた光書き込み型液晶空間光変調器が良く知
られており、液晶材料にTN液晶を用いたものと強誘電性
液晶を用いたものがある。TN液晶を用いたものは階調記
録が可能であるが応答速度が遅く、また強誘電性液晶を
用いたものは応答速度が速いが２値記録しかできないと
いう欠点がある。しかしどちらの型の光書き込み型液晶
空間光変調器も解像度がPROMに比べて著しく優れており
コントラストも充分大きな値を有しているため本発明の
光パターン認識装置で用いることは極めて有効である。
第２図は光書き込み型強誘電液晶空間光変調器を用いた
場合の光パターン認識装置の構成図を示したものであ
る。37は光書き込み型強誘電液晶空間光変調器である。
第３図は第２図に比べて読みだし光学系の挿入位置が空
間光変調器の検出器側にきていることのみ異なってい
る。しかし上述したように37は50〜1501P/mmという極め
て高い解像度を持っているために高い空間周波数を持っ
た光情報の記録ができ、そのために光パターン認識の精
度を向上させることができたと同時に装置の寸法も小さ
くできた。ただし本発明で用いた光書き込み型強誘電液
晶空間光変調器は２値記録しかできないために最もパタ
ーン認識率が高くなるように書き込み光強度に対する動
作しきい値電圧を設定して用いた。TN液晶を用いた空間
光変調器を用いる場合はこのような操作は必要としな
い。
第４図は位相共役発生系として光屈性性結晶としてBa
TiO3を用いた縮退四光波混合法を用いた場合の光パター
ン認識装置の構成図である。38は第５のハーフミラー、
39は第４のミラー、40は第５のミラー、41は第６のミラ
ー、42は第７のミラー、43は第６のハーフミラー、44は
半波長板である。縮退四光波混合法は入力光の増幅がで
きるため第４図17,18によって入力される光情報強度が
極めて弱くなる場合にも大きな強度の位相共役情報が得
られるという特徴を持っている。第４図において19,20,
21,22,23,38,39,40,41,42,43,44が位相共役情報発生系
を構成している。第４図における位相共役情報発生系以
外の系は第３図と同じ構成である。第４図における15,4
2はプローブ光を作り出し、38,39,44,40,41はポンプ光
を作り出す。このようにして作られたプローブ光は第４
図17からの入力光情報および第４図18からの参照光情報
と互いに干渉し第４図の23にホログラムを記録し、ポン
プ光は記録されたホログラムを再生し入力光情報と参照
光情報の位相共役情報を作り出す。なお38の反射率は50
％であり、44はプローブ光および入力光情報および参照
光情報とポンプ光が非干渉性になるようにポンプ光の直
線偏光の向きを180度回転させるためのものである。第
４図のように構成した光パターン認識装置を第３図に示
した光パターン認識装置と同様の動作をさせたところ極
めて弱い強度の入力光情報しか用いることができない場
合でも感度の高い光パターン認識を行うことができた。
TiO3を用いた縮退四光波混合法を用いた場合の光パター
ン認識装置の構成図である。38は第５のハーフミラー、
39は第４のミラー、40は第５のミラー、41は第６のミラ
ー、42は第７のミラー、43は第６のハーフミラー、44は
半波長板である。縮退四光波混合法は入力光の増幅がで
きるため第４図17,18によって入力される光情報強度が
極めて弱くなる場合にも大きな強度の位相共役情報が得
られるという特徴を持っている。第４図において19,20,
21,22,23,38,39,40,41,42,43,44が位相共役情報発生系
を構成している。第４図における位相共役情報発生系以
外の系は第３図と同じ構成である。第４図における15,4
2はプローブ光を作り出し、38,39,44,40,41はポンプ光
を作り出す。このようにして作られたプローブ光は第４
図17からの入力光情報および第４図18からの参照光情報
と互いに干渉し第４図の23にホログラムを記録し、ポン
プ光は記録されたホログラムを再生し入力光情報と参照
光情報の位相共役情報を作り出す。なお38の反射率は50
％であり、44はプローブ光および入力光情報および参照
光情報とポンプ光が非干渉性になるようにポンプ光の直
線偏光の向きを180度回転させるためのものである。第
４図のように構成した光パターン認識装置を第３図に示
した光パターン認識装置と同様の動作をさせたところ極
めて弱い強度の入力光情報しか用いることができない場
合でも感度の高い光パターン認識を行うことができた。
以上説明してきた本発明の光パターン認識装置に用い
る光屈折性結晶としては、BaTiO3以外にもStxBa1-xNbO3
（０＜ｘ＜１）およびLiNbO3およびBi12SiO20などの結
晶を用いることができた。また、入力光源13として半導
体レーザで励起された固体レーザを用い、読みだし光源
31として半導体レーザを用いることもできる。なお、任
