JP3062664B2 - Optical pattern recognition device having coordinate conversion function - Google Patents

Optical pattern recognition device having coordinate conversion function

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JP3062664B2
JP3062664B2 JP3129356A JP12935691A JP3062664B2 JP 3062664 B2 JP3062664 B2 JP 3062664B2 JP 3129356 A JP3129356 A JP 3129356A JP 12935691 A JP12935691 A JP 12935691A JP 3062664 B2 JP3062664 B2 JP 3062664B2
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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】この発明は、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2次元画像に対し、コヒーレント光を用いた光学的
座標変換と光学的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 two-dimensional images obtained from an imaging device such as a CCD camera are subjected to optical coordinate conversion and optical correlation processing using coherent light. To automatically perform pattern recognition and measurement by performing the following.

【0002】[0002]

【従来の技術】光学的にパターン認識を行う相関器とし
ては、一般的にVanderLugt型とジョイント変換型の2つ
の方式が良く知られている。どちらの方式においても、
レンズを用いた光学的フーリエ変換を基礎としているた
め、認識したい被相関物体の平行移動に関しては問題な
く認識できる(シフト不変性)。一方、被相関物体の回
転や大きさの変化などに対しては不変ではなく、その程
度によって認識能力が低下することがわかっている。
2. Description of the Related Art As a correlator for optically performing pattern recognition, two systems of a VanderLugt type and a joint conversion type are generally well known. In either method,
Since it is based on the optical Fourier transform using a lens, the translation of the correlated object to be recognized can be recognized without any problem (shift invariance). On the other hand, it is known that the recognition ability is not invariable with respect to the rotation and the size of the correlated object, and the degree of the degree of the cognition decreases.

【0003】そこで従来、例えば文字や部品のように、
形状・大きさ・向き・位置などが異なる物体を光学的に
計測・認識する場合、第一に被相関物体を二次元の画像
(被相関画像)に変換し、第二にその被相関画像を回転
や大きさの変化等の認識に必要とされる変化に対して不
変となる所望の座標系に変換し、第三にその座標変換像
に対して計測や認識を行うという手順が一般的である。
[0003] Conventionally, for example, like characters and parts,
When optically measuring and recognizing objects having different shapes, sizes, orientations, and positions, first, the correlated object is converted into a two-dimensional image (correlated image), and second, the correlated image is converted. The general procedure is to convert to a desired coordinate system that is invariant to changes required for recognition such as rotation and size change, and to perform measurement and recognition on the coordinate transformed image thirdly. is there.

【0004】座標変換の種類としては、向きの異なる物
体に対して認識や回転角の計測などを行う場合には極座
標変換、向きも大きさも共に異なる物体に対して認識や
回転角・倍率の計測などを行う場合には、(x,y)座
標を(lnr,θ)座標に変換するような座標変換など、
目的に応じて様々な種類の座標変換が用いられる。ここ
でのrやθは、極座標における動径の長さと偏角であ
る。
[0004] The types of coordinate conversion include polar coordinate conversion when recognizing and measuring the rotation angle of an object having a different orientation, and recognition and measurement of the rotation angle and magnification for an object having a different orientation and size. For example, when performing (x, y) coordinates to (lnr, θ) coordinates,
Various types of coordinate transformations are used depending on the purpose. Here, r and θ are the length and argument of the moving radius in polar coordinates.

【0005】まず、光学的座標変換方法の概略を図2に
示す。この方法では、座標変換レンズ307の前焦点面
に変換したい像を表示している液晶テレビ303と座標
変換光学フィルタ304を重ねて配置し、その液晶テレ
ビ303の背後から平行なコヒーレント光を照射するこ
とにより、座標変換レンズ307の後焦点面に配置した
液晶ライトバルブ308上に所望の座標変換像を得るこ
とができる。ここで、上記座標変換光学フィルタ304
は計算機合成ホログラムにより作製される。また、液晶
テレビ303と座標変換光学フィルタ304は、近接し
て配置してあれば、どちらが前でも良いことは言うまで
もない。
First, an outline of an optical coordinate conversion method is shown in FIG. In this method, a liquid crystal television 303 displaying an image to be converted and a coordinate conversion optical filter 304 are superposed and arranged on the front focal plane of the coordinate conversion lens 307, and parallel coherent light is emitted from behind the liquid crystal television 303. Thus, a desired coordinate conversion image can be obtained on the liquid crystal light valve 308 disposed on the rear focal plane of the coordinate conversion lens 307. Here, the coordinate conversion optical filter 304
Are produced by computer-generated holograms. In addition, as long as the liquid crystal television 303 and the coordinate conversion optical filter 304 are arranged close to each other, it goes without saying that either one may be in front.

【0006】液晶ライトバルブ308の光変調材料とし
ては、TN液晶を用いたものが多く使われる。また、液
晶ライトバルブ308の代わりに、光変調材料としてB
SO結晶(Bi12SiO20)などの結晶を用いた光書込
型の空間光変調器を用いることもある。それらの空間光
変調器に座標変換像を照射して表示・記憶したのち、コ
ヒーレント光を照射することによりその座標変換像を読
出して、パターン認識などの処理に用いていた。その他
にも、光書込型の空間光変調器の代わりにCCDカメラ
などの撮像装置を用いて座標変換像を受光し、得られる
画像信号を液晶テレビなどの電気書込型の空間光変調器
に入力する方法もある。
As the light modulation material of the liquid crystal light valve 308, a material using TN liquid crystal is often used. Also, instead of the liquid crystal light valve 308, B
Sometimes used SO crystal (Bi 12 SiO 20) optical write type spatial light modulator using a crystal such as. These spatial light modulators are irradiated with a coordinate conversion image and displayed and stored, and then irradiated with coherent light to read out the coordinate conversion image and use it for processing such as pattern recognition. In addition, instead of an optically-written spatial light modulator, an image-acquisition device such as a CCD camera is used to receive a coordinate-converted image, and the obtained image signal is converted into an electrically-written spatial-light modulator such as a liquid crystal television. There is also a way to input.

【0007】次に、座標変換を用いたパターン認識の方
法としては、前処理として座標変換した像に対して、通
常のVanderLugt型の相関器を適用する方法が既に知られ
ている。図3に従来の座標変換機能を有するVanderLugt
型の相関器の構成図を示す。この方法を図に従って述べ
る。先ず第1ステップとして、参照画像のマッチドフィ
ルタを作製する。このステップでは、参照画像を液晶テ
レビ303に表示しておく。レーザー301から出射さ
れたコヒーレント光は、ビームエキスパンダ302で所
定のビーム径を持つ平行光束に拡大された後、ビームス
プリッタ305で光束が2つに分岐される。その一方の
光束は、参照画像を表示している液晶テレビ303と座
標変換光学フィルタ304を透過し、座標変換レンズ3
07でフーリエ変換されて液晶ライトバルブ308の書
込面を照射する。この様にして、参照画像の座標変換強
度分布画像を液晶ライトバルブ308に表示する。ビー
ムスプリッタ305で分岐された他方の光束は、ミラー
306、ビームスプリッタ309、偏光ビームスプリッ
タ310で反射した後液晶ライトバルブ308の読出面
を照射して、座標変換強度分布画像をコヒーレント画像
に変換する。
Next, as a method of pattern recognition using coordinate transformation, a method of applying an ordinary VanderLugt type correlator to an image subjected to coordinate transformation as preprocessing is already known. FIG. 3 shows a VanderLugt having a conventional coordinate conversion function.
1 shows a configuration diagram of a type of correlator. FIG. This method will be described with reference to the drawings. First, as a first step, a matched filter of a reference image is prepared. In this step, the reference image is displayed on the liquid crystal television 303. The coherent light emitted from the laser 301 is expanded into a parallel light having a predetermined beam diameter by a beam expander 302, and then split into two by a beam splitter 305. One of the luminous fluxes passes through the liquid crystal television 303 displaying the reference image and the coordinate conversion optical filter 304, and passes through the coordinate conversion lens 3.
At 07, the writing surface of the liquid crystal light valve 308 is irradiated with the Fourier transform. In this way, the coordinate transformation intensity distribution image of the reference image is displayed on the liquid crystal light valve 308. The other light beam split by the beam splitter 305 is reflected by the mirror 306, the beam splitter 309, and the polarization beam splitter 310, and then irradiates the readout surface of the liquid crystal light valve 308 to convert the coordinate conversion intensity distribution image into a coherent image. .

【0008】そしてこのコヒーレント画像は、偏光ビー
ムスプリッタ310を透過してフーリエ変換レンズ31
1でフーリエ変換されて、ホログラム作製時の信号光と
して写真乾板312を照射する。この時、同時にビーム
スプリッタ309を透過した光束は、オープン状態のシ
ャッタ313を経てミラー314で反射し、ホログラム
作製時の参照光として写真乾板312を照射する。この
時、信号光と参照光は所定の角度をもって写真乾板31
2を照射し、写真乾板312上にホログラムを形成す
る。勿論、液晶ライトバルブ308はフーリエ変換レン
ズ311の前焦点面に、写真乾板312はフーリエ変換
レンズ311の後焦点面に配置されている。この様にホ
ログラムが形成された写真乾板312は、取り外して現
像され、現像後再び元の位置に配置される。このホログ
ラムが記録・現像された写真乾板312をマッチドフィ
ルタと呼ぶ。
[0008] The coherent image passes through the polarizing beam splitter 310 and passes through the Fourier transform lens 31.
Then, the photographic dry plate 312 is subjected to Fourier transform at 1, and is irradiated as signal light at the time of producing a hologram. At this time, the luminous flux transmitted through the beam splitter 309 at the same time is reflected by the mirror 314 via the shutter 313 in the open state, and irradiates the photographic dry plate 312 as reference light when producing a hologram. At this time, the signal light and the reference light are set at a predetermined angle to the photographic dry plate 31.
2 to form a hologram on the photographic plate 312. Of course, the liquid crystal light valve 308 is disposed on the front focal plane of the Fourier transform lens 311, and the photographic plate 312 is disposed on the rear focal plane of the Fourier transform lens 311. The photographic dry plate 312 on which the hologram is formed in this manner is removed and developed, and after development, it is placed again at the original position. The photographic dry plate 312 on which the hologram is recorded and developed is called a matched filter.

【0009】次に第2ステップでは、実際に相関処理を
行う。第1ステップと同様のところは説明を省略あるい
は簡略にする。このステップでは、被相関画像を液晶テ
レビ303に表示する。第1ステップと同様にして、被
相関画像の座標変換強度分布画像を液晶ライトバルブ3
08に表示して、その画像を読出し、フーリエ変換レン
ズ311でフーリエ変換してマッチドフィルタである写
真乾板312を照射する。この時、第1ステップと異な
り、シャッタ313はクローズ状態であり参照光は写真
乾板312を照射しない。マッチドフィルタである写真
乾板312を透過した光は、フーリエ変換レンズ315
で再びフーリエ変換されることにより、その変換面上に
配置されている受光素子316上に参照画像と被相関画
像の相関係数を表す相関ピークを得ることができる。こ
こで、写真乾板312はフーリエ変換レンズ315の前
焦点面に、受光素子316は後焦点面に配置されてい
る。
Next, in a second step, a correlation process is actually performed. The description of the same steps as those in the first step is omitted or simplified. In this step, the correlated image is displayed on the liquid crystal television 303. In the same manner as in the first step, the coordinate-transformed intensity distribution image of the correlated image is
08, the image is read out, and Fourier-transformed by a Fourier-transform lens 311 to irradiate a photographic dry plate 312 as a matched filter. At this time, unlike the first step, the shutter 313 is in the closed state, and the reference light does not irradiate the photographic dry plate 312. The light transmitted through the photographic dry plate 312, which is a matched filter, is converted into a Fourier transform lens 315.
Is subjected to Fourier transform again, whereby a correlation peak representing the correlation coefficient between the reference image and the correlated image can be obtained on the light receiving element 316 disposed on the conversion plane. Here, the photographic plate 312 is disposed on the front focal plane of the Fourier transform lens 315, and the light receiving element 316 is disposed on the rear focal plane.

