JP2968083B2 - 光学的パタ−ン認識装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光学的な情報処理の分
野において利用される光学的パタ−ン認識装置に関す
る。即ち、認識連想処理、分類処理、特に、光計測分野
及び画像処理分野における情報処理の演算処理のための
光学的パタ−ン認識装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、参照画像群と被検画像の相互相
関を得る方法としては、従来、参照画像のフ−リエ変換
ホログラムを、参照光の方向を一つ一つの参照画像毎に
変えてホログラム化する、所謂、多重ホログラムを撮っ
て、相関フィルタにする第１の方法と、参照画像群と被
検画像の合同フ−リエ変換像を強度分布の形で記録した
後、コヒ−レント光で読み出し、再び、フ−リエ変換す
る第２の方法（特開昭５７−１３８６１６号、５７−２
１０３１６号、５８−２１７１６号参照）が、提案され
ている。

【０００３】然し乍ら、上記の第１の方法では、ホログ
ラム記憶素子が必要となるが、その代表的記録材料であ
る写真乾板では、乾板の現像に時間を要するとともに、
参照光の方向を一つ一の参照画像毎に変えるために、非
常に複雑な作業を必要としており、実時間処理を行なう
ことは不可能であった。

【０００４】また、一方、上記の第２の方法では、これ
らの欠点は解決されるが、合同フ−リエ変換画像は、各
参照画像同志及び各参照画像と被検画像とによる多重化
された干渉縞となるために、空間変調器のダイナミック
レンジや解像度に対して多過ぎる参照画像による合同フ
−リエ変換像を記録すると、干渉縞の可視性が極端に低
下し、実質的に、多数の被検画像の比較による認識に使
用することは不可能なものである。

【発明が解決しようとする課題】

【０００５】本発明は、上記の問題点を解決するために
為されたもので、ホログラフィ等の手段を用いずに、実
時間動作で参照画像群と被検画像の相関演算を行ない、
フィ−ドバック系にすることにより、参照画像群の個数
を飛躍的に大きくできる光学的識別装置を、図２に示す
ように、提供した。この構成の光学的パタ−ン認識装置
においては、半導体や気体レ−ザ等のコヒ−レント光源
１１から出射した光束１２は、ビ−ムエクスパンダ１３
で適当な光束径に変換され、ビ−ムスプリッタ−１４
で、２つの光路に分けられる。ここで、空間光変調器１
５は、電気信号入力により、空間的に透過率分布を変調
でき、その最も一般的な例として、液晶テレビやコンピ
ュ−タ用デイスプレイとして使用されている液晶パネル
が用いられる。

【０００６】更に、この従来の認識装置においては、空
間光変調器１５上に、図３に示すように、被検パターン
と参照パターン群を表示する。即ち、被検パターンＴ１
を表示の中心とし、そして、参照パターンＲ１、Ｒ２、
Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５は、被検パターンＴ１を中心とした円
周上の、各々固定された表示位置に等間隔に同時に表示
される。

【０００７】次に、空間光変調器１５を通過した光束１
２は、フ−リエ変換レンズ２１を通り、そのフ−リエ変
換面に置かれたスクリ−ン３１に入射する。スクリ−ン
３１上では、空間光変調器１５の通過後に、複素振幅分
布の２次元フ−リエ変換の２乗に比例した光強度が観測
される。

【０００８】この光強度分布は、ＣＣＤ等の２次元光電
変換素子３２で検出され、その画像は電気信号としてビ
デオアンプ、そして液晶駆動回路３３を通って、空間光
変調器３５上に表示される。空間光変調器３５も、空間
光変調器１５と同様に、入射光の複素振幅を変調する機
能を有する。空間光変調器３５への入射光束３６は、レ
−ザ１１から出射した光束１２が、ビ−ムスプリッタ−
１４で分けられたものである。即ち、画像出力手段１の
光源と画像出力手段３の光源は共有されている。

【０００９】空間光変調器３５を出射した光束３６は、
フ−リエ変換レンズ４１を通過して空間光変調器３５の
位置に対して、フ−リエ変換面の位置にあるスクリ−ン
５１に入射する。ここで、スクリ−ン５１上には、被検
パタ−ンと各参照パタ−ンとの相互相関の程度を表わし
た相関出力光強度のピ−ク（以下、相関ピ−クと称す
る）が現れる。

【００１０】最終的に相関ピ−クは、２次元光電変換素
子５２により読み取られ、電気信号として画像処理及び
液晶駆動回路５３の送られる。そして、得られた相関出
力光強度は規格化され、空間光変調器１５上での参照パ
タ−ンに対する光の透過率を、その規格化された割合に
従って、決定される。即ち、得られた相関出力光強度の
中で一番強い相関出力光強度に対して、二番目に強い相
関出力光強度が規格化された結果、０．５であったとす
ると、相関出力光強度が二番目であった参照パタ−ンに
対する空間光変調１５上での光透過率を、相関出力光強
度が一番強かった参照パタ−ンの透過率の５０％にする
ということである。

【００１１】また、他の参照パタ−ンの透過率も同様に
して決定される。そして、ここまでの動作を繰り返し
て、最終的には参照パタ−ン分の中で被検パタ−ンと同
等なもの、即ち、以上の動作が繰り返された後に、最終
的に読み取られた相関出力光強度の中で、最も相関出力
光強度の強かったものを認識するものである。

【００１２】しかし、以上のような光学的パタ−ン認識
装置では、レンズによる収差の影響、光束の光強度の不
均一性による影響、又は、空間光変調器の透過率の不均
一性やダイナミックレンジの不足等という理由により、
例えば、１つの被検パタ−ンを、空間光変調器１５上で
の被検パタ−ンの同心円上の異なる位置に、同時に表示
した場合、同じパタ−ンであるにもかかわらず、得られ
る相関出力光強度は、空間光変調器１５上で各パタ−ン
が表示される位置によって、各々異なるものとなるとい
う、相関出力光強度の不均一性といった問題が生じてく
る。

【００１３】また、空間光変調器１５上に表示される参
照パタ−ンの表示面積によっても、相関出力光強度の不
均一性が生じてくる。即ち、空間光変調器１５上で透過
する光量が多い参照パタ−ンと被検パタ−ンとの間の相
関出力光強度の方が、空間光変調器１５上で透過する光
量が少ない参照パタ−ンと被検パタ−ンとの間の相関出
力光強度よりも大きくなるということである。また、参
照パタ−ンの数が多くなってくると、スクリ−ン３１上
に形成される干渉縞同志が重なり合って、真の相関出力
光強度が得られなくなってくる。即ち、相関出力光強度
の不均一性が生じる。

【００１４】本発明は、上記の問題点を解決するために
なされたもので、レンズによる収差の影響、光束の光強
度の不均一性による影響、又は、空間光変調器の透過率
の不均一性やダイナミックレンジの不足、参照パタ−ン
の表示面積による影響、参照パタ−ン数の増大による影
響等という理由により、相関出力光強度の不均一性が生
じた場合でも、正しく認識が為される光学的パタ−ン認
識装置を提供することを目的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記の技術的
な課題の解決のために、成されたもので、第１の空間光
変調器上に、被検パターンと参照パターン群を同時に表
示し、その表示された該被検パターンと該参照パターン
群とをコヒーレント光で同時に出力する第１の画像出力
手段（例えば、図１の１）と、前記コヒーレント光で同
時に出力された該被検パターンと該参照パターン群とを
光学的にフーリエ変換し、空間的光強度分布パターンが
得られる第１の光学的フーリエ変換手段（例えば、図１
の２）と、前記第１の光学的フーリエ変換手段により得
られた空間的光強度分布パターンを、第１の２次元光電
変換素子で検出し、その検出された空間的強度分布パタ
ーンに応じて、コヒーレントな２次元的出射光複素分布
を変化させることができる第２の画像出力手段（例え
ば、図１の３）と、前記第２の画像出力手段において得
られる２次元的出射光複素振幅分布を光学的にフーリエ
変換し、該被検パターンと該参照パターン群に対する各
参照パターンとの相関出力光強度が得られる第２の光学
的フーリエ変換手段（例えば、図１の４）と、前記第２
の光学的フーリエ変換手段により得られる、該被検パタ
ーンと該参照パターン群に対する各参照パターンとの相
関出力光強度を、第２の２次元光電変換素子（例えば、
図１の５１）によって検出し、その検出された相関出力
光強度の強さに応じた認識処理を行なう光検出手段（例
えば、図１の５）とからなる光学的パターン認識装置に
おいて、前記第１の画像出力手段に表示される各々の参
照パターンの表示位置（例えば、図４のＲ１）を、前記
相関出力光強度を強めたい参照パターン（例えば、図３
のＲ１）に対しては、被検パターン（例えば、図３のＴ
１）に近づけ、また、該相関出力光強度を弱めたい参照
パターン（例えば、図３のＲ４）に対しては、被検パタ
ーンより遠くなるように変化させる表示位置制御手段を
具備することを特徴とする前記光学的パターン認識装置
を提供する。その光学的パターン認識装置で得られる相
関出力光強度に応じた変調信号を、前記第１の空間光変
調器に入力することによる帰還手段を備えたものが好適
である。また、その表示位置制御手段は、コンピュ−タ
制御で動作し、前記第１の画像出力手段に表示される各
々の参照パターンの表示位置を、前記相関出力光強度を
強めたい参照パターンに対しては、被検パターンに近づ
け、また、該相関出力光強度を弱めたい参照パターンに
対しては、被検パターンより遠くなるように変化させ、
相関出力光強度を補正を行なう表示位置制御手段を具備
するものが好適である。更に、第２の画像出力手段は、
少なくとも、コヒーレントな光源と、前記第１の光学的
フーリエ変換手段からの出力光を受光する第１の２次元
光電変換素子からの信号に基づいて、入射した光束の複
素振幅分布を変調して出力する第２の空間光変調器とか
ら本質的になるものが好適である。

【００２０】

【作用】前記の、本発明の構成によると、レンズによる
収差の影響、光束の光強度の不均一性による影響、又は
空間光変調器の透過率の不均一性やダイナミックレンジ
の不足、参照パタ−ンの表示面積による影響、参照パタ
−ン数の増大による影響等という理由により、相関出力
光強度による不均一性が生じた場合でも、空間光変調器
上の、参照パタ−ン表示位置と被検パタ−ン表示位置と
の間の距離を個別に変化させ、各々の相関出力光強度を
補正することが可能である。従って、このような補正方
法を利用し、相関出力光強度の不均一性を予め補正して
おくことことにより、光学的パタ−ン認識装置におけ
る、認識率の向上を図ることができる。また、表示位置
制御手段は、コンピュ−タ制御によるものであるため、
容易でフレキシブルな相関出力光強度の補正が可能であ
る。

【００２１】次に、本発明の光学的パタ−ン認識装置を
具体的に実施例により説明するが、本発明はそれらによ
って限定されるものではない。

【００２２】

【実施例１】図１は、本発明の光学的相関処理方法の１
例による光学的パタ−ン認識装置の機能（即ち、位置制
御装置を取り入れた）を示す模式的構成図である。

【００２３】図１の光学的配置図から分かるように、全
体の構成としては、図２の光学的パタ−ン認識装置と殆
ど変わらない。違う箇所は、空間光変調器１５の前に表
示位置制御手段６を配置したことである。但し、表示位
置制御手段６は、コンピュ−タの制御によるものであ
る。

【００２４】図３は、従来の表示状態を示す説明図であ
る。これに対して、図４のＡ、Ｂ、Ｃは、本発明の光学
的パタ−ン認識装置による表示状態を示す説明図であ
り、そのＡは、標準表示の状態であり、Ｒ１は標準パタ
−ンである。また、そのＢは、本発明による補正処理中
の表示状態を示し、そのＣは、その補正処理した後の表
示の状態を示す。本発明による相関出力光強度の補正方
法は、空間光変調器１５上の被検パタ−ン群（Ｔ１等）
の各パタ−ン毎にその表示位置を変化させ、相関出力光
強度が均一になるように補正するものである。空間光変
調器１５上に表示される各参照パタ−ンと、各参照パタ
−ンの表示位置（被検パタ−ンを中心とした円周上）、
そして、被検パタ−ンと被検パタ−ンの表示位置が既に
図４のＡの、被検パタ−ンと参照パタ−ン群の表示位置
を示す説明図に示すように、決定されているとする。ま
た、図４のＡの表示状態を標準表示位置とする。

【００２５】図４のＡにおいて、Ｒ１からＲ５は、各参
照パタ−ンを表わし、括弧内のＡ１、Ａ２、Ａ３、Ａ
４、Ａ５は各参照パタ−ンの表示位置を表わし、Ｔ１は
被検パタ−ンを表わしている。（被検パタ−ンの表示位
置は、固定されている。また、参照パタ−ンは５パタ−
ンと決まっているわけではない）。然し乍ら、図４Ａに
示した空間光変調器１５上での被検パタ−ンと参照パタ
−ンの表示方法では、相関出力光強度は不均一な状態と
なっている。従って、本発明の光学的パタ−ン認識装置
によると、予め参照パタ−ンの表示位置を移動して相関
出力光強度の補正を行なう。

【００２６】相関出力光強度の補正の手順は、最初に参
照パタ−ン群の中から基準パタ−ンとなるものを１つ選
出する。ここで、選出されたものＲ１を基準パタ−ンと
する。次に、図４のＢは、被検パタ−ンと参照パタ−ン
群の表示位置を示す説明図である。そこに示すように、
先ず、図４のＡの表示位置Ａ１に基準パタ−ン（Ｒ１）
を表示し、それ以外の参照パタ−ンは表示しない位置と
する。また、Ｔ１の表示位置（被検パタ−ンの表示位
置）にも基準パタ−ン（Ｒ１）を表示し、Ｒ１同志の間
の相関出力光強度を検出し、その相関出力光強度を基準
値１とする。

【００２７】次に、図４のＡの表示位置Ａ２に参照パタ
−ンＲ２を表示し、それ以外の参照パタ−ンは、前記の
表示位置Ａ１に表示されていたＲ１も含めて表示しない
状態とする。また、Ｔ１の表示位置にＲ２を表示し、Ｒ
２同志の間の相関出力光強度を検出する。そして、Ｒ２
同志の相関出力光強度が基準値１と等しくなるように、
相関出力光強度を強めたい場合には、参照パタ−ンＲ２
の表示位置を被検パタ−ン表示位置に近い位置に、相関
出力光強度を弱めたい場合には、参照パタ−ンＲ２の表
示位置を被検パタ−ン表示位置から遠い位置に、表示位
置制御手段６により、表示位置Ａ２にある参照パタ−ン
Ｒ２を移動して、表示位置の補正を行なう。

【００２８】そして、補正処理された参照パタ−ン表示
位置は、コンピュ−タのメモリ−に記憶される。以下、
参照パタ−ンＲ３からＲ５についても、前記と同様の参
照パタ−ン表示位置の補正を行ない、最終的に得られた
補正された参照パタ−ン表示位置は、固定する。スクリ
−ン５１上に現れる相関ピ−クの位置であるが、相関ピ
−クの現れる位置は、参照パタ−ンの表示位置の移動に
より変化し、参照パタ−ンの表示位置を被検パタ−ンに
近い位置に移動した場合、相関出力光強度は、参照パタ
−ンの表示位置を変化させた分だけ、光軸に近い位置に
強められて現れ、参照パタ−ンの表示位置を被検パタ−
ンから遠い位置に移動した場合、相関出力光強度は、参
照パタ−ンの表示位置を変化させた分だけ光軸から遠い
位置に弱められて現れる。

【００２９】ここで、仮に、Ｒ２の相関出力光強度が基
準値１より小さく、Ｒ３の相関出力光強度が基準値１と
等しく、Ｒ４、Ｒ５の相関出力光強度及び基準値が１よ
り大きい場合、全ての参照パタ−ンについて、表示位置
の補正が行なわれた後の、空間光変調器１５上での被検
パタ−ンと参照パタ−ンの表示状態は、図４のＣに示す
ようになる。図４のＣで、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４、Ｒ
５は、図４のＡと同じ参照パタ−ンを示し、また、Ｔ１
は被検パタ−ンを表わし、被検パタ−ンの表示位置は、
図４のＡのＴ１の表示位置と全く同じである。

【００３０】図４のＣに示すように、Ｒ２の相関出力光
強度を強めるために、Ｒ２の表示位置を被検パタ−ンに
近づけ、Ｒ３の相関出力光強度は変化させないため、Ｒ
３は表示位置を変えず、Ｒ４、Ｒ５の各相関出力光強度
を弱めるために、Ｒ４、Ｒ５の表示位置を被検パタ−ン
から遠ざけていることが分かる。以上の実施例で説明し
た相関出力光強度の補正の方法は、各参照パタ−ン毎に
補正を行なっているため、参照パタ−ンが少ない時のパ
タ−ン認識に適している。尚、以上の説明において、空
間光変調器３５は、２次元光電変換素子３２からの電気
信号に基づいて、入射した光束の複素振幅分布を変調し
て出力する電気アドレス型の空間光変調器であるが、光
学的フ−リエ変換手段２からの出力光の強度分布に依存
して、その光学的特性が２次元的或いは３次元的に変化
する光アドレス型の空間光変調器とすることも可能であ
る。

【００３１】

【実施例２】図６は、光アドレス型の空間光変調器を導
入したタイプの本発明の光学的パタ−ン認識装置の構成
図である。図６において、コヒ−レント光源１１から、
出射された光束１２は、空間光変調器１５を通過するま
では、図１の光路と同様である。尤も、図６では、空間
光変調器１５までの光路中には、ビ−ムスプリッタ−１
４が無いが、光束１２は光量が２倍となるだけで、空間
光変調器１５での挙動は変わらないものである。即ち、
空間光変調器１５を通過した光束１２は、フ−リエ変換
レンズ２１を通り、フ−リエ変換され、そのフ−リエ変
換面に設置された光アドレス型の空間光変調器３７（以
下、空間光変調器３７とする）に入射する。

【００３２】次に、レ−ザ１１’を出射した光束１２’
は、ビ−ムエキスパンダ１３’を通り、偏光ビ−ムスプ
リッタ−３８に入射する。偏光ビ−ムスプリッタ−３８
では、そのＳ偏光成分のみが反射され、Ｐ偏光成分は透
過する。続いて、Ｓ偏光成分よりなる光束１６は、空間
光変調器３７に入射する。ここで、空間光変調器３７
は、図７に示すような反射型液晶ライトバルブである。
この反射型液晶ライトバルブは、透明電極７２と７８で
挾んだ液晶ライトバルブの間に光導電層７７と誘電体ミ
ラ−７５を配置したもので、その光導電層７７での画素
の大きさは、フ−リエ変換面に現れる干渉縞の間隔と比
べて、充分小さいものである。

【００３３】また、誘電体ミラ−７５は、光導電層７７
よりも、液晶層側（図では右側）に配置され、こちらが
読み出し光の入射方向となる。このとき、両側の透明電
極（即ち７２と７８の）間に電圧を印加しておいて、書
き込み光Ａを照射すると、書き込み光Ａの光量に応じ
て、各分画画素７０ａにおいて、光導電層７７において
電圧降下が生じて、各部分の液晶にかかる電圧が変化
し、入射した読み出し光Ｂは、その偏光面が回転する。
従って、光束１６は、空間光変調器３７に入射した書き
込み光Ａに応じて、偏光面の回転を受け、その反射光
は、その書き込み光Ａの強度分布に応じて、偏光ビ−ム
スプリッタ−３８を通過する。但し、処理開始当初は、
バイアス電位設定予めバイアス光入射により、全光束範
囲に対して均一な光量が偏光ビ−ムスプリッタ−３８を
通過した光束１６は、次に、フ−リエ変換レンズ４１に
入射する。

【００３４】また、光束１６のフ−リエ変換レンズ４１
に入射した以降は、図１における光束１２のフ−リエ変
換レンズ４１以降と同様である。以上のように、図６に
示すような構成にすると、光アドレス型の空間光変調器
を導入した光学的パタ−ン認識装置を構成することがで
きる。

【００３５】

【実施例３】次に、図１に示すパタ−ン認識装置におい
ての、相関出力光強度の補正方法を説明する。また、こ
こで説明する相関出力光強度の補正方法は、第１の補正
から第３の補正の、３段階からなり、先ず、第１の補正
の説明から行なう。第１段の補正処理は、空間光変調器
１５での全ての参照パタ−ンの表示位置に、同じ参照パ
タ−ンが、表示されたときに、各参照パタ−ンの相関出
力光強度が均一になるように、補正するものである。実
施例１に示したものと同じく、図４のＡにおいて、Ｒ１
からＲ５までは、各参照パタ−ンを表わし、括弧内のＡ
１、Ａ２、Ａ３、Ａ４、Ａ５は各参照パタ−ンの表示位
置を表わし、Ｔ１は被検パタ−ンを表わしている。

【００３６】図５のＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄは、本発明により、
第１段〜第３段により、補正処理したときの表示状態を
示す説明図である。そのＡは、第１段の補正処理の前の
表示状態を示し、Ｂは、第１段の補正処理後の表示状態
を示し、Ｃは、第２段の補正処理中の表示状態を示し、
Ｄは、第３段の補正処理した後の表示状態を示す。本発
明によると、先ず、参照パタ−ン群の中から基準パタ−
ンとなるものを１つ選出し（ここでは、基準パタ−ンを
Ｒ１とする）、基準パタ−ンＲ１を図５のＡの、第１の
補正前の表示状態を示す説明図に示すように、標準表示
位置における、各参照パタ−ンの表示位置と被検パタ−
ンの表示位置に表示する。そして、実際の基準パタ−ン
の表示位置（即ち、Ａ１）にあるＲ１と、被検パタ−ン
の表示位置にあるＲ１との相関出力光強度（基準値２）
に等しくなるように、その他のＡ２、Ａ３、Ａ４、Ａ５
に表示されている基準パタ−ン（Ｒ１）が、相関出力光
強度を強めたいときには、被検パタ−ンの表示位置にあ
る基準パタ−ン（Ｒ１）に近く、相関出力光強度を弱め
たいときには、被検パタ−ンの表示位置にある基準パタ
−ン（Ｒ１）より遠く、表示位置を移動する。

【００３７】ここで、仮に、Ａ２の位置にある基準パタ
−ン（Ｒ１）の相関出力光強度が基準値２より大きく、
Ａ３、Ａ５の位置にあるＲ１の相関出力光強度が基準値
２より小さく、Ａ４の位置にあるＲ１の相関出力光強度
が基準値２と等しかったとすると、参照パタ−ン表示位
置のＲ１が表示位置を移動した結果は、図５のＢに示さ
れた、第１段の補正後の表示状態のようになる。図５の
Ｂにおいて、Ａ１からＡ５の各表示位置から移動した基
準パタ−ン（Ｒ１）と被検パタ−ン表示位置の基準パタ
−ン（Ｒ１）との距離を、各々、Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ
４、Ｄ５とする。また、Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４、Ｄ５
の距離は、コンピュ−タのメモリ−に記憶される。

【００３８】次に、第２段の補正処理を説明する。第２
段の補正処理は、参照パタ−ンの種類による相関出力光
強度の不均一を補正するもので、図５のＣに示すよう
に、基準パタ−ンが実際に表示される表示位置（即ち、
標準表示位置のＡ１）にＲ１を表示し、被検パタ−ンの
表示位置にもＲ１を表示し、Ｒ１の相関出力光強度を測
定し、その値を基準値３とする。

【００３９】今度は、同じくＡ１の表示位置にＲ２を表
示し、被検パタ−ンの表示位置にもＲ２を表示し、Ｒ２
の相関出力光強度が、基準値３と等しくなるように、Ａ
１の表示位置のＲ２を、相関出力光強度を強めたい場合
には、Ａ１にあるＲ２の表示位置を被検パタ−ン表示位
置にあるＲ２に近い位置に、相関出力光強度を弱めたい
場合には、Ａ１にあるＲ２の表示位置を被検パタ−ン表
示位置にあるＲ２から遠い位置に、表示位置制御手段６
により移動して、移動し終わった時のＲ２同志の間の距
離を、基準パタ−ン表示位置と被検パタ−ン表示位置と
の間の距離により、規格化し、コンピュ−タのメモリ−
に記憶する。