意に光入力可能な空間光変調器へ入力するフーリエ変換
された和情報および差情報は倍率および像の回転および
横ずれのないように厳密に重ね合わせて記録できるよう
な注意が必要である。
る光屈折性結晶としては、BaTiO3以外にもStxBa1-xNbO3
（０＜ｘ＜１）およびLiNbO3およびBi12SiO20などの結
晶を用いることができた。また、入力光源13として半導
体レーザで励起された固体レーザを用い、読みだし光源
31として半導体レーザを用いることもできる。なお、任
意に光入力可能な空間光変調器へ入力するフーリエ変換
された和情報および差情報は倍率および像の回転および
横ずれのないように厳密に重ね合わせて記録できるよう
な注意が必要である。
以上述べなように、本発明の光パターン認識装置はCC
Dカメラや結像光学系などの外部の電気系あるいは光学
系からの２次元画像情報をコヒーレント光画像情報に変
換する少なくとも２つの光情報入力手段と、これら各々
のコヒーレント光画像情報の位相共役情報を形成し前記
位相共役情報を重ね合わせることにより前記コヒーレン
ト光画像情報の和情報あるいは差情報を得る手段を有
し、上記和情報あるいは差情報をフーリエ変換レンズに
よりフーリエ変換した後、フーリエ変換された前記和情
報あるいは差情報を光スイッチを介して順次記録モード
および記録モード、あるいは消去モードおよび消去モー
ド、あるいは記録モードおよび消去モードで、光入力可
能な空間光変調器に光軸が一致するように重ね合わせて
記録し、再びコヒーレント光を用いて読みだし、フーリ
エ変換レンズによってフーリエ変換してから光検出器な
どの前記２次元画像情報の相互相関あるいは自己相関ピ
ークを検出し電気信号に変換する手段を有する構造とす
ることによって、高速にあるいは高精度にあるいは高感
度に光パターン認識をすることができ文字あるいは図形
の識別を必要とするシステム、例えば原稿清書装置やロ
ボットシステムや形状計測装置あるいは音声認識装置な
どに対する効果は極めて大きい。
Dカメラや結像光学系などの外部の電気系あるいは光学
系からの２次元画像情報をコヒーレント光画像情報に変
換する少なくとも２つの光情報入力手段と、これら各々
のコヒーレント光画像情報の位相共役情報を形成し前記
位相共役情報を重ね合わせることにより前記コヒーレン
ト光画像情報の和情報あるいは差情報を得る手段を有
し、上記和情報あるいは差情報をフーリエ変換レンズに
よりフーリエ変換した後、フーリエ変換された前記和情
報あるいは差情報を光スイッチを介して順次記録モード
および記録モード、あるいは消去モードおよび消去モー
ド、あるいは記録モードおよび消去モードで、光入力可
能な空間光変調器に光軸が一致するように重ね合わせて
記録し、再びコヒーレント光を用いて読みだし、フーリ
エ変換レンズによってフーリエ変換してから光検出器な
どの前記２次元画像情報の相互相関あるいは自己相関ピ
ークを検出し電気信号に変換する手段を有する構造とす
ることによって、高速にあるいは高精度にあるいは高感
度に光パターン認識をすることができ文字あるいは図形
の識別を必要とするシステム、例えば原稿清書装置やロ
ボットシステムや形状計測装置あるいは音声認識装置な
どに対する効果は極めて大きい。
第１図は本発明の光パターン認識装置の基本構成図であ
り、第２図は透過型空間光変調器を用いた場合の光パタ
ーン認識装置の構成図であり、第３図は反射型空間光変
調器を用いた場合の光パターン認識装置の構成図であ
り、第４図は縮退四光波混合法を用いた場合の光パター
ン認識装置の構成図である。 １……入力光源系 ２……光情報入力手段 ３……位相共役情報発生系 ４……第１の合波系 ５……光スイッチ ６……第１のフーリエ変換系 ７……第２の合波系 ８……光入力可能な空間光変調器 ９……読みだし光源系 10……第２のフーリエ変換系 11……光検出系 12a,12b……外部の電気系あるいは光学系 13……アルゴンレーザ 14……第１のビームエキスパンダ 15……第１のハーフミラー 16……第２のハーフミラー 17……第１の液晶ディスプレイ 18……第２の液晶ディスプレイ 19……第１のミラー 20……第２のミラー 21……第１の集光レンズ 22……第２の集光レンズ 23……BaTiO3単結晶 24……第１の液晶光シャッタ 25……第２の液晶光シャッタ 26……第１のフーリエ変換レンズ 27……第２のフーリエ変換レンズ 28……第３のミラー 29……第３のハーフミラー 30……第４のハーフミラー 31……ヘリウムネオンレーザ 32……第２のビームエキスパンダ 33……第３の液晶光シャッタ 34……PROM 35……第３のフーリエ変換レンズ 36……CCD 37……光書き込み型強誘電液晶空間光変調器 38……第５のハーフミラー 39……第４のミラー 40……第５のミラー 41……第６のミラー 42……第７のミラー 43……第６のハーフミラー 44……半波長板