【0010】[0010]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記の方
法によれば、通常マッチドフィルタとしてホログラムを
記録する媒体には写真乾板を用いていることに起因する
3つの課題があった。先ず第1に、写真乾板にホログラ
ムを形成した後それを取り外して現像する必要があり、
多くの手間と時間を要した。第2に、写真乾板を現像処
理した後再び元の位置にセットする場合、完全に元の位
置になるように調整することが非常に面倒かつ困難であ
る。特に、単にホログラムの中心と光軸を合わせるだけ
でなく、回転・あおり等が無いようにセットしなくては
ならないためである。第3に、参照画像を変更する場合
には、新たにマッチドフィルタを作製し直すか、あるい
は前もって作製しておいたものに取り替えなければなら
ず、実時間あるいは高速で参照画像を変更することはで
きなかった。以上の理由から、実用的なレベルで実時間
動作が可能な座標変換機能を有するパターン認識装置を
構成することは不可能であった。
However, according to the above method, there are three problems caused by using a photographic dry plate as a medium for recording a hologram as a matched filter. First, after forming a hologram on a photographic plate, it is necessary to remove and develop it.
It took a lot of trouble and time. Second, when the photographic plate is developed and then set back to the original position, it is very troublesome and difficult to adjust the photographic plate completely to the original position. In particular, it is necessary not only to align the optical axis with the center of the hologram, but also to set the hologram so that there is no rotation or tilt. Third, if the reference image is changed, a new matched filter must be recreated or replaced with a previously created filter, and it is not possible to change the reference image in real time or at high speed. could not. For the above reasons, it has not been possible to configure a pattern recognition device having a coordinate conversion function capable of operating in real time at a practical level.

【0011】また、VanderLugt型の相関器を用いている
ことに起因する課題としては、通常写真乾板上に形成す
るホログラムは、信号光と参照光のなす角が数十度と大
きいため、数百[lp/mm]程度と干渉じまの間隔が
非常に狭くなっている。そのため、マッチドフィルタを
作製する段階では振動や風などの影響を受け易く、もし
それらにより干渉じまが揺れるようなことがあると、正
確なホログラムを記録することができずパターン認識能
力が低下する。
Another problem caused by the use of a VanderLugt type correlator is that a hologram formed on a photographic plate usually has a large angle of several tens of degrees between signal light and reference light, and therefore has several hundreds of holograms. The interval between interference fringes is very narrow, about [lp / mm]. Therefore, in the stage of manufacturing the matched filter, it is easily affected by vibration, wind, and the like, and if the interference fringes are swayed by them, an accurate hologram cannot be recorded, and the pattern recognition ability is reduced. .

【0012】さらに、光学的座標変換を行うことによる
課題として、シフト不変性がなくなるため、被相関画像
が平行移動した場合正確なパターン認識ができなくなる
ことが挙げられる。例えば、被相関画像の向きや大きさ
などが参照画像と全く同じ場合を考える。光学的座標変
換を行わない通常のVanderLugt型のパターン認識装置に
おいては、既に述べたようにフーリエ変換の特徴からシ
フト不変性があるので、入力面上での被相関画像の位置
がマッチドフィルタ作製時の参照画像の位置と異なって
いる(平行移動している)状態でも正確な認識ができ
る。しかし、図3に示すように光学的座標変換を行うパ
ターン認識装置においては、液晶テレビ303上に表示
される被相関画像の位置がマッチドフィルタ作製時の参
照画像の位置と異なり平行移動していると、参照画像や
被相関画像と座標変換光学フィルタ304との相対的位
置関係が変化するため、参照画像の座標変換像と被相関
画像のそれとは像の形が異なってしまう。そのため、そ
のような座標変換像を用いて相関処理を行うと当然正確
な認識はできなくなるという課題があった。
Further, another problem caused by performing the optical coordinate transformation is that since the shift invariance is eliminated, accurate pattern recognition cannot be performed when the correlated image is translated. For example, consider the case where the direction and size of the correlated image are exactly the same as the reference image. In a normal VanderLugt-type pattern recognition device that does not perform optical coordinate conversion, as described above, there is shift invariance due to the Fourier transform feature, so the position of the correlated image on the input surface is Can be accurately recognized even if the position is different (parallel movement) from the position of the reference image. However, in the pattern recognition device that performs the optical coordinate transformation as shown in FIG. 3, the position of the correlated image displayed on the liquid crystal television 303 is different from the position of the reference image at the time of producing the matched filter and is translated. Then, since the relative positional relationship between the reference image or the correlated image and the coordinate conversion optical filter 304 changes, the shape of the image of the coordinate conversion image of the reference image differs from that of the correlated image. Therefore, if the correlation processing is performed using such a coordinate conversion image, there is a problem that accurate recognition cannot be performed naturally.

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
にこの発明は、CCDカメラなどから得られる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・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つの被相関画像とをそれぞれ所望の座標系に変換し
た座標変換像を得る光学的座標変換部と、前記光学的座
標変換部において得られた前記参照画像の座標変換像と
前記被相関画像の座標変換像との相関係数を得るジョイ
ント変換相関器部から構成され、前記光学的座標変換部
は、少なくとも1個のコヒーレント光源と、2次元の前
記参照画像と前記被相関画像を得る手段と、光学的ある
いは電子的に前記参照画像と前記被相関画像をシフト不
変となるように変換し、前記シフト不変になるように変
換された前記参照画像と前記被相関画像とを少なくとも
1個のシフト不変像用空間光変調器に表示する手段と、
所望の座標系に変換するために前記シフト不変像用空間
光変調器に重ねて配置した少なくとも1個の座標変換光
学フィルタと、少なくとも1個のレンズから成り、前記
ジョイント変換相関器部は、前記光学的座標変換部にお
いて得られる前記参照画像や前記被相関画像の各座標変
換像を座標変換強度分布画像に変換し、前記各座標変換
強度分布画像を座標変換像用空間光変調器に表示する手
段と、前記座標変換像用空間光変調器に表示された前記
各座標変換強度分布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レンズを用いてフーリ
エ変換し、前記座標変換強度分布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
換画像をフーリエ変換強度分布画像に変換し、前記フー
リエ変換強度分布画像をフーリエ変換像用空間光変調器
に表示する手段と、前記フーリエ変換像用空間光変調器
に表示された前記フーリエ変換強度分布画像をコヒーレ
ント光を用いて読出す手段と、読出した前記フーリエ変
換強度分布画像を再度レンズを用いてフーリエ変換する
ことによって得られる相関出力画像を、撮像装置または
受光素子を用いて相関信号に変換する手段と、前記相関
信号を信号処理して前記参照画像と前記被相関画像の2
次元の相関係数をそれぞれ求める手段とから成る構造と
した。
SUMMARY OF THE INVENTION In order to solve the above-mentioned problems, the present invention provides a two-dimensional image obtained from a CCD camera or the like by performing an optical correlation process using coherent light to obtain a required pattern. In an optical pattern recognition apparatus for automatically recognizing and measuring a coordinate conversion image obtained by converting at least one reference image including a required target and at least one newly input correlated image into a desired coordinate system, An optical coordinate conversion unit to be obtained, and a joint conversion correlator unit that obtains a correlation coefficient between the coordinate conversion image of the reference image and the coordinate conversion image of the correlated image obtained in the optical coordinate conversion unit, The optical coordinate conversion unit includes: at least one coherent light source; a unit configured to obtain the two-dimensional reference image and the correlated image; The reference image and the correlated image, which are converted so that the reference image and the correlated image are shift invariant, are converted into the shift invariant, and the at least one shift invariant image spatial light modulator is converted into the shift invariant image. Means for displaying;
The at least one coordinate conversion optical filter and the at least one lens are arranged so as to be superimposed on the shift invariant image spatial light modulator for converting into a desired coordinate system. The coordinate transformation images of the reference image and the correlated image obtained in the optical coordinate transformation unit are transformed into coordinate transformation intensity distribution images, and the coordinate transformation intensity distribution images are displayed on a coordinate transformation image spatial light modulator. Means, means for converting each coordinate transformed intensity distribution image displayed on the coordinate transformed image spatial light modulator into a coherent image, and Fourier transforming the coherent image using a lens, and the coordinate transformed intensity distribution image Means for obtaining a joint Fourier transform image, and transforming the joint Fourier transform image into a Fourier transform intensity distribution image, wherein the Fourier transform intensity distribution Means for displaying an image on a Fourier transform image spatial light modulator, means for reading the Fourier transform intensity distribution image displayed on the Fourier transform image spatial light modulator using coherent light, and means for reading the Fourier transform image. Correlation output image obtained by Fourier transforming the converted intensity distribution image again using a lens, means for converting to a correlation signal using an imaging device or a light receiving element, and signal processing the correlation signal and the reference image 2 of the correlated image
And a means for calculating a dimensional correlation coefficient.

【0014】[0014]

【作用】上記のように構成された座標変換機能を有する
光学的パターン認識装置においては、被相関画像や参照
画像は光学的座標変換部で回転や大きさの変化などの所
望の変化に対して不変となる座標系に座標変換光学フィ
ルタを用いて光学的に変換されるので、被相関画像のそ
の様な変化に対しては不変なパターン認識が可能とな
る。
In the optical pattern recognition apparatus having the coordinate conversion function configured as described above, the correlated image and the reference image are converted by the optical coordinate conversion section with respect to a desired change such as rotation or change in size. Since the image is optically converted to the invariable coordinate system using the coordinate conversion optical filter, the pattern can be invariably recognized with respect to such a change in the correlated image.

【0015】また本発明は、VanderLugt型の相関器と異
なりジョイント変換型の相関器を基本としているため、
座標変換の種類を替えるための座標変換光学フィルタの
変更や参照画像の取り替えなどは、単に参照画像や座標
変換光学フィルタを変更するだけでよく、マッチドフィ
ルタを再度記録・現像・取り替えて光軸調整をするなど
の手間が必要無いので、非常に容易でかつ高速にでき
る。また、パターン認識装置全体の光学系における光軸
調整なども、VanderLugt型の相関器と比べると非常に容
易である。そのため、装置の振動や空気の揺らぎ等によ
る影響が少なくなる。
Also, the present invention is based on a joint transform type correlator unlike the VanderLugt type correlator.
To change the coordinate conversion optical filter or change the reference image to change the type of coordinate conversion, simply change the reference image or the coordinate conversion optical filter, and record, develop and replace the matched filter again to adjust the optical axis. Since there is no need for troublesome operations, it is very easy and fast. Further, the optical axis adjustment and the like in the optical system of the entire pattern recognition apparatus are very easy as compared with the VanderLugt type correlator. Therefore, the influence of the vibration of the apparatus, the fluctuation of the air, and the like is reduced.

【0016】さらに、光学的座標変換部では、参照画像
や被相関画像を電子的あるいは光学的な方法でシフト不
変になるように変換する前処理を行った後、そのシフト
不変強度分布画像に対して回転や大きさ変化などに不変
となるような所望の光学的座標変換を行うため、回転や
大きさ変化などだけでなくシフトに対しても不変なパタ
ーン認識が可能となる。光学的にシフト不変になるよう
に変換する方法としては、コヒーレント光を用いて被相
関画像や参照画像をフーリエ変換する。このことによ
り、たとえ表示されている被相関画像が空間光変調器上
で平行移動しても、フーリエ変換の特徴からフーリエ変
換像の位相成分が変化するだけで強度分布としては変化
しない。そこでこのフーリエ変換像の強度分布画像(シ
フト不変強度分布画像)に対して所望の光学的座標変換
を行ったのち相関処理を行うことにより、相関処理の結
果はシフト不変となる。
Further, the optical coordinate transformation unit performs pre-processing for transforming the reference image or the correlated image so as to be shift invariant electronically or optically, and then applies the shift invariant intensity distribution image to the shift invariant intensity distribution image. As a result, desired optical coordinate transformation that is invariant to rotation and size change is performed, so that pattern recognition can be performed not only for rotation and size change but also for shift. As a method of optically converting so as to be shift invariant, Fourier transform is performed on a correlated image or a reference image using coherent light. As a result, even if the displayed correlated image is translated on the spatial light modulator, the phase distribution of the Fourier transformed image only changes due to the Fourier transform feature, and the intensity distribution does not change. Therefore, by performing a desired optical coordinate transformation on the intensity distribution image (shift-invariant intensity distribution image) of the Fourier transform image and then performing a correlation process, the result of the correlation process is shift-invariant.

【0017】一方、電子的にシフト不変にする方法とし
ては、コンピュータにより参照画像や被相関画像の像の
重心を計算し、それらの画像の重心がシフト不変像用空
間光変調器上でそれぞれ常に一定の位置になるようにコ
ンピュータによる画像処理を施す。このことにより、参
照画像とそれに対応する座標変換光学フィルタの相対的
位置関係は、被相関画像とそれに対応する座標変換光学
フィルタの相対的位置関係と常に同じである。そして、
そのような画像処理された像に対して所望の光学的座標
変換を行った後相関処理を行うことにより、上記と同様
に相関処理の結果がシフト不変となる。
On the other hand, as a method of electronically making a shift invariant, a computer calculates a center of gravity of an image of a reference image or a correlated image, and the center of gravity of those images is always calculated on a shift invariant image spatial light modulator. Image processing by a computer is performed so as to be at a fixed position. Thus, the relative positional relationship between the reference image and the corresponding coordinate transforming optical filter is always the same as the relative positional relationship between the correlated image and the corresponding coordinate transforming optical filter. And
By performing the desired optical coordinate transformation on such an image-processed image and then performing the correlation processing, the result of the correlation processing becomes shift-invariant in the same manner as described above.

【0018】[0018]

【実施例】以下に、この発明の実施例を図に基づいて説
明する。図1は、本発明による座標変換機能を有する光
学的パターン認識装置の一実施例の構成図である。光学
的座標変換部の構成として、少なくとも1個のコヒーレ
ント光源は、シフト不変用レーザー61とシフト不変用
ビームエキスパンダ62と座標変換用レーザー5と座標
変換用ビームエキスパンダ6と座標変換用偏光ビームス
プリッタ12からなり、2次元の前記参照画像と前記被
相関画像を得る手段は、入力像用撮像装置2と画像処理
装置42と画像メモリ装置43からなり、光学的あるい
は電子的に前記参照画像と前記被相関画像をシフト不変
となるように変換し、前記シフト不変になるように変換
された前記参照画像と前記被相関画像とを少なくとも1
個のシフト不変像用空間光変調器に表示する手段は、入
力像用電気書込型空間光変調器3とシフト不変用レンズ
アレイ64とシフト不変用光書込型空間光変調器65で
あり、所望の座標系に変換するために前記シフト不変像
用空間光変調器に重ねて配置した少なくとも1個の座標
変換光学フィルタは、座標変換光学フィルタアレイ44
であり、少なくとも1個のレンズは座標変換レンズアレ
イ47である。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a configuration diagram of an embodiment of an optical pattern recognition device having a coordinate conversion function according to the present invention. As a configuration of the optical coordinate conversion unit, at least one coherent light source includes a shift invariant laser 61, a shift invariant beam expander 62, a coordinate conversion laser 5, a coordinate conversion beam expander 6, and a coordinate conversion polarization beam. The means for obtaining the two-dimensional reference image and the correlated image, which includes the splitter 12, includes the input image capturing device 2, the image processing device 42, and the image memory device 43, and optically or electronically stores the reference image. The correlated image is converted so as to be shift invariant, and the reference image and the correlated image converted so as to be shift invariant are at least one.
The means for displaying the shift invariant image spatial light modulators are the input image electric writing spatial light modulator 3, the shift invariant lens array 64, and the shift invariant optical writing spatial light modulator 65. The at least one coordinate conversion optical filter, which is disposed on the shift invariant image spatial light modulator so as to convert it into a desired coordinate system, is a coordinate conversion optical filter array 44.
And at least one lens is a coordinate conversion lens array 47.

【0019】ジョイント変換相関器部の構成としては、
前記光学的座標変換部において得られる前記参照画像や
前記被相関画像の各座標変換像を座標変換強度分布画像
に変換し、前記各座標変換強度分布画像を座標変換像用
空間光変調器に表示する手段は、マスク48と座標変換
用光書込型空間光変調器13からなり、前記座標変換像
用空間光変調器に表示された前記各座標変換強度分布画
像をコヒーレント画像に変換する手段は、フーリエ変換
用レーザー101とフーリエ変換用ビームエキスパンダ
102とフーリエ変換用偏光ビームスプリッタ103か
らなり、前記コヒーレント画像をレンズを用いてフーリ
エ変換し、前記座標変換強度分布画像のジョイントフー
リエ変換画像を得る手段は、第一のフーリエ変換レンズ
104からなり、前記ジョイントフーリエ変換画像をフ
ーリエ変換強度分布画像に変換し、前記フーリエ変換強
度分布画像をフーリエ変換像用空間光変調器に表示する
手段は、フーリエ変換用光書込型空間光変調器105か
らなり、前記フーリエ変換像用空間光変調器に表示され
た前記フーリエ変換強度分布画像をコヒーレント光を用
いて読出す手段は、相関用レーザー201と相関用ビー
ムエキスパンダ202と相関用偏光ビームスプリッタ2
03からなり、読出した前記フーリエ変換強度分布画像
を再度レンズを用いてフーリエ変換することによって得
られる相関出力画像を、撮像装置または受光素子を用い
て相関信号に変換する手段は、第二のフーリエ変換レン
ズ204と受光素子205からなり、前記相関信号を信
号処理して前記参照画像と前記被相関画像の2次元の相
関係数をそれぞれ求める手段は、識別回路206からな
る。
The configuration of the joint transform correlator section is as follows.
The coordinate transformation images of the reference image and the correlated image obtained in the optical coordinate transformation unit are transformed into coordinate transformation intensity distribution images, and the coordinate transformation intensity distribution images are displayed on a coordinate transformation image spatial light modulator. The means for performing comprises a mask 48 and an optical writing type spatial light modulator 13 for coordinate conversion, and means for converting each coordinate conversion intensity distribution image displayed on the coordinate conversion image spatial light modulator into a coherent image. A Fourier transform laser 101, a Fourier transform beam expander 102, and a Fourier transform polarizing beam splitter 103. The coherent image is Fourier transformed using a lens to obtain a joint Fourier transform image of the coordinate transform intensity distribution image. The means comprises a first Fourier transform lens 104, and converts the joint Fourier transform image to a Fourier transform intensity. The means for converting to an image and displaying the Fourier transform intensity distribution image on the Fourier transform image spatial light modulator comprises a Fourier transform optical writing type spatial light modulator 105, and the Fourier transform image spatial light modulator. The means for reading out the Fourier transform intensity distribution image displayed in FIG. 3 using coherent light includes a correlation laser 201, a correlation beam expander 202, and a correlation polarization beam splitter 2.
Means for converting a correlation output image obtained by subjecting the read-out Fourier transform intensity distribution image to Fourier transform again using a lens into a correlation signal using an imaging device or a light receiving element. A unit that includes a conversion lens 204 and a light receiving element 205 and that performs signal processing on the correlation signal to obtain a two-dimensional correlation coefficient between the reference image and the correlated image, respectively, includes an identification circuit 206.

【0020】先ず、認識の基準としてのデータベースで
ある参照物体を被相関物体1の位置に配置し、これを入
力像用撮像装置2で撮影して2次元の参照画像とし、そ
の画像を画像処理装置42をへて画像メモリ装置43に
メモリしておく。次に、同様にして認識の対象である被
相関物体1を入力像用撮像装置2で撮影して2次元の被
相関画像とし、この被相関画像と先に画像メモリ装置4
3にメモリしておいた参照画像を、画像処理装置42で
合成して入力像用電気書込型空間光変調器3に表示す
る。ここで例えば、位置が時間と共に変化する被相関物
体1をパターン認識する場合においては、被相関物体1
の動きにつれて入力像用電気書込型空間光変調器3上に
表示される被相関画像の位置も変化する。そのような場
合でも参照画像と被相関画像が重なり合わないように、
図4に示すように参照画像と被相関画像は離れて合成さ
れる。当然、被相関物体1が移動すれば、参照画像と被
相関画像間の距離などの位置関係が変化することは言う
までもない。
First, a reference object, which is a database serving as a reference for recognition, is arranged at the position of the correlated object 1, and this is photographed by the input image pickup device 2 to form a two-dimensional reference image. The image is stored in the image memory device 43 via the device 42. Next, similarly, the correlated object 1 to be recognized is photographed by the input image capturing device 2 to form a two-dimensional correlated image.
The reference image stored in the memory 3 is synthesized by the image processing device 42 and displayed on the electric writing spatial light modulator 3 for input image. Here, for example, when pattern recognition is performed on the correlated object 1 whose position changes with time, the correlated object 1
The position of the correlated image displayed on the input image electrical writing type spatial light modulator 3 also changes with the movement of. Even in such a case, to prevent the reference image and the correlated image from overlapping,
As shown in FIG. 4, the reference image and the correlated image are synthesized separately. Needless to say, if the correlated object 1 moves, the positional relationship such as the distance between the reference image and the correlated image changes.

【0021】シフト不変用レーザー61から出射された
コヒーレント光は、シフト不変用ビームエキスパンダ6
2により所定のビーム径を持つ平行光束に拡大されて、
被相関画像と参照画像が表示されている入力像用電気書
込型空間光変調器3を照射することにより、これらの画
像をコヒーレント画像に変換する。そしてこれらのコヒ
ーレント画像は、シフト不変用レンズアレイ64の各シ
フト不変レンズによってフーリエ変換されることによ
り、その変換面上にそれぞれのシフト不変像としてのフ
ーリエ変換像が得られる。ここで、シフト不変用レンズ
アレイ64上の各シフト不変レンズは、入力像用電気書
込型空間光変調器3上に表示されている被相関画像や参
照画像にそれぞれ対応し、各レンズ間は所定の距離Lだ
け離れている。
The coherent light emitted from the shift invariant laser 61 is transmitted to the shift invariant beam expander 6.
2, the beam is expanded into a parallel beam having a predetermined beam diameter,
By irradiating the input image electric writing spatial light modulator 3 on which the correlated image and the reference image are displayed, these images are converted into coherent images. These coherent images are Fourier-transformed by each shift-invariant lens of the shift-invariant lens array 64, so that a Fourier transform image as a shift-invariant image is obtained on the conversion surface. Here, each shift invariant lens on the shift invariant lens array 64 corresponds to a correlated image or a reference image displayed on the input image electric writing spatial light modulator 3, respectively. They are separated by a predetermined distance L.

【0022】そしてフーリエ変換像が得られる変換面に
は、シフト不変用光書込型空間光変調器65とその直前
に座標変換光学フィルタアレイ44を配置する。このよ
うに配置すると、参照画像や被相関画像の各フーリエ変
換像に座標変換光学フィルタを重畳した画像が、シフト
不変用光書込型空間光変調器65の書込面を書込光とし
て照射する。以上のことにより、被相関画像と参照画像
のそれぞれのフーリエ変換像に座標変換光学フィルタの
重畳した画像が強度分布に変換され、シフト不変強度分
布画像としてシフト不変用光書込型空間光変調器65上
に距離Lだけはなれて表示される。シフト不変用光書込
型空間光変調器65としては多くの種類が考えられる
が、本実施例では光変調材料が強誘電性液晶である反射
型の液晶ライトバルブを用いた構成について述べる。ま
た、シフト不変用レンズアレイ64の前焦点面に入力像
用電気書込型空間光変調器3を配置し、後焦点面にはシ
フト不変用光書込型空間光変調器65と座標変換光学フ
ィルタアレイ44を重ねて配置する。
On the conversion surface from which a Fourier-transformed image is obtained, a shift-invariant optical writing type spatial light modulator 65 and a coordinate conversion optical filter array 44 are arranged immediately before it. With this arrangement, an image obtained by superimposing a coordinate conversion optical filter on each Fourier transform image of the reference image or the correlated image irradiates the writing surface of the shift-invariant optical writing spatial light modulator 65 as writing light. I do. By the above, the image obtained by superimposing the coordinate transformation optical filter on the Fourier transform image of each of the correlated image and the reference image is converted into the intensity distribution, and the shift invariant optical writing spatial light modulator is used as the shift invariant intensity distribution image. It is displayed on 65 at a distance L. There are many types of shift-invariant optical writing type spatial light modulators 65. In this embodiment, a configuration using a reflection type liquid crystal light valve whose light modulating material is a ferroelectric liquid crystal will be described. Further, the input image electric writing spatial light modulator 3 is arranged on the front focal plane of the shift invariant lens array 64, and the shift invariant optical writing spatial light modulator 65 and the coordinate conversion optics are arranged on the rear focal plane. The filter arrays 44 are arranged in an overlapping manner.

【0023】座標変換光学フィルタアレイ44は、計算
機合成ホログラム(computer generated hologram :C
GH)によって作製された2枚の座標変換光学フィルタ
を所定の距離Lだけ離し、各シフト不変用レンズの位置
に対応させて配置したものである。座標変換において
は、座標変換光学フィルタと変換される画像の相対的位
置関係が異なると、同じ画像を座標変換しても異なった
座標変換像が得られてしまう。そこで、2枚の座標変換
光学フィルタ間の距離を各フーリエ変換像間の距離L
(シフト不変レンズ間の距離に等しい)に等しくし、被
相関画像と参照画像の各フーリエ変換像と各座標変換光
学フィルタの相対的位置関係がそれぞれ同一になるよう
に、各座標変換光学フィルタを配置する。このように一
度配置すれば、図8に示すように被相関画像の位置が入
力像用電気書込型空間光変調器3上で平行移動しても、
そのフーリエ変換像の位相は変化するが強度分布は全く
変化しない。このことにより、被相関画像のフーリエ変
換像とそれに対応する座標変換光学フィルタとの相対的
位置関係は変化しないので、その座標変換像は不変とな
る。
The coordinate conversion optical filter array 44 has a computer generated hologram (C).
GH), two coordinate transforming optical filters manufactured by GH) are separated by a predetermined distance L, and are arranged corresponding to the positions of the shift invariant lenses. In coordinate conversion, if the relative positional relationship between the coordinate conversion optical filter and the image to be converted is different, different coordinate conversion images will be obtained even if the same image is subjected to coordinate conversion. Therefore, the distance between the two coordinate transformation optical filters is defined as the distance L between each Fourier transform image.
(Equal to the distance between the shift invariant lenses), and each coordinate transform optical filter is set so that the relative positional relationship between each Fourier transform image of the correlated image and the reference image and each coordinate transform optical filter becomes the same. Deploy. Once arranged in this way, even if the position of the correlated image is translated on the input image electric writing spatial light modulator 3 as shown in FIG.
The phase of the Fourier transform image changes, but the intensity distribution does not change at all. Accordingly, the relative positional relationship between the Fourier transform image of the correlated image and the corresponding coordinate transform optical filter does not change, and the coordinate transform image remains unchanged.

【0024】座標変換用レーザー5から出射されたコヒ
ーレント光は、座標変換用ビームエキスパンダ6により
所定のビーム径を持つ平行光束に拡大された後、座標変
換用偏光ビームスプリッタ12で反射して読出光として
シフト不変用光書込型空間光変調器65の読出面を照射
する。ここで、この読出光の偏光方向と、シフト不変用
光書込型空間光変調器65の初期化によって揃えられた
液晶分子の配列の方向(またはそれに直角方向)とを予
め合わせておき、シフト不変用光書込型空間光変調器6
5で反射した読出光の偏光方向に対して、偏光軸が直角
(または平行)になるように配置した検光子を透過する
ことにより、シフト不変用光書込型空間光変調器65に
表示されている像をポジ像またはネガ像として読出すこ
とができる。本実施例では、検光子として座標変換用偏
光ビームスプリッタ12を用いている。
The coherent light emitted from the coordinate conversion laser 5 is expanded by a coordinate conversion beam expander 6 into a parallel light beam having a predetermined beam diameter, and then reflected and read by a coordinate conversion polarization beam splitter 12. The reading surface of the shift invariant optical writing type spatial light modulator 65 is irradiated as light. Here, the polarization direction of the readout light and the direction of alignment of liquid crystal molecules (or a direction perpendicular thereto) aligned by initialization of the shift invariant optical writing type spatial light modulator 65 are previously adjusted, and the shift is performed. Invariant optical writing spatial light modulator 6
The light is transmitted through an analyzer arranged such that the polarization axis is perpendicular (or parallel) to the polarization direction of the readout light reflected by 5, and is displayed on the shift invariant optical writing type spatial light modulator 65. Can be read out as a positive or negative image. In this embodiment, a coordinate conversion polarizing beam splitter 12 is used as an analyzer.

【0025】このようにして、被相関画像や参照画像の
各シフト不変強度分布画像はコヒーレント画像に変換さ
れる。そしてこれらのコヒーレント画像は、それぞれ座
標変換レンズアレイ47の各座標変換レンズによってフ
ーリエ変換されることにより、その変換面上にそれぞれ
所望の座標系に変換された座標変換像が得られる。そし
て、座標変換用光書込型空間光変調器13の直前に配置
されているマスク48には、例えば各々の+1次の座標
変換像だけが透過するように穴を開けておく。このこと
により、不要なDCバイアス成分や高次の座標変換像な
どを遮断し、参照画像や被相関画像の各シフト不変強度
分布画像の必要な座標変換像だけが透過して、座標変換
用光書込型空間光変調器13の書込面を書込光として照
射する。以上のことにより、被相関画像や参照画像の各
シフト不変強度分布画像の各座標変換像はそれぞれ強度
分布に変換され、座標変換強度分布画像として座標変換
用光書込型空間光変調器13上に距離Lだけはなれて表
示される。座標変換用光書込型空間光変調器13として
は多くの種類が考えられるが、シフト不変用光書込型空
間光変調器65と同様に、本実施例では光変調材料が強
誘電性液晶である反射型の液晶ライトバルブを用いた構
成について述べる。
In this manner, each shift-invariant intensity distribution image of the correlated image and the reference image is converted into a coherent image. Then, these coherent images are Fourier-transformed by the respective coordinate conversion lenses of the coordinate conversion lens array 47, so that coordinate conversion images converted to desired coordinate systems are obtained on the conversion surfaces. Then, a hole is formed in the mask 48 disposed immediately before the coordinate conversion optical writing spatial light modulator 13 so that, for example, only each + 1st-order coordinate conversion image is transmitted. As a result, unnecessary DC bias components and higher-order coordinate conversion images are cut off, and only necessary coordinate conversion images of the shift-invariant intensity distribution images of the reference image and the correlated image are transmitted. The writing surface of the writable spatial light modulator 13 is irradiated as writing light. As described above, each coordinate conversion image of each shift-invariant intensity distribution image of the correlated image and the reference image is converted into an intensity distribution, and the coordinate conversion intensity distribution image is displayed on the coordinate-writing optical writing spatial light modulator 13. Are displayed with a distance L apart. Although many types of optical writing spatial light modulators 13 for coordinate conversion are conceivable, similar to the shift invariant optical writing spatial light modulator 65, in this embodiment, the light modulating material is a ferroelectric liquid crystal. A configuration using a reflective liquid crystal light valve will be described.

【0026】ここで、座標変換レンズアレイ47の前焦
点面にシフト不変用光書込型空間光変調器65を配置
し、後焦点面に座標変換用光書込型空間光変調器13を
配置する。また、座標変換レンズアレイ47の各座標変
換レンズは、座標変換光学フィルタの場合と同様に、2
つの変換されるシフト不変強度分布画像の位置に対応し
て所定の距離Lだけ離れて配置されている。
Here, a shift invariant optical writing type spatial light modulator 65 is disposed on the front focal plane of the coordinate conversion lens array 47, and the coordinate converting optical writing spatial light modulator 13 is disposed on the rear focal plane. I do. Further, each coordinate conversion lens of the coordinate conversion lens array 47 has a 2
The positions are separated by a predetermined distance L corresponding to the positions of the two shifted invariant intensity distribution images to be converted.

【0027】フーリエ変換用レーザー101から出射さ
れたコヒーレント光は、フーリエ変換用ビームエキスパ
ンダ102で所定のビーム径を持つ平行光束に拡大され
た後、フーリエ変換用偏光ビームスプリッタ103で反
射して読出光として座標変換用光書込型空間光変調器1
3の読出面を照射する。ここでも、シフト不変用光書込
型空間光変調器65の場合と同様にして、座標変換用光
書込型空間光変調器13に表示されている各座標変換強
度分布画像をそれぞれ読出すことができる。ただし、検
光子としては座標変換用偏光ビームスプリッタ103を
使用している。
The coherent light emitted from the Fourier transform laser 101 is expanded into a parallel beam having a predetermined beam diameter by a Fourier transform beam expander 102, and then reflected and read by a Fourier transform polarizing beam splitter 103. Optical writing type spatial light modulator 1 for coordinate conversion as light
The reading surface of No. 3 is irradiated. Here, similarly to the case of the shift invariant optical writing type spatial light modulator 65, each coordinate conversion intensity distribution image displayed on the coordinate conversion optical writing type spatial light modulator 13 is read. Can be. However, the polarization beam splitter 103 for coordinate conversion is used as an analyzer.

【0028】このようにして、座標変換用光書込型空間光変
調器13に表示されている各座標変換強度分布画像はコ
ヒーレント画像に変換され、第一のフーリエ変換レンズ
104でフーリエ変換されることにより、その変換面上
に参照画像と被相関画像の各座標変換強度分布画像のジ
ョイントフーリエ変換像を形成する。そこでその変換面
上にフーリエ変換用光書込型空間光変調器105の書込
面を配置することにより、参照画像と被相関画像の各座
標変換強度分布画像のジョイントフーリエ変換像の強度
分布が、フーリエ変換強度分布画像としてフーリエ変換
用光書込型空間光変調器105に表示される。ここで
も、フーリエ変換用光書込型空間光変調器105として
は、シフト不変用光書込型空間光変調器65や座標変換
用光書込型空間光変調器13と同様に、強誘電性液晶を
用いた反射型の液晶ライトバルブを用いている。また、
第一のフーリエ変換レンズ104の前焦点面に座標変換
用光書込型空間光変調器13を、後焦点面にフーリエ変
換用光書込型空間光変調器105を配置する。
As described above, each coordinate transformation intensity distribution image displayed on the coordinate transformation optical writing spatial light modulator 13 is converted into a coherent image and Fourier transformed by the first Fourier transformation lens 104. Thereby, a joint Fourier transform image of each coordinate transformation intensity distribution image of the reference image and the correlated image is formed on the conversion plane. Therefore, by arranging the writing surface of the optical writing type spatial light modulator for Fourier transform 105 on the conversion surface, the intensity distribution of the joint Fourier transform image of each coordinate conversion intensity distribution image of the reference image and the correlated image is obtained. , Are displayed on the optical writing type spatial light modulator for Fourier transform 105 as Fourier transform intensity distribution images. Here, as in the case of the shift-invariant optical writing spatial light modulator 65 and the coordinate conversion optical writing spatial light modulator 13, the Fourier transform optical writing spatial light modulator 105 is a ferroelectric material. A reflective liquid crystal light valve using liquid crystal is used. Also,
An optical writing spatial light modulator for coordinate conversion 13 is arranged on the front focal plane of the first Fourier transform lens 104, and an optical writing spatial light modulator 105 for Fourier transformation is arranged on the rear focal plane.

【0029】相関用レーザー201から出射されたコヒ
ーレント光は、相関用ビームエキスパンダ202で所定
のビーム径を持つ平行光束に拡大された後、相関用偏光
ビームスプリッタ203で反射して読出光としてフーリ
エ変換用光書込型空間光変調器105の読出面を照射す
る。ここでも、シフト不変用光書込型空間光変調器65
や座標変換用光書込型空間光変調器13の場合と同様
に、フーリエ変換用光書込型空間光変調器105に表示
されているフーリエ変換強度分布画像はコヒーレント画
像に変換される。ただし、検光子としては相関用偏光ビ
ームスプリッタ203を使用している。
The coherent light emitted from the correlation laser 201 is expanded into a parallel light beam having a predetermined beam diameter by a correlation beam expander 202, and then reflected by a correlation polarizing beam splitter 203 to be Fourier-read as read light. The reading surface of the conversion optical writing type spatial light modulator 105 is irradiated. Here, too, the shift invariant optical writing type spatial light modulator 65 is used.
Similarly to the case of the coordinate-writing optical writing spatial light modulator 13, the Fourier transform intensity distribution image displayed on the Fourier transformation optical writing spatial light modulator 105 is converted into a coherent image. However, a correlation polarizing beam splitter 203 is used as an analyzer.

【0030】この読出されたコヒーレント画像は、第二
のフーリエ変換レンズ204でフーリエ変換されること
により、その変換面上に配置された受光素子205上に
相関ピークを含む相関出力画像を形成する。受光素子2
05はその相関出力画像中の相関ピークのみを受光して
相関信号に変換する。その相関信号は識別回路206に
入力されて相関ピーク強度が測定され、被相関画像と参
照画像の相関係数が出力される。ここで、第二のフーリ
エ変換レンズ204の前焦点面にフーリエ変換用光書込
型空間光変調器105を、後焦点面に受光素子205を
配置する。
The read coherent image is Fourier-transformed by the second Fourier transform lens 204 to form a correlation output image including a correlation peak on the light receiving element 205 arranged on the conversion plane. Light receiving element 2
Numeral 05 receives only the correlation peak in the correlation output image and converts it into a correlation signal. The correlation signal is input to the identification circuit 206, the correlation peak intensity is measured, and the correlation coefficient between the correlated image and the reference image is output. Here, the optical writing type spatial light modulator 105 for Fourier transform is arranged on the front focal plane of the second Fourier transform lens 204, and the light receiving element 205 is arranged on the rear focal plane.

【0031】厳密なフーリエ変換をするためには、フー
リエ変換を行う各レンズの前焦点面またはそのレンズと
後焦点面との間にフーリエ変換される画像を配置するの
が好ましい。そして、レンズの後焦点面にフーリエ変換
像が形成される。そこで本実施例では、シフト不変用レ
ンズアレイ64、座標変換レンズアレイ47、第一のフ
ーリエ変換レンズ104、第二のフーリエ変換レンズ2
04の前焦点面にフーリエ変換される画像を配置し、後
焦点面でフーリエ変換された画像を受光している。
In order to perform a strict Fourier transform, it is preferable to arrange an image to be Fourier-transformed between the front focal plane of each lens performing the Fourier transform or the lens and the rear focal plane. Then, a Fourier transform image is formed on the rear focal plane of the lens. Therefore, in this embodiment, the shift invariant lens array 64, the coordinate conversion lens array 47, the first Fourier transform lens 104, and the second Fourier transform lens 2
An image to be Fourier-transformed is arranged on the front focal plane 04, and the Fourier-transformed image is received on the rear focal plane.

【0032】上記実施例において、シフト不変用光書込
型空間光変調器65の直前に座標変換光学フィルタアレ
イ44を配置し、参照画像や被相関画像のフーリエ変換
像に座標変換光学フィルタを重畳した画像を強度分布に
変換して、シフト不変強度分布画像としてシフト不変用
光書込型空間光変調器65上に表示している。ところ
が、座標変換光学フィルタアレイ44をシフト不変用光
書込型空間光変調器65の直前(書込面側)に配置する
のではなく直後(読出面側)に配置しても良いことは言
うまでもない。この場合、座標変換光学フィルタの重畳
していない各フーリエ変換像が強度分布に変換されて、
シフト不変強度分布画像としてシフト不変用光書込型空
間光変調器65に表示され、その読出光が2度座標変換
光学フィルタアレイ44を透過することになる。
In the above embodiment, the coordinate conversion optical filter array 44 is arranged immediately before the shift invariant optical writing type spatial light modulator 65, and the coordinate conversion optical filter is superimposed on the Fourier transform image of the reference image or the correlated image. The converted image is converted into an intensity distribution and displayed on the shift-invariant optical writing spatial light modulator 65 as a shift-invariant intensity distribution image. However, it is needless to say that the coordinate conversion optical filter array 44 may not be disposed immediately before (on the writing surface side) but immediately after (on the reading surface side) of the shift invariant optical writing type spatial light modulator 65. No. In this case, each Fourier transform image on which the coordinate transformation optical filter is not superimposed is converted into an intensity distribution,
The shift-invariant intensity distribution image is displayed on the shift-invariant optical writing type spatial light modulator 65, and the readout light passes through the coordinate conversion optical filter array 44 twice.

【0033】また上記実施例のように、座標変換光学フ
ィルタの重畳したフーリエ変換像を強度分布に変換する
場合には、座標変換光学フィルタとしては振幅変調型の
フィルタでなければならない。しかし、座標変換光学フ
ィルタアレイ44をシフト不変用光書込型空間光変調器
65の直後に配置する場合には、座標変換光学フィルタ
は振幅変調型でも位相変調型でも良い。
When the Fourier transform image on which the coordinate transforming optical filter is superposed is converted into an intensity distribution as in the above embodiment, the coordinate transforming optical filter must be an amplitude modulation type filter. However, when the coordinate conversion optical filter array 44 is disposed immediately after the shift invariant optical writing type spatial light modulator 65, the coordinate conversion optical filter may be an amplitude modulation type or a phase modulation type.

【0034】また本実施例では、シフト不変用光書込型
空間光変調器65や座標変換用光書込型空間光変調器1
3やフーリエ変換用光書込型空間光変調器105として
強誘電性液晶を用いた反射型の液晶ライトバルブを用い
ている。よく知られている光変調材料であるTN液晶を
用いた場合には、階調表現が可能であるが解像度はおよ
そ30[lp/mm]程度と低く、動作速度もビデオレ
ート(30Hz)で遅いという課題がある。この課題を
解決するために、本実施例では光変調材料としてTN液
晶ではなく強誘電性液晶を用いた。このことにより、こ
の強誘電性液晶を用いた液晶ライトバルブは、解像度は
100[lp/mm]程度、かつ動作速度も数kHz程
度と非常に優れた特性を示している。ただしここで注意
することは、通常強誘電性液晶を用いた液晶ライトバル
ブは、液晶自体が双安定性を持っているため書込画像を
二値化記憶するという点である。そのため本実施例にお
いては、シフト不変強度分布画像や座標変換強度分布画
像やフーリエ変換強度分布画像は二値化記憶されるの
で、二値化シフト不変強度分布画像や二値化座標変換強
度分布画像や二値化フーリエ変換強度分布画像となって
いる。勿論他の光変調材料としては、液晶以外にBSO
結晶等の電気光学結晶を用いたものも考えられる。さら
に、反射型ではなく透過型の光書込型空間光変調器でも
原理的には同じであることは言うまでもない。また、光
書込型の空間光変調器を用いるのではなく、撮像装置と
電気書込型の空間光変調器を組み合わせて用いることが
できることは言うまでもない。
In this embodiment, the shift-invariant optical writing spatial light modulator 65 and the coordinate conversion optical writing spatial light modulator 1 are used.
3, a reflective liquid crystal light valve using ferroelectric liquid crystal is used as the optical writing spatial light modulator 105 for Fourier transform. When a TN liquid crystal, which is a well-known light modulation material, is used, gradation expression is possible, but the resolution is as low as about 30 [lp / mm], and the operation speed is slow at a video rate (30 Hz). There is a problem that. In order to solve this problem, in this embodiment, a ferroelectric liquid crystal was used as a light modulation material instead of a TN liquid crystal. As a result, the liquid crystal light valve using the ferroelectric liquid crystal has very excellent characteristics of a resolution of about 100 [lp / mm] and an operation speed of about several kHz. However, it should be noted here that a liquid crystal light valve using a ferroelectric liquid crystal normally binarizes and stores a written image because the liquid crystal itself has bistability. Therefore, in this embodiment, since the shift invariant intensity distribution image, the coordinate transformation intensity distribution image, and the Fourier transform intensity distribution image are binarized and stored, the binarization shift invariant intensity distribution image and the binarization coordinate transformation intensity distribution image And a binarized Fourier transform intensity distribution image. Of course, other light modulating materials besides liquid crystal include BSO
A device using an electro-optic crystal such as a crystal is also conceivable. Further, it goes without saying that the principle is the same in a transmissive optical writing type spatial light modulator instead of a reflective type. In addition, it goes without saying that, instead of using an optical writing type spatial light modulator, an imaging device and an electric writing type spatial light modulator can be used in combination.

【0035】次に、光書込型空間光変調器として本実施
例で用いている、光変調材料が強誘電性液晶である反射
型の液晶ライトバルブの構造や動作について述べる。従
来の液晶ライトバルブと異なる点は、液晶層として光透
過率または光反射率と印加電圧の間に明瞭な双安定性を
有する強誘電性液晶を用いていることである。図5は、
強誘電性液晶を用いた液晶ライトバルブの構造を示す断
面図である。液晶分子を挟持するためのガラスやプラス
チックなどの透明基板131a、131bは、表面に透
明電極層132a、132b、透明基板の法線方向から
75度から85度の範囲の角度で一酸化ケイ素を斜方蒸
着した配向膜層133a、133bが設けられている。
透明基板131aと131bはその配向膜層133a、
133b側を、スペーサ139を介して間隙を制御して
対向させ、強誘電性液晶層134を挟持するようになっ
ている。また、光による書込側の透明電極層132a上
には光導電層135、遮光層136、誘電体ミラー13
7が配向膜層133aとの間に積層形成され、書込側の
透明基板131aと読出側の透明基板131bのセル外
面には、無反射コーティング層138a、138bが形
成されている。
Next, the structure and operation of a reflective liquid crystal light valve in which a light modulating material is a ferroelectric liquid crystal, which is used as an optical writing type spatial light modulator in this embodiment, will be described. The difference from the conventional liquid crystal light valve is that a ferroelectric liquid crystal having a clear bistability between light transmittance or light reflectance and applied voltage is used as a liquid crystal layer. FIG.
FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating a structure of a liquid crystal light valve using a ferroelectric liquid crystal. Transparent substrates 131a and 131b, such as glass or plastic, for sandwiching liquid crystal molecules are provided with transparent electrode layers 132a and 132b, and silicon monoxide obliquely inclined at an angle in the range of 75 to 85 degrees from the normal direction of the transparent substrate. Orientation film layers 133a and 133b are provided.
The transparent substrates 131a and 131b have their alignment film layers 133a,
The ferroelectric liquid crystal layer 134 is sandwiched between the 133b sides by controlling the gap via a spacer 139. Further, the photoconductive layer 135, the light shielding layer 136, and the dielectric mirror 13 are formed on the transparent electrode layer 132a on the light writing side.
7 is laminated between the alignment film layer 133a and non-reflective coating layers 138a and 138b are formed on the outer surfaces of the cells of the transparent substrate 131a on the writing side and the transparent substrate 131b on the reading side.

【0036】上記構成において、誘電体ミラー137の
可視光反射率が十分大きく、光導電層135に対して読
出光の影響が極めて小さい場合は遮光層136を省略す
ることができる。さらに、光導電層135の読出光に対
する反射率が十分大きく、かつ読出光が十分小さく光導
電層135に対して読出光の影響が極めて小さい場合に
は、誘電体ミラー137も省略することができる。ただ
し本実施例においては、光書込型空間光変調器を直列に
接続し、読出光を用いて次段の光書込型空間光変調器に
書き込まなければならないので、読出光の強度はできれ
ば強い方がよい。そのため、シフト不変用光書込型空間
光変調器65や座標変換用光書込型空間光変調器13
は、遮光層136や誘電体ミラー137を有する方が好
ましい。一方、フーリエ変換用光書込型空間光変調器1
05の場合、次段は受光素子205で感度が高いので読
出光の強度は弱くてもよい場合が多い。そのため、フー
リエ変換用光書込型空間光変調器105は遮光層136
や誘電体ミラー137を有さなくても十分であることが
多い。
In the above configuration, when the visible light reflectance of the dielectric mirror 137 is sufficiently large and the influence of the reading light on the photoconductive layer 135 is extremely small, the light shielding layer 136 can be omitted. Further, when the reflectance of the photoconductive layer 135 with respect to the readout light is sufficiently large, and the readout light is sufficiently small and the influence of the readout light on the photoconductive layer 135 is extremely small, the dielectric mirror 137 can be omitted. . However, in this embodiment, since the optical writing type spatial light modulator must be connected in series and writing must be performed to the next-stage optical writing type spatial light modulator using the reading light, the intensity of the reading light should be as small as possible. Stronger is better. Therefore, the shift invariant optical writing type spatial light modulator 65 and the coordinate conversion optical writing type spatial light modulator 13 are used.
Preferably has a light-shielding layer 136 and a dielectric mirror 137. On the other hand, the optical writing type spatial light modulator 1 for Fourier transform
In the case of 05, the sensitivity of the light receiving element 205 in the next stage is high, so that the intensity of the reading light may be low in many cases. Therefore, the optical writing type spatial light modulator 105 for Fourier transform is provided with the light shielding layer 136.
It is often sufficient to have no dielectric mirror 137.

【0037】次に、上記構造を持つ液晶ライトバルブを
初期化する方法を示す。第1の方法は、一度液晶ライト
バルブの書込面全面を光照射し、明時のしきい値電圧の
最大値よりも十分に高いパルス電圧あるいは直流バイア
ス電圧あるいは100Hz〜50kHzの交流電圧を重
畳した直流バイアス電圧を透明電極層132aと132
bの間に印加して、強誘電性液晶分子を一方向の安定状
態にそろえ、その状態をメモリさせる。第2の方法は、
光照射なしで、暗時のしきい値電圧の最大値よりも十分
に高いパルス電圧あるいは直流バイアス電圧あるいは1
00Hz〜50kHzの交流電圧を重畳した直流バイア
ス電圧を透明電極層132aと132bの間に印加して
強誘電性液晶分子を一方向の安定状態にそろえ、その状
態をメモリさせる。通常、暗時のしきい値電圧の最大値
は、光照射時のそれよりも大きくなっている。
Next, a method for initializing the liquid crystal light valve having the above structure will be described. The first method involves once irradiating the entire writing surface of the liquid crystal light valve with light, and superimposing a pulse voltage, a DC bias voltage, or an AC voltage of 100 Hz to 50 kHz sufficiently higher than the maximum value of the threshold voltage in the bright state. The applied DC bias voltage is applied to the transparent electrode layers 132a and 132
b, the ferroelectric liquid crystal molecules are aligned in a stable state in one direction, and the state is stored. The second method is
Without light irradiation, a pulse voltage or DC bias voltage sufficiently higher than the maximum value of the threshold voltage in darkness or 1
A DC bias voltage on which an AC voltage of 00 Hz to 50 kHz is superimposed is applied between the transparent electrode layers 132a and 132b to align the ferroelectric liquid crystal molecules in a stable state in one direction and store the state. Normally, the maximum value of the threshold voltage at the time of darkness is larger than that at the time of light irradiation.

【0038】さらに液晶ライトバルブを上記のように初
期化した後の動作について示す。光照射なしで、暗時に
はしきい値電圧の最大値以下であり、光照射時にはしき
い値電圧の最大値以上となる初期化時とは逆極性のパル
ス電圧あるいは直流バイアス電圧あるいは100Hz〜
50kHzの交流電圧を重畳した直流バイアス電圧を透
明電極層132aと132bの間に印加しながら、レー
ザー光などによって画像の光書込みをする。レーザー照
射を受けた領域の光導電層135にはキャリアが発生
し、発生したキャリアは印加電圧により電界方向にドリ
フトし、その結果しきい値電圧が下がり、レーザー照射
が行われた領域にはしきい値電圧以上の初期化時とは逆
極性の印加電圧が印加され、強誘電性液晶は自発分極の
反転に伴う分子の反転が起こり、もう一方の安定状態に
移行するので、画像が二値化処理されて記憶される。
The operation after the liquid crystal light valve is initialized as described above will be described. Without light irradiation, the threshold voltage is equal to or less than the maximum value of the threshold voltage in darkness, and is equal to or more than the maximum value of the threshold voltage in light irradiation.
Optical writing of an image is performed by a laser beam or the like while applying a DC bias voltage on which an AC voltage of 50 kHz is superimposed between the transparent electrode layers 132a and 132b. Carriers are generated in the photoconductive layer 135 in the region irradiated with the laser, and the generated carriers drift in the direction of the electric field due to the applied voltage. An applied voltage of the opposite polarity to that at the time of initialization above the threshold voltage is applied, and the molecules of the ferroelectric liquid crystal are inverted due to the inversion of spontaneous polarization, and the other stable state is transferred, so the image is binary. And stored.

【0039】二値化されて記憶された画像は、初期化に
よって揃えられた液晶分子の配列の方向(またはそれに
直角方向)に偏光軸を合わせた直線偏光の読出光の照
射、及び、誘電体ミラー137による反射光の偏光方向
に対し、偏光軸が直角(または平行)になるように配置
された検光子を通すことにより、ポジ状態またはネガ状
態で読出すことができる。上記図1の実施例において
は、検光子の代わりに偏光ビームスプリッタを用いてい
る。
The binarized and stored image is irradiated with readout light of linearly polarized light whose polarization axis is aligned with the direction of alignment of liquid crystal molecules (or a direction perpendicular thereto) aligned by initialization, and a dielectric material. By passing the light through an analyzer arranged so that the polarization axis is perpendicular (or parallel) to the polarization direction of the light reflected by the mirror 137, reading can be performed in a positive state or a negative state. In the embodiment of FIG. 1, a polarizing beam splitter is used instead of the analyzer.

【0040】画像を二値化する場合のしきい値は、透明
電極層132aと132bの間に印加するパルス電圧値
やパルス幅あるいは交流電圧の周波数あるいは直流バイ
アス電圧の値を調整することにより、変化させることが
できる。また、レーザーのパワーを調整して書込面に照
射される光強度を変化させることにより、実質的にしき
い値を変化させた場合と同じ効果が得られる。このよう
にして、しきい値を適切に調整することにより、たとえ
ノイズ成分が多くて通常ならノイズに埋もれてしまうよ
うな場合でも、ノイズ成分の少ない正確な画像を得るこ
とが可能となった。
The threshold value for binarizing an image is adjusted by adjusting the pulse voltage value or pulse width applied between the transparent electrode layers 132a and 132b, the frequency of the AC voltage, or the value of the DC bias voltage. Can be changed. Further, by adjusting the power of the laser to change the light intensity applied to the writing surface, substantially the same effect as when the threshold value is changed can be obtained. By appropriately adjusting the threshold value in this way, it is possible to obtain an accurate image with a small noise component even when the noise component is large and is normally buried in noise.

【0041】図1に示すように、複数の光書込型空間光
変調器を直列に接続して画像の記録や読出を次々に行う
場合、それぞれの光書込型空間光変調器への像の書込や
消去や読出は同期をとって行う必要があることは言うま
でもない。本実施例における強誘電性液晶を用いた液晶
ライトバルブの場合には、各液晶ライトバルブに印加さ
れる書込パルスや消去パルスおよび読出光や書込光の照
射時間などを同期させ、各液晶ライトバルブの書込面へ
書込光が照射される書込光照射時間と、その液晶ライト
バルブへの書込電圧印加時間とが少なくとも所定の時間
一致している必要がある。そのような駆動方法におい
て、シフト不変用光書込型空間光変調器65や座標変換
用光書込型空間光変調器13やフーリエ変換用光書込型
空間光変調器105は30Hz〜2kHzという高速で
駆動することができた。
As shown in FIG. 1, when a plurality of optical writing type spatial light modulators are connected in series to record and read out images one after another, the image to each optical writing type spatial light modulator is It is needless to say that the writing, erasing and reading of the data must be performed in synchronization. In the case of the liquid crystal light valve using the ferroelectric liquid crystal in the present embodiment, the writing pulse and the erasing pulse applied to each liquid crystal light valve and the irradiation time of the reading light and the writing light are synchronized, and each liquid crystal light valve is synchronized. It is necessary that the writing light irradiation time during which the writing light is irradiated to the writing surface of the light valve and the writing voltage application time to the liquid crystal light valve coincide with at least a predetermined time. In such a driving method, the shift invariant optical writing spatial light modulator 65, the coordinate conversion optical writing spatial light modulator 13, and the Fourier transform optical writing spatial light modulator 105 have a frequency of 30 Hz to 2 kHz. It was able to drive at high speed.

【0042】次に、上記実施例で用いた入力像用電気書
込型空間光変調器3について説明する。この入力像用電
気書込型空間光変調器3の動作においても、上述したシ
フト不変用光書込型空間光変調器65や座標変換用光書
込型空間光変調器13やフーリエ変換用光書込型空間光
変調器105と同様に、他の空間光変調器やレーザーと
同期を取って動作させる必要があることは言うまでもな
い。
Next, the input image electric writing type spatial light modulator 3 used in the above embodiment will be described. In the operation of the input image electric writing spatial light modulator 3, the shift invariant optical writing spatial light modulator 65, the coordinate conversion optical writing spatial light modulator 13, and the Fourier transform light are also used. As in the case of the write-type spatial light modulator 105, it is needless to say that it is necessary to operate in synchronization with another spatial light modulator or laser.

【0043】ところが上述したように、シフト不変用光
書込型空間光変調器65や座標変換用光書込型空間光変
調器13やフーリエ変換用光書込型空間光変調器105
として強誘電性液晶を用いた液晶ライトバルブを用いた
場合、それらは30Hz〜2kHz程度という非常な高
速動作が可能となった。しかし、入力像用電気書込型空
間光変調器3として光変調材料がTN液晶である液晶テ
レビなどを用いると、30Hzという低速でしか動作さ
せることができないので、本発明のパターン認識装置の
動作速度が入力像用電気書込型空間光変調器3の速度で
律速されてしまう。そのため、入力像用電気書込型空間
光変調器3としては高速動作が可能になるように、光変
調材料にPLZTなどの電気光学セラミックスやイット
リウム鉄ガーネットなどの磁気光学材料や強誘電性液晶
などを用いるのが好ましい。そこで本実施例では、入力
像用電気書込型空間光変調器3として強誘電性液晶を光
変調材料として用いた電気書込型空間光変調器を用い
た。このことにより、入力像用電気書込型空間光変調器
3も他の空間光変調器と同期させつつ高速動作が可能と
なった。
However, as described above, the shift invariant optical writing spatial light modulator 65, the coordinate conversion optical writing spatial light modulator 13, the Fourier transform optical writing spatial light modulator 105, and the like.
When a liquid crystal light valve using a ferroelectric liquid crystal is used, they can operate at a very high speed of about 30 Hz to 2 kHz. However, if a liquid crystal television or the like whose light modulation material is a TN liquid crystal is used as the input image electric writing type spatial light modulator 3, it can be operated only at a low speed of 30 Hz. The speed is limited by the speed of the input image electrical writing spatial light modulator 3. Therefore, as the input image electric writing type spatial light modulator 3, the light modulating material may be an electro-optic ceramic such as PLZT, a magneto-optic material such as yttrium iron garnet, a ferroelectric liquid crystal, or the like so as to enable high-speed operation. It is preferable to use Therefore, in this embodiment, an electric writing type spatial light modulator using a ferroelectric liquid crystal as a light modulating material is used as the input image electric writing type spatial light modulator 3. As a result, the input image electric writing spatial light modulator 3 can operate at a high speed in synchronization with other spatial light modulators.

【0044】座標変換を用いない通常の相関処理におい
ては、被相関物体が参照物体に対して10度程度回転し
ていたり、20〜30%程度大きさが異なる場合、相関
ピークの強度が大きく低下して正確に認識できなかっ
た。しかし以上示してきた本発明において、座標変換光
学フィルタとして(lnr,θ)座標に変換するフィルタ
を用いることにより、回転角に関しては360度全ての
回転角に対して、また大きさ変化に関しては50%程度
変化している場合でも問題なく認識でき、回転や大きさ
の変化に対して不変なパターン認識が可能となった。そ
して、相関ピークの現れる位置から回転角や大きさの変
化量を測定することも可能であった。さらに、他の座標
系に変換する座標変換光学フィルタを用いた場合におい
ても同様に、用いた座標変換に対応して大きさや回転な
どに不変なパターン認識が可能であった。
In the ordinary correlation processing without using coordinate transformation, when the correlated object is rotated by about 10 degrees with respect to the reference object or differs in size by about 20 to 30%, the intensity of the correlation peak is greatly reduced. And couldn't recognize it correctly. However, in the present invention described above, by using a filter for converting to (lnr, θ) coordinates as a coordinate conversion optical filter, the rotation angle can be changed for all 360 degrees of rotation, and the change in size can be reduced to 50 degrees. Even if it changes by about%, it can be recognized without any problem, and pattern recognition that is invariant to changes in rotation and size has become possible. It was also possible to measure the rotation angle and the amount of change in the magnitude from the position where the correlation peak appears. Furthermore, even when a coordinate conversion optical filter for converting to another coordinate system is used, a pattern that is invariant in size, rotation, etc. can be recognized in accordance with the used coordinate conversion.

【0045】さらに、被相関画像の回転や大きさなどの
変化に対してだけでなく、シフトに対しても不変なパタ
ーン認識が可能となった。例えば本実施例において、図
4のような参照画像や被相関画像を考えると、参照画像
は画像メモリ装置43にメモリされているため、入力像
用電気書込型空間光変調器3上での位置は不変である。
一方、図8に示すように、被相関画像の位置は被相関物
体1の動きに応じて入力像用電気書込型空間光変調器3
上を移動する。しかしすでに説明したように、座標変換
の前処理として被相関画像をシフト不変にするためにフ
ーリエ変換することにより、被相関画像の位置が変化し
てもそのフーリエ変換像の強度分布(シフト不変強度分
布画像)は変化しない。このことにより、各シフト不変
強度分布画像と座標変換光学フィルタの相対的位置関係
は変化しないので、当然その座標変換像は変化せず、相
関処理の結果は被相関画像のシフトに対して不変となる
のである。もちろん逆に、参照画像を変更して位置がシ
フトした場合においても同様に、参照画像のシフトに対
して不変な相関処理が可能であることは言うまでもな
い。
Further, it is possible to recognize a pattern invariant not only to a change in the rotation or size of the correlated image but also to a shift. For example, in the present embodiment, considering a reference image and a correlated image as shown in FIG. 4, the reference image is stored in the image memory device 43, so that the reference image on the electrical writing type spatial light modulator 3 for the input image is used. The position is unchanged.
On the other hand, as shown in FIG. 8, the position of the correlated image is changed according to the movement of the correlated object 1 by the electric writing type spatial light modulator 3 for the input image.
Move up. However, as described above, by performing Fourier transform to make the correlated image shift invariant as a pre-process of coordinate transformation, even if the position of the correlated image changes, the intensity distribution (shift invariant intensity) of the Fourier transformed image changes. Distribution image) does not change. As a result, since the relative positional relationship between each shift-invariant intensity distribution image and the coordinate conversion optical filter does not change, the coordinate conversion image does not change, and the result of the correlation processing is invariant to the shift of the correlated image. It becomes. Of course, conversely, even when the reference image is changed and the position is shifted, similarly, it is needless to say that the correlation process invariant to the shift of the reference image is possible.

【0046】以上のことにより、被相関物体1が3次元
空間を移動した場合、入力像用電気書込型空間光変調器
3上での被相関画像の大きさや向きや位置などが変化す
るが、それらの変化に対して適当な座標変換光学フィル
タを用いることにより、被相関画像の正確なパターン認
識が可能となった。認識速度に関しては、強誘電性液晶
を光変調材料とした空間光変調器を使用すると、その空
間光変調器は30Hz〜2kHz程度で動作可能である
ので、本発明におけるパターン認識装置全体としても3
0Hz〜2kHz程度という高速動作が可能であった。
As described above, when the correlated object 1 moves in the three-dimensional space, the size, the direction, the position, and the like of the correlated image on the input image electric writing spatial light modulator 3 change. By using an appropriate coordinate transformation optical filter for these changes, accurate pattern recognition of the correlated image has become possible. Regarding the recognition speed, when a spatial light modulator using a ferroelectric liquid crystal as a light modulating material is used, the spatial light modulator can operate at about 30 Hz to 2 kHz.
High-speed operation of about 0 Hz to 2 kHz was possible.

【0047】さらに本発明では、VanderLugt型の相関器
ではなくジョイント変換型の相関器を使用しているた
め、写真乾板の現像や現像後の写真乾板のセッティング
等の手間は不要で、手軽にパターン認識が可能である。
その上、参照物体を前もって画像メモリ装置43に記憶
しておけば、容易にかつ高速に参照画像を変更すること
も可能である。また、写真乾板ほど高解像度の空間光変
調器を必要としないので、振動や空気の揺らぎによる影
響は少なく、光学系の光軸調整も容易である。
Further, in the present invention, since a joint conversion type correlator is used instead of a VanderLugt type correlator, the trouble of developing the photographic dry plate and setting the photographic dry plate after the development is unnecessary, and the pattern can be easily formed. Recognition is possible.
In addition, if the reference object is stored in the image memory device 43 in advance, it is possible to easily and quickly change the reference image. Further, since a spatial light modulator having a higher resolution than a photographic dry plate is not required, the influence of vibration and air fluctuation is small, and the optical axis of the optical system can be easily adjusted.

【0048】図6は、本発明による座標変換機能を有す
る光学的パターン認識装置の他の実施例の構成図であ
る。これは、シフト不変用光書込型空間光変調器65の
代わりに、電気書込型の空間光変調器を用いる方法を示
したものである。ジョイント変換相関器部は図1の実施
例と同じであるため、図を省略している。そして図1に
おける実施例と同様の働きをする部分は同じ符号をつ
け、説明を省略あるいは簡略化している。
FIG. 6 is a block diagram of another embodiment of the optical pattern recognition device having a coordinate conversion function according to the present invention. This shows a method of using an electric writing type spatial light modulator instead of the shift invariant optical writing type spatial light modulator 65. Since the joint transform correlator is the same as that of the embodiment of FIG. 1, the illustration is omitted. Parts having the same functions as those of the embodiment in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and the description is omitted or simplified.

【0049】光学的座標変換部において図1に示した実
施例と異なる部分は、光学的あるいは電子的に前記参照
画像と前記被相関画像をシフト不変となるように変換
し、前記シフト不変になるように変換された前記参照画
像と前記被相関画像とを少なくとも1個のシフト不変像
用空間光変調器に表示する手段は、入力像用電気書込型
空間光変調器3とシフト不変用レンズアレイ64とシフ
ト不変用撮像装置66と二値化処理回路67とシフト不
変用電気書込型空間光変調器68である。
The part of the optical coordinate converter different from that of the embodiment shown in FIG. 1 is optically or electronically transformed so that the reference image and the correlated image are shift invariant, and the shift invariant is obtained. Means for displaying the converted reference image and the correlated image on at least one shift-invariant image spatial light modulator, comprising: an input image electric writing spatial light modulator 3 and a shift-invariant lens. An array 64, a shift-invariant imaging device 66, a binarization processing circuit 67, and a shift-invariant electric writing spatial light modulator 68.

【0050】入力像用電気書込型空間光変調器3に表示
された参照画像と被相関画像は、図1に示した実施例と
同様にそれぞれフーリエ変換され、各フーリエ変換像は
直接シフト不変用撮像装置66に入力されて画像信号に
変換される。その画像信号を二値化処理回路67で二値
化処理した後シフト不変用電気書込型空間光変調器68
に入力することにより、参照画像と被相関画像の各フー
リエ変換像が二値化強度分布画像に変換され、二値化シ
フト不変強度分布画像としてシフト不変用電気書込型空
間光変調器68に表示される。この実施例でのシフト不
変用撮像装置66やシフト不変用電気書込型空間光変調
器68としては、CCDカメラや液晶テレビのような透
過型の空間光変調器を用いている。
The reference image and the correlated image displayed on the input image electric writing spatial light modulator 3 are subjected to Fourier transform similarly to the embodiment shown in FIG. 1, and each Fourier transform image is directly shifted invariant. And is converted into an image signal. After the image signal is binarized by a binarization processing circuit 67, a shift invariant electric writing type spatial light modulator 68 is used.
, Each Fourier transform image of the reference image and the correlated image is converted into a binarized intensity distribution image, and the binarized shift invariant intensity distribution image is transmitted to the shift invariant electric writing spatial light modulator 68. Is displayed. As the shift-invariant imaging device 66 and the shift-invariant electric writing type spatial light modulator 68 in this embodiment, a transmissive spatial light modulator such as a CCD camera or a liquid crystal television is used.

【0051】シフト不変強度分布画像を二値化する必要
がなければ二値化処理回路67が不要であることは言う
までもない。しかし、二値化するための適切なしきい値
を設定することにより、ノイズの少ない鮮明な二値化シ
フト不変強度分布画像を得ることができるので、本実施
例では二値化を行っている。座標変換光学フィルタアレ
イ44は、シフト不変用電気書込型空間光変調器68の
直前あるいは直後に配置され、座標変換用レーザー5か
らのコヒーレント光によって座標変換光学フィルタの重
畳したシフト不変強度分布画像が読出される。その後の
処理は図1に示した実施例と同じであるので省略する。
If it is not necessary to binarize the shift-invariant intensity distribution image, it goes without saying that the binarization processing circuit 67 is unnecessary. However, by setting an appropriate threshold value for binarization, a clear binarized shift-invariant intensity distribution image with less noise can be obtained. Therefore, in this embodiment, binarization is performed. The coordinate conversion optical filter array 44 is disposed immediately before or immediately after the shift invariant electric writing spatial light modulator 68, and is a shift invariant intensity distribution image on which the coordinate conversion optical filter is superimposed by coherent light from the coordinate conversion laser 5. Is read. Subsequent processing is the same as in the embodiment shown in FIG.

【0052】図7は、本発明による座標変換機能を有す
る光学的パターン認識装置の他の実施例の構成図であ
る。これは、光学的に参照画像や被相関画像をシフト不
変に変換するのではなく、コンピュータを用いて電子的
に行う場合を示したものである。ジョイント変換相関器
部は図1の実施例と同じであるため、図を省略してい
る。そして図1における実施例と同様の働きをする部分
は同じ符号をつけ、説明を省略あるいは簡略化してい
る。
FIG. 7 is a block diagram of another embodiment of the optical pattern recognition device having a coordinate conversion function according to the present invention. This shows a case where a reference image or a correlated image is not optically converted into a shift invariant, but is electronically performed using a computer. Since the joint transform correlator is the same as that of the embodiment of FIG. 1, the illustration is omitted. Parts having the same functions as those of the embodiment in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and the description is omitted or simplified.

【0053】光学的座標変換部において図1に示した実
施例と異なる部分は、少なくとも1個のコヒーレント光
源は、座標変換用レーザー5と座標変換用ビームエキス
パンダ6からなり、2次元の前記参照画像と前記被相関
画像を得る手段は、入力像用撮像装置2と画像処理装置
42と画像メモリ装置43からなり、光学的あるいは電
子的に前記参照画像と前記被相関画像をシフト不変とな
るように変換し、前記シフト不変になるように変換され
た前記参照画像と前記被相関画像とを少なくとも1個の
シフト不変像用空間光変調器に表示する手段は、シフト
不変用コンピュータ69とシフト不変用電気書込型空間
光変調器68である。
The optical coordinate converter differs from the embodiment shown in FIG. 1 in that at least one coherent light source is composed of a coordinate conversion laser 5 and a coordinate conversion beam expander 6, which is a two-dimensional reference. The means for obtaining the image and the correlated image includes the input image imaging device 2, the image processing device 42, and the image memory device 43, and optically or electronically shifts the reference image and the correlated image invariably. Means for displaying the reference image and the correlated image converted so as to be shift invariant on at least one spatial light modulator for shift invariant image, comprising a shift invariant computer 69 and a shift invariant computer. Electrical writing type spatial light modulator 68.

【0054】まず図1に示した実施例と同様に、入力像
用撮像装置2から2次元の参照画像を得る。この参照画
像をシフト不変用コンピュータ69で画像処理して重心
の位置Gを計算したのち、画像処理装置42をへて参照
画像のシフト不変強度分布画像として画像メモリ装置4
3にメモリする。次に同様にして被相関画像を画像処理
することにより、重心の位置G’を計算してそのG’の
位置を基にシフト不変強度分布画像を求め、この画像と
先に画像メモリ装置43にメモリしておいた参照画像の
シフト不変強度分布画像を画像処理装置42で合成し、
シフト不変用電気書込型空間光変調器68に表示する。
ここで合成する場合、図9に示すようにシフト不変用電
気書込型空間光変調器68上の重心間の距離GG’が座
標変換光学フィルタ間の距離Lと等しく、各シフト不変
強度分布画像と各座標変換光学フィルタとの相対的位置
関係が同一であるように合成する。この後の処理は図1
や図6に示す実施例と同じであるので省略する。座標変
換光学フィルタアレイ44はシフト不変用電気書込型空
間光変調器68の直後に配置されていても良いことは言
うまでもない。
First, as in the embodiment shown in FIG. 1, a two-dimensional reference image is obtained from the input image pickup device 2. The reference image is subjected to image processing by the shift invariant computer 69 to calculate the position G of the center of gravity, and then transmitted to the image processing device 42 as a shift invariant intensity distribution image of the reference image.
Store in 3 Next, similarly, the correlated image is subjected to image processing to calculate the position G ′ of the center of gravity, obtain a shift-invariant intensity distribution image based on the position of G ′, and send the image to the image memory device 43 first. The shift invariant intensity distribution image of the reference image stored in the memory is synthesized by the image processing device 42,
It is displayed on the shift invariant electric writing type spatial light modulator 68.
In this case, as shown in FIG. 9, the distance GG ′ between the centers of gravity on the shift-invariant electric writing type spatial light modulator 68 is equal to the distance L between the coordinate transforming optical filters, as shown in FIG. And the coordinate conversion optical filters are combined so that the relative positional relationship between them is the same. The subsequent processing is shown in FIG.
6 is the same as the embodiment shown in FIG. It is needless to say that the coordinate conversion optical filter array 44 may be arranged immediately after the shift invariable electric writing type spatial light modulator 68.

【0055】ここで、シフト不変用コンピュータ69で
行う画像処理の内容について説明する。まず、入力像用
撮像装置から入力された参照画像や被相関画像を二値化
する。この理由は、通常の撮像装置から取り入れた画像
は階調を持っており、そのような画像をコンピュータで
処理する場合はデータ量が多くなり処理に要する時間が
長くなるからである。次に、参照画像や被相関画像の重
心GやG’の位置を計算する。そして最後に、参照画像
と被相関画像の重心の位置が一致していればそれ以上の
処理は行わず、異なる場合には一致するように被相関画
像の位置を平行移動して重心が同じになるようにする。
Here, the contents of the image processing performed by the shift invariant computer 69 will be described. First, the reference image and the correlated image input from the input image capturing device are binarized. The reason for this is that an image taken from a normal imaging device has a gradation, and when such an image is processed by a computer, the amount of data increases and the time required for processing increases. Next, the position of the center of gravity G or G 'of the reference image or the correlated image is calculated. Finally, if the position of the center of gravity of the reference image matches the center of gravity of the correlated image, no further processing is performed, and if the center of gravity differs, the position of the correlated image is translated so that the center of gravity is the same. To be.

【0056】以上の画像処理を行った被相関画像におい
ては、被相関物体1の移動に関わらず重心の位置は不変
であるのでシフト不変強度分布画像となる。そして、参
照画像や被相関画像の各シフト不変強度分布画像を、座
標変換光学フィルタの位置に対応させて重心間の距離が
Lになるように合成してシフト不変用電気書込型空間光
変調器68に表示すれば、各シフト不変強度分布画像と
座標変換光学フィルタの相対的位置関係は不変となるの
で、他の実施例と同様に被相関画像のシフトに対して不
変な相関処理を行うことができる。
In the correlated image that has been subjected to the above image processing, the position of the center of gravity is invariant regardless of the movement of the correlated object 1, so that the image becomes a shift-invariant intensity distribution image. Then, the shift invariant intensity distribution images of the reference image and the correlated image are combined so that the distance between the centers of gravity becomes L according to the position of the coordinate transformation optical filter, and the shift invariant electric writing spatial light modulation is performed. Since the relative positional relationship between each shift-invariant intensity distribution image and the coordinate conversion optical filter is invariable when displayed on the unit 68, the correlation process invariant to the shift of the correlated image is performed as in the other embodiments. be able to.

【0057】上記実施例において、光書込型の空間光変
調器を用いている部分を、CCDカメラのような撮像装
置と液晶テレビのような電気書込型の空間光変調器を組
み合わせたものに置き換えても原理的には同じであるこ
とは言うまでもない。上記実施例において、入力像用電
気書込型空間光変調器3に参照画像と被相関画像を同時
に表示して、シフト不変にする処理や光学的座標変換を
並列に処理している。ところで、前もって参照画像だけ
をシフト不変に変換するあるいは座標変換したのち、そ
の像を画像メモリ装置43にメモリしておく。そして、
次々に処理するべき被相関画像は、それだけをシフト不
変に変換するかあるいは座標変換したのち、シフト不変
あるいは座標変換された参照画像と被相関画像を画像処
理装置42で電気的に合成して、シフト不変用あるいは
座標変換像用電気書込型空間光変調器に並列に表示し、
相関処理を行う方法でも原理的には同じであることは言
うまでもない。
In the above embodiment, the part using the optical writing type spatial light modulator is a combination of an imaging device such as a CCD camera and an electric writing type spatial light modulator such as a liquid crystal television. Needless to say, the principle is the same even if it is replaced with. In the above embodiment, the reference image and the correlated image are simultaneously displayed on the electrical writing type spatial light modulator for input image 3, and the process of making the shift invariant and the optical coordinate conversion are performed in parallel. By the way, after the reference image alone is converted in a shift-invariant manner or coordinate-converted in advance, the image is stored in the image memory device 43. And
The correlated images to be processed one after another are converted into shift-invariant or coordinate-converted only, and then the shift-invariant or coordinate-converted reference image and the correlated image are electrically synthesized by the image processing device 42. Display in parallel to the shift invariant or coordinate conversion image electric writing type spatial light modulator,
It goes without saying that the principle of the correlation processing method is the same.

【0058】上記実施例において、座標変換用レーザー
5やシフト不変用レーザー61やフーリエ変換用レーザ
ー101や相関用レーザー201としては、気体レーザ
ーや半導体レーザーなどコヒーレンス性のよいレーザー
であればよいことは言うまでもない。また、多くのレー
ザーを用いているが、1個のレーザーからの出力をビー
ムスプリッターを用いて多くの光束に分離しても良いこ
とは言うまでもない。
In the above embodiment, the laser 5 having good coherence such as a gas laser or a semiconductor laser may be used as the coordinate conversion laser 5, the shift invariant laser 61, the Fourier transform laser 101, and the correlation laser 201. Needless to say. Although many lasers are used, it goes without saying that the output from one laser may be separated into many light beams by using a beam splitter.

【0059】上記実施例において、参照画像や被相関画像を
並列に表示するために、一例として電気書込型かつ透過
型の入力像用電気書込型空間光変調器3を使用している
が、光書込型あるいは反射型の空間光変調器を用いても
原理的には同じであることは言うまでもない。上記実施
例において、参照物体を入力像用撮像装置2で撮影し、
参照画像として画像メモリ装置43にメモリして用いて
いるが、常に入力像用撮像装置2で参照物体を被相関物
体1とともに撮影して、入力像用電気書込型空間光変調
器3に表示しても良いことは言うまでもない。この場
合、参照画像と被相関画像を合成する必要がなくなるの
で、画像処理装置42や画像メモリ装置43は不要とな
る。
In the above embodiment, an electric writing type and transmission type electric writing type spatial light modulator 3 for an input image is used as an example in order to display a reference image and a correlated image in parallel. It goes without saying that the principle is the same even if an optical writing type or reflection type spatial light modulator is used. In the above embodiment, the reference object is photographed by the input image pickup device 2,
Although used as a reference image in the image memory device 43, the reference object is always photographed together with the correlated object 1 by the input image imaging device 2 and displayed on the input image electric writing spatial light modulator 3. Needless