【００４０】他のパタ−ン（Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５）につい
ても、上記と同様にして、各参照パタ−ンの被検パタ−
ン表示位置との距離を、基準パタ−ン表示位置と被検パ
タ−ン表示位置との間の距離により規格化する。そし
て、Ｒ１からＲ５について、規格化されて、得られた値
を各々、Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４、Ｐ５とする。但し、
Ｒ１について規格化したため、Ｐ１＝１となる。

【００４１】次に、第３段の補正処理について説明す
る。第３段の補正処理は、最終的な補正であり、これま
でにコンピュ−タのメモリ−に記憶されているＤ１〜Ｄ
５、そして、Ｐ１〜Ｐ５について、Ｄ１＊Ｐ１、Ｄ２＊
Ｐ２、Ｄ３＊Ｐ３、Ｄ４＊Ｐ４、Ｄ５＊Ｐ５（＊は積算
を示す）で表わされる各々の距離を最終的な被検パタ−
ン表示位置からの参照パタ−ン表示位置の距離とするも
のである。

【００４２】仮に、Ｄ１＝Ｄ４＝１、Ｄ２＝１．２、Ｄ
３＝Ｄ５＝０．８ また、Ｐ１＝１、Ｐ２＝０．５、Ｐ３＝１．５、Ｐ４＝
１．２、Ｐ５＝１．５であったとすると、 Ｄ１＊Ｐ１＝１＊１＝１ Ｄ２＊Ｐ２＝１．２＊０．５＝０．６ Ｄ３＊Ｐ３＝０．８＊１．５＝１．２ Ｄ４＊Ｐ４＝１＊１．２＝１．２ Ｄ５＊Ｐ５＝０．８＊１．５＝１．２ となり、図５のＣに示すようになる。こうして、得られ
た参照パタ−ン表示位置は、固定される。

【００４３】ところで、この実施例では、各参照パタ−
ンの表示位置順序は、第１段の補正処理前に決まってお
り、即ち、時計回りに、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５
の順序である。第３段の補正処理終了後の各参照パタ−
ンの表示位置順序も、第１段の補正前と同じ順序となっ
ているが、この実施例に示した補正方法は、これだけに
限定されない。

【００４４】上記の第１段の補正処理と第２段の補正処
理は、操作上の独立したものであるため、第３段の補正
処理の終了後の各参照パタ−ンの表示位置順序を、第１
段の補正の前の表示位置順序と異なったものとすること
が可能である。例えば、Ｄ１＊Ｐ２の表示位置（即ち、
Ａ１の表示位置について補正した表示位置）にＲ２を表
示することが可能であるということである。第１段の補
正処理では、レンズによる収差の影響、光束の光強度の
不均一性等という理由による相関出力光強度の不均一に
対する補正を行ない、補正された各参照パタ−ンの表示
位置は各参照パタ−ンの表示位置順序とは全く無関係に
決定され、常に同じ補正結果を得る。

【００４５】第２段の補正処理では、各参照パタ−ンの
表示面積による相関出力光強度の不均一を補正するよう
に、基準パタ−ンにより各参照パタ−ン毎に規格化して
いるが、規格化して得た値も各参照パタ−ンの表示位置
順序とは、全く無関係に決定され、基準パタ−ンが同じ
ままで、参照パタ−ンを変えない限り、常に、同じ補正
結果を得る。

【００４６】第３段の補正処理では、第１段及び第２段
の補正処理で得られた値の積算により、最終的な被検パ
タ−ンからの距離を得るために、どの参照パタ−ンが、
どの参照パタ−ン表示位置に表示されても、第１段と第
２段の補正処理で得られた各々の値に比較した距離が得
られた。この実施例の補正方法では、上記のような理由
により、第３段の補正処理の終了後の各参照パタ−ンの
表示位置順序を第１段の補正の前の表示位置順序と異な
ったものとすることが可能である。即ち、この実施例で
の補正処理では、標準表示位置に同じパタ−ン（基準パ
タ−ン）が表示された時に、全ての相関出力光強度が均
一になるように、補正され、また、パタ−ンの種類によ
る相関出力光強度の不均一も補正されているため、参照
パタ−ンの数が多いときのパタ−ン認識に適している。

【００４７】尚、この実施例では、空間光変調器３５
は、実施例１で説明したと同様に、光アドレス型の空間
光変調器とすることが可能である。また、図７は、反射
型液晶ライトバルブの構成を説明する概念図である。反
射型液晶ライトバルブ７０は、多数の分画画素７０ａか
ら構成されており、それは、反射防止膜７９、ガラス基
板７１、透明電極７２、スペ−サ７３、誘電体ミラ−７
５、光導電層７７、透明電極７８、ガラス基板７６、反
射防止膜７９をこの順で積層したものである。書き込み
光Ａで書き込み、読み出し光Ｂで読み出すことができる
構成である。次に、どのようにして、空間光変調器１５
上での参照パタ−ンの表示位置を変化させることによ
り、光相関強度の補正が為されているかを説明する。空
間光変調器１５上での被検パタ−ンが光軸上、参照パタ
−ンが被検パタ−ンより距離ａだけ離れた位置に各々１
パタ−ンずつ表示されているとする。これらのパタ−ン
は、コヒ−レントな平行光で照射され、その光は全てフ
−リエ変換レンズ２１の後に、焦点に収れんする。但
し、被検パタ−ンと参照パタ−ンを通過した各々の光
は、回折されフ−リエ変換レンズ２１の後に、焦点の近
傍にフ−リエ変換された像を作り、それらの間で干渉縞
を形成する。

【００４８】被検パタ−ン、参照パタ−ンからの光は、
点光源の集まりからなる光であると考えられるので、２
つの点光源の間での干渉縞が形成されることについて考
えると、波長λのコヒ−レント光で、間隔がａだけ離れ
た２点の点光源によって２点光源の中点から、距離ｒだ
け離れた衝立面に形成される干渉縞の間隔△Ｗは、 △Ｗ＝λｒ／ａ・・・・・・・（１） と表わすことができる。式（１）から分かるように、干
渉縞の間隔△Ｗは、２点の点光源の距離ａに反比例して
いる。即ち、２つの点光源間の距離を話すことにより干
渉縞の間隔を広くすることができる。以上のようにし
て、図１のスクリ−ン３１上に形成された干渉縞は、２
次元光電変換素子３２により、検出されて、電気信号に
より空間光変調器３５上に表示される

【００４９】次に、この干渉縞のパタ−ンは、フ−リエ
変換レンズ４１によりフ−リエ変換される。また、干渉
縞のパタ−ンを通過した光が、回折されてフ−リエ変換
された結果、フ−リエ変換レンズの後焦点近傍には、相
互相関パタ−ンが現れる。干渉縞の間隔をａ’とし、光
の波長をλ’としたとき、干渉縞が形成されている面よ
り距離ｒ’離れた衝立面上に現れる相互相関パタ−ンと
光軸との距離△Ｗ’は、 △Ｗ’＝λ’ｒ’／ａ’・・・・・・／（２） と表わすことができる。即ち、干渉縞の間隔を大きくす
れば、相互相関と光軸との距離は小さくなり、干渉縞を
小さくすれば、逆に大きくなる訳である。

【００５０】また、回折について、フレスネル−キルヒ
ホフ(Fresnel-Kirchhoff)の回折公 式によると、平行光
が開口に垂直に入射して、回折されたとき、開口面の法
線に対して角度θをなす方向の回折波による光強度は、
（１＋ｃｏｓθ）の２乗に比例していることが分かる。
但し、−π／２≦θ≦π／２である。即ち、回折波によ
る光強度は、光軸に近いほど強くなっているといえる。

【００５１】また、空間光変調器の解像度は、無限大で
はないので表現される干渉縞の空間周波数がその能力を
超えてしまうと干渉縞は、表現されず、楽になり、相関
出力光強度が弱まるということも、被検パタ−ンと参照
パタ−ンの間隔を、大きくしたときに、相関出力光強度
が弱まる要因の１つである。

【００５２】以上をまとめると、空間光変調器１５上に
おいて、被検パタ−ンと参照パタ−ンの間隔を小さくし
た場合、式（１）によりスクリ−ン３１上に形成される
干渉縞の間隔は、大きくなり、そして、スクリ−ン３１
上に形成された干渉縞をフ−リエ変換して得られる相互
相関パタ−ンは、式（２）により、光軸に近い位置に現
れる。また、相互相関パタ−ンは、有限開口における回
折光により成立するものであり、前記の通りに、回折光
による光強度は、光軸に近いほど強くなる。従って、相
互相関パタ−ンは、強められて現れる。また、逆に、空
間光変調器１５上で、被検パタ−ンと参照パタ−ンとの
間隔を大きくした場合は、上記とは全く逆になり、相互
相関パタ−ンは、光軸より遠い位置に現れ、相関出力光
強度は弱められる。また、干渉縞の間隔が狭くなり、空
間光変調器３５の解像度を超え干渉縞が、表現されず、
楽になったことでも、相関出力光強度が弱められる。

【００５３】以上の理由により、空間光変調器１５上の
被検パタ−ンの表示位置を移動することで、相関出力光
強度の補正が可能となる。

【００５４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の光学的パ
タ−ン認識装置により、前記のような効果が得られた。
それらをまとめると、次のような顕著な技術的効果とな
る。即ち、第１に、レンズによる収差の影響、光束の光
強度の不均一性による影響、又は、空間光変調器の透過
率の不均一性やダイナミックレンジの不足、参照パタ−
ンの表示面積、参照パタ−ン数の増大による影響等とい
う理由により、相関出力光強度の不均一が生じた場合で
も、空間光変調器上での、参照パタ−ン表示位置と被検
パタ−ン表示位置との間の距離を個別に変化させ、各々
の相関出力光強度を補正し、そして、相関出力光強度の
補正が行なわれた結果、高いパタ−ン認識率を得ること
が可能となった。

【００５５】第２に、表示位置制御手段は、コンピュ−
タ制御によるものであるため、容易で、非常にフレキシ
ブルな相関出力光でぃこの補正が可能な光学的パタ−ン
認識装置を提供することができた。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の光学的パタ−ン認識装置を実現するた
めの一例の光学系を示す模式構成図である。

【図２】従来の光学的パタ−ン認識装置の構成を示す構
成図である。

【図３】従来の光学的パタ−ン認識装置において、補正
処理を行なう際の空間光変調器上の表示状態を示す説明
図である。

【図４】本発明の光学的パタ−ン認識装置において行な
われ、実施例２で説明する補正処理を行なう際の空間光
変調器上の表示状態を示す説明図である。

【図５】本発明の光学的パタ−ン認識装置において、実
施例３で説明される補正処理を行なう際の空間光変調器
上の表示状態を示す説明図である。

【図６】光アドレス型空間光変調器を用いた本発明の光
学的パタ−ン認識装置の模式的構成図である。

【図７】本発明の光学的パタ−ン認識装置に用いられる
反射型液晶ライトバルブの構成を示す概念図である。

【符号の説明】

１、３ 画像出力手段 ２、４ 光学的フ−リエ変換手段 ５ 光検出手段 ６ 表示位置制御手段 １１、１１’ コヒ−レント光源 １２、１２’ 光束 １３、１３’ ビ−ムエキスパンダ １４、３８ ビ−ムスプリッタ− １５、３５ 空間光変調器 １６、３６ 光束（読み出し光） ２１、４１ フ−リエ変換レンズ ３１、５１ スクリ−ン ３２ 二次元光電変換素子 ３３、５３ 画像処理装置、ビデオアンプ、液晶駆
動回路 ３４ ビ−ムスプリッタ− ３７ 光アドレス型空間光変調器 ７０ 反射型液晶ライトバルブ ７０ａ 分画画素 ７１、７６ 透明電極 ７３ スペ−サ ７４ 液晶層 ７５ 誘電体ミラ− ７７ 光導電層 ７９ 反射防止膜

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G02F 3/00 502 G06E 3/00 G06T 1/00 G06T 7/00 G02B 27/46

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】第１の空間光変調器上に、被検パターンと
   参照パターン群を同時に表示し、その表示された該被検
   パターンと該参照パターン群とをコヒーレント光で同時
   に出力する第１の画像出力手段と、 前記コヒーレント光で同時に出力された該被検パターン
   と該参照パターン群とを光学的にフーリエ変換し、空間
   的光強度分布パターンが得られる第１の光学的フーリエ
   変換手段と、 前記第１の光学的フーリエ変換手段により得られた空間
   的光強度分布パターンを、第１の２次元光電変換素子で
   検出し、その検出された空間的強度分布パターンに応じ
   て、コヒーレントな２次元的出射光複素分布を変化させ
   ることができる第２の画像出力手段と、 前記第２の画像出力手段において得られる２次元的出射
   光複素振幅分布を光学的にフーリエ変換し、該被検パタ
   ーンと該参照パターン群に対する各参照パターンとの相
   関出力光強度が得られる第２の光学的フーリエ変換手段
   と、 前記第２の光学的フーリエ変換手段により得られる、該
   被検パターンと該参照パターン群に対する各参照パター
   ンとの相関出力光強度を、第２の２次元光電変換素子に
   よって検出し、その検出された相関出力光強度の強さに
   応じた認識処理を行なう光検出手段とからなる光学的パ
   ターン認識装置において、 前記第１の画像出力手段に表示される各々の参照パター
   ンの表示位置を、前記相関出力光強度を強めたい参照パ
   ターンに対しては、被検パターンに近づけ、また、該相
   関出力光強度を弱めたい参照パターンに対しては、被検
   パターンより遠くなるように変化させる表示位置制御手
   段を具備することを特徴とする前記光学的パターン認識
   装置。
2. 【請求項２】請求項１に記載の光学的パターン認識装置
   で得られる相関出力光強度に応じた変調信号を、前記第
   １の空間光変調器に入力することによる帰還手段を備え
   たことを特徴とする請求項１に記載の光学的パターン認
   識装置。
3. 【請求項３】請求項１記載の表示位置制御手段は、コン
   ピュータ制御で動作し、前記第１の画像出力手段に表示
   される各々の参照パターンの表示位置を、前記相関出力
   光強度を強めたい参照パターンに対しては、被検パター
   ンに近づけ、また、該相関出力光強度を弱めたい参照パ
   ターンに対しては、被検パターンより遠くなるように変
   化させ、相関出力光強度の補正を行なう表示位置制御手
   段を具備することを特徴とする請求項１或いは請求項２
   に記載の光学的パターン認識装置。
4. 【請求項４】前記第２の画像出力手段は、少なくとも、
   コヒーレントな光源と、前記第１の光学的フーリエ変換
   手段からの出力光を受光する第１の２次元光電変換素子
   からの信号に基づいて、入射した光束の複素振幅分布を
   変調して出力する第２の空間光変調器とから本質的にな
   ることを特徴とする請求項１、請求項２、請求項３のい
   ずれかに記載の光学的パターン認識装置。