り、第２図は透過型空間光変調器を用いた場合の光パタ
ーン認識装置の構成図であり、第３図は反射型空間光変
調器を用いた場合の光パターン認識装置の構成図であ
り、第４図は縮退四光波混合法を用いた場合の光パター
ン認識装置の構成図である。 １……入力光源系 ２……光情報入力手段 ３……位相共役情報発生系 ４……第１の合波系 ５……光スイッチ ６……第１のフーリエ変換系 ７……第２の合波系 ８……光入力可能な空間光変調器 ９……読みだし光源系 10……第２のフーリエ変換系 11……光検出系 12a,12b……外部の電気系あるいは光学系 13……アルゴンレーザ 14……第１のビームエキスパンダ 15……第１のハーフミラー 16……第２のハーフミラー 17……第１の液晶ディスプレイ 18……第２の液晶ディスプレイ 19……第１のミラー 20……第２のミラー 21……第１の集光レンズ 22……第２の集光レンズ 23……BaTiO3単結晶 24……第１の液晶光シャッタ 25……第２の液晶光シャッタ 26……第１のフーリエ変換レンズ 27……第２のフーリエ変換レンズ 28……第３のミラー 29……第３のハーフミラー 30……第４のハーフミラー 31……ヘリウムネオンレーザ 32……第２のビームエキスパンダ 33……第３の液晶光シャッタ 34……PROM 35……第３のフーリエ変換レンズ 36……CCD 37……光書き込み型強誘電液晶空間光変調器 38……第５のハーフミラー 39……第４のミラー 40……第５のミラー 41……第６のミラー 42……第７のミラー 43……第６のハーフミラー 44……半波長板
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) G06T 7/00 G02B 27/46 G02F 3/00
Claims (1)
- 【請求項１】２つの２次元画像情報を変換して得られた
各々のコヒーレント光画像情報の位相共役情報を形成
し、前記位相共役情報を重ね合わせることにより前記コ
ヒーレント光画像情報の和情報あるいは差情報を得る手
段と、 上記和情報あるいは差情報をフーリエ変換レンズにより
フーリエ変換した後、フーリエ変換された前記和情報と
差情報を、光入力可能な空間光変調器に重ね合わせて記
録し、再びコヒーレント光を用いて読みだし、フーリエ
変換レンズによってフーリエ変換して前記２つの２次元
画像情報の相互相関あるいは自己相関ピークを得る手段
と、を備えることを特徴とする光パターン認識装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1167759A JP2939887B2 (ja) | 1989-06-29 | 1989-06-29 | 光パターン認識装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1167759A JP2939887B2 (ja) | 1989-06-29 | 1989-06-29 | 光パターン認識装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0331973A JPH0331973A (ja) | 1991-02-12 |
| JP2939887B2 true JP2939887B2 (ja) | 1999-08-25 |
Family
ID=15855567
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1167759A Expired - Fee Related JP2939887B2 (ja) | 1989-06-29 | 1989-06-29 | 光パターン認識装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2939887B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20070090170A1 (en) * | 2005-10-20 | 2007-04-26 | Endicott Interconnect Technologies, Inc. | Method of making a circuitized substrate having a plurality of solder connection sites thereon |
-
1989
- 1989-06-29 JP JP1167759A patent/JP2939887B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0331973A (ja) | 1991-02-12 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |