JP2942386B2 - 光認識装置 - Google Patents

光認識装置

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JP2942386B2 JP3186541A JP18654191A JP2942386B2 JP 2942386 B2 JP2942386 B2 JP 2942386B2 JP 3186541 A JP3186541 A JP 3186541A JP 18654191 A JP18654191 A JP 18654191A JP 2942386 B2 JP2942386 B2 JP 2942386B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は光認識装置に係り、特に
詳細には、光フーリエ変換を用いた認識システムに関す
る。
【0002】
【従来の技術】文字などのパターンを認識するシステム
として、従来から、コンピュータを用いて線分方向の特
徴抽出を行なうものが知られている。その一例として、
「コンピュートロール」NO.24,pp.61には、
“ネオコグニトロン”と呼ばれるシステムが提案され、
受容野の概念や線分抽出の概念が採り入れられ、文字認
識に応用されている。このネオコグニトロンでは、入力
像を電気信号としてコンピュータ内に読み込み、受容野
ごとに線分方向の特徴抽出を行なっている。そして、特
徴抽出の結果から、多層のニューラルネットにより文字
認識している。
【0003】一方、パターン認識において特徴抽出は有
効な手段であり、しかも、光演算による特徴抽出はその
並列性を生かし得ることから、フーリエ変換マッチドフ
ィルタを利用したシステムも知られている。図6はこの
システムを示す構成図である。図示の通り、入力像であ
る“A”の文字が表示される入力面1と出力像が結像さ
れる出力面6の間には、空間光変調器2、ハーフミラー
3、光フーリエ変換用レンズ4および光フーリエ変換用
レンズ4の焦点位置に置かれたフィルタ手段としてのス
リット部材5が配設されている。
【0004】このようなシステムでは、空間光変調器2
の光電面に入力面1の像に対応した電荷像が形成され、
これに対応して空間光変調器2の非線形光学結晶に屈折
率分布が形成される。したがって、ハーフミラー3を介
して空間光変調器2に読み出し用のレーザー光を照射す
れば、上記の屈折率分布すなわち入力面1の入力像に対
応した出力光が空間光変調器2より得られ、ハーフミラ
ー3を通って光フーリエ変換用レンズ4に与えられる。
従って、光フーリエ変換された入力パターンは、スリッ
ト部材5のスリットを通ることで、このスリット方向と
直交する線分方向で特徴抽出され、出力面6に入射す
る。このため、スリット部材5を光軸を中心に(θ方向
に)回転させることで、各線分方向の特徴抽出ができ
る。すなわち、出力面6での受光強度が、スリット部材
5の回転角θに応じて異なるので、パターン認識が可能
となる。
【0005】図7は、図6のシステムを並列処理可能に
したシステムの構成図である。このシステムでは、入力
面1の入力像を多重結像レンズ7で4個の入力像にし、
これによって得られた第2の入力面11の4つの入力像
を空間光変調器2に結像している。そして、4個の入力
像に対して、4つのレンズを有する多重光フーリエ変換
用レンズ41を配設し、ここからの光を、それぞれ方向
が異なる4つのスリットからなるスリット部材51に通
し、出力面61で4つの出力像を得ている。この場合に
は、スリット部材5を回転させることなく、異なる線分
方向(4つの方向)の特徴抽出ができる。
【0006】一方、上記の従来技術とは別に、演算処理
時間を短縮するために、光並列演算を利用したニューラ
ルネットも注目されている。このような技術は、例え
ば、光アソシアトロン(学習可能な光連想記憶システ
ム)として知られている(例えば、「サイエンスフォー
ラム社刊」、p.24)。この光アソシアトロンでは、
ニューラルネットの基本的な演算を全て光演算で実行し
ている。このシステムでは、全ての演算が並列的に行な
われるため、入力点数が増加しても、演算時間を長くす
ることがない。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
従来技術では、下記のような問題点があった。まず、コ
ンピュータによる線分方向の特徴抽出による認識システ
ムでは、逐次処理によっているため、処理時間が長くな
ってしまう。ちなみに、パーソナルコンピュータを用い
た場合には、記憶のために数時間を要し、認識のために
数秒間を要してしまう。
【0008】また、図6に示したフーリエ変換マッチド
フィルタを用いたシステムでは、スリット部材5を回転
させることが必要になり、また図7に示したシステムで
は、多数のスリット等を並列に設けることが必要にな
る。このため、いずれの場合も機能的に複雑となり、高
速処理にも適しない。
【0009】一方、光アソシアトロンを用いた技術で
は、光ニューラルネットに受容野の概念が加味されてい
ないため、位置ずれや歪に弱いという欠点があった。ま
た、このシステムにおける特徴抽出装置の出力は、相関
パターンや輝点として現れるために、次段の制御信号
(例えばシンボル)としての利用が難しかった。
【0010】そこで本発明は、構造が簡単であって、認
識処理を高速に行い得る光認識装置を提供することを目
的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】本発明は、入力像の光パ
ターンを認識する光認識装置において、入力像の画像を
光軸を中心に回転させる像回転装置と、回転された入力
像を光フーリエ変換する変換手段と、光フーリエ変換後
の入力像に対して特徴抽出機能を有するフィルタ手段と
を備え、フィルタ手段を通して得られた出力像にもとづ
き、入力像の光パターンを認識するよう構成されたこと
を特徴とする。ここで、出力像を光信号として受信し、
所定の態様でコーディングする光信号変換手段と、この
光信号変換手段の出力を任意のパターンに連想変換する
ニューラルネットワークを更に備えるようにしてもよ
い。
【0012】また、上記のシステムにおいて、入力像を
複数の部分画像に分割し、これらを並列処理するように
構成してもよい。
【0013】
【作用】本発明によれば、像回転装置で入力像を回転さ
せているので、スリット部材を回転させることなく、入
力像の各線分方向の特徴抽出が行なえる。そして、光ニ
ューラルネットとの好適なマッチングが実現されてい
る。
【0014】
【実施例】以下、添付図面に従って、本発明のいくつか
の実施例を説明する。
【0015】図1は第1実施例に係る光認識装置の構成
を示す斜視図である。これが図6の従来例と異なるの
は、入力面1と空間光変調器2の間に像回転装置8が設
けられている点と、スリット部材5が回転せずに固定さ
れている点である。
【0016】像回転装置8は入力像を光軸を中心に回転
させる機能を有し、具体的には図2のように構成され
る。真空チューブ81の一方の端部には入力面を構成す
る光ファイバプレート82が設けられ、この内面には光
電面83が形成されている。真空チューブ81の内部に
は電子レンズ用電極84と偏向電極85が設けられてい
る。そして、真空チューブ81の他方の端部には、光電
子の入射により発光する螢光面86が形成され、その前
面には電子像を増倍するマイクロチャンネルプレート
(MCP)87が設けられている。さらに、真空チュー
ブ81の外部には、像回転用のコイル88が設けられ
る。したがって、上記の像回転装置8を用いると、光フ
ァイバプレート82に入射された入力像を、所望の角度
θで高速に(例えば100μsで360度の回転が可能
である。)回転させて、螢光面86に出力することがで
きる。
【0017】空間光変調器2は、具体的には図3のよう
に構成される。すなわち、像回転装置8側のガラス基板
21a上にはITOなどの透明導電膜22aが形成さ
れ、その上に光電変換膜としてのa−Si:H層23が
形成され、その上に書き込み光(入力像)を反射する誘
電体ミラー24が形成される。他方、ハーフミラー3側
のガラス基板21b上には透明導電膜22bが形成さ
れ、この透明導電膜22bと誘電体ミラー24の間に、
配向膜25a,25bを両面に形成した強誘電性液晶2
6が配設されている。なお、強誘電性液晶26は接着剤
27により漏出が防止されている。この空間光変調器2
によれば、入力像が書き込み光(インコヒーレント光)
として与えられると、a−Si:H層23に入力像に応
じた電荷分布が生じる。このとき、読み出し光(コヒー
レント光)をハーフミラー3を介して入射すると、反射
防止膜28およびガラス基板21b、透明導電膜22b
を通って強誘電性液晶26に到達したときに位相変化が
生じ、検光板を通すことで入力像に対応したコヒーレン
ト出力光が得られる。
【0018】本実施例は以上のように構成されるため、
スリット部材5を回転させることなく各線分方向の特徴
抽出が行ない得る。すなわち、図1に示すように、入力
面1の入力像“A”に対して、像回転装置8でこれを図
中のイ、ロ、ハ、ニ、ホのように回転させると、それぞ
れの回転角でグレーティングレンズ等からなるレンズ4
により光フーリエ変換がされる。そして、スリット部材
5のスリット方向と直交する線分方向で特徴抽出され、
図中のイ、ロ、ハ、ニ、ホの実線で示される出力像が得
られる。この場合、像回転装置8は100μsで像の書
き換えを可能にできるので、高速処理が可能である。
【0019】なお、上記実施例では、フィルタ手段をス
リット部材5で構成したが、線分以外のフィルタをコン
ピュータホログラム(CGH)フィルタ等で構成し、特
定パターンとの相関をとることもできる。また、受光強
度の回軸角(θ)依存性として得られる演算結果につい
ては、回転角(時間軸)を軸方向にずらして、参照パタ
ーンとの相関をとるようにしてもよく、このようにすれ
ば、入力パターンの回転角の検出や、回転に対してイン
バリアント(不変)な処理ができる。さらに、像回転装
置8として用いている前処理用電子管は、像の拡大およ
び縮小機能も持っているため、パターンの拡大や縮小に
対して不変な特徴抽出を行ない得る。この場合には、入
力パターンを像回転装置8において拡大あるいは縮小
し、フィルタリングの結果を積分処理すればよい。
【0020】図4は第2実施例に係る光認識装置の構成
図である。各線分方向の特徴抽出装置100は図1に示
す装置であり、本実施例では、これに光信号変換装置2
00とニューラルネットワーク装置300が付設され
る。すなわち、特徴抽出装置100による特徴抽出デー
タを、高速かつ適応的に処理するために、光信号変換装
置200を介してニューラルネットワーク装置300に
入力し、連想処理を行なっている。ニューラルネットワ
ーク装置300では、多入力の信号に対して、任意のパ
ターンを出力する処理が可能であるため、二次元パター
ンや輝点として現れていた特徴抽出データにもとづき、
任意のパターンを求めることができる。光信号変換装置
200は、特徴抽出装置100の出力をニューラルネッ
トワーク装置300の信号にコーディングするもので、
例えば図4の場合では、特徴抽出装置100の出力が一
次元の時系列信号として現れるため、これをニューラル
ネットワーク装置300に合った形(二次元または一次
元のパターン)として表わす必要がある。このような光
信号変換装置200は、例えばストリーク管などの時間
/空間変換デバイスで実現できる。また、ニューラルネ
ットワーク装置300としては、光アソシアトロンに代
表される光演算のための装置が適用できる。
【0021】図5は第3実施例に係る光認識装置を示し
ている。これは多重マッチドフィルタを用いたもので、
入力面1の“A”の入力像は、図示しない多重結像器で
第2の入力面12に部分分割されて結像される。この7
個に部分分割された入力像は、像回転装置8に介して空
間光変調器29に入射され、電荷像が形成される。これ
は、図示しないハーフミラーを介して空間光変調器29
に与えられたコヒーレントな読み出し光で読み出され、
コヒーレントな出力光として多重の光フーリエ変換用レ
ンズ42に与えられる。そして、スリット方向が同一の
多重スリット部材52を通り、出力面62で部分分割さ
れた出力像が得られるようになっている。この出力像は
補正用の像回転装置9によって、位置ずれが補正され、
入力像と同じ位置関係に戻されることになる。これによ
り、部分分割によって生じた各々の受光野ごとに特徴抽
出がされる。
【0022】上記の実施例において、多重結像器や光フ
ーリエ変換用レンズ42としては、マルチレンズアレイ
やグレーティングアレイを用いることができ、空間光変
調器29としては空間光変調管や図3のFLC−SLM
を用いることができる。また、スリット部材5として
は、特定の形状のパターンを抽出するときには、ホログ
ラムフィルタやCGHを用いればよい。このシステムで
は、光演算を多重の二次元画像に対して完全並列的に行
なっているため、フィルタ数が増加しても演算時間が長
くなることはない。
【0023】この図5の実施例についても、図4に示し
た実施例のように、光信号変換装置200とニューラル
ネットワーク装置300を付設することができる。この
ようにすれば、ニューラルネットワーク装置300では
光信号変換装置200からの信号と、ニューラルネット
ワーク装置300自身が持つ記憶行列との積和演算によ
り、前述と同様の積和演算を行ない得る。そして、多重
決像器や多重フィルタを用いることにより、受容野ごと
の処理を行なっているが、完全な並列処理が可能である
ため、高速化を図ることができる。
【0024】
【発明の効果】以上の通り、本発明の光認識装置では、
像回転装置で入力像を回転させているので、スリット部
材を回転させることなく、入力像の各線分方向の特徴抽
出が行なえる。そして、光ニューラルネットとの好適な
マッチングが実現されている。このため、構造が簡単で
あって、認識処理を高速に行ない得る光認識装置が実現
できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1実施例に係る光認識装置を示す図である。
【図2】実施例に用いられる像回転装置を示す図であ
る。
【図3】実施例に用いられる空間光変調器を示す図であ
る。
【図4】第2実施例に係る光認識装置を示す図である。
【図5】第3実施例に係る光認識装置を示す図である。
【図6】従来例に係るマッチドフィルタを用いた光認識
装置を示す図である。
【図7】従来例に係る多重マッチドフィルタを用いた光
認識装置を示す図である。
【符号の説明】
1…入力面 2…空間光変調器 3…ハーフミラー 4…光フーリエ変換用レンズ 5…スリット部材 6…出力面 7…多重結像レンズ 8…像回転装置 9…像回転装置 100…特徴抽出装置 200…光信号変換装置 300…ニューラルネットワーク装置

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 入力像の光パターンを認識する光認識装
    置において、 前記入力像の画像を光軸を中心に回転させる像回転装置
    と、 回転された前記入力像を光フーリエ変換する変換手段
    と、 前記光フーリエ変換後の前記入力像に対して特徴抽出機
    能を有するフィルタ手段と、 を備え、前記フィルタ手段を通して得られた出力像にも
    とづき、前記入力像の光パターンを認識するよう構成さ
    れたことを特徴とする光認識装置。
  2. 【請求項2】 前記出力像を光信号として受信し、所定
    の態様でコーディングする光信号変換手段と、この光信
    号変換手段の出力を任意のパターンに連想変換するニュ
    ーラルネットワーク手段とを更に備える請求項1記載の
    光認識装置。
  3. 【請求項3】 入力像の光パターンを認識する光認識装
    置において、 前記入力像の画像を複数の部分画像に分割して結像する
    部分結像手段と、 分割された前記入力像の画像をそれぞれ光軸を中心に回
    転させる第1の像回転装置と、 回転された前記入力像を光フーリエ変換する変換手段
    と、 前記光フーリエ変換後の前記入力像に対して特徴抽出機
    能を有するフィルタ手段と、 特徴抽出後の前記入力像の位置ずれを補正する第2の像
    回転装置と、 を備え、前記第2の像回転装置を通して
    得られた出力像にもとづき、前記入力像の光パターンを
    認識するよう構成されたことを特徴とする光認識装置。
  4. 【請求項4】 前記出力像を光信号として受信し、所定
    の態様でコーディングする光信号変換手段と、この光信
    号変換手段の出力を任意のパターンに連想変換するニュ
    ーラルネットワーク手段とを更に備える請求項3記載の
    光認識装置。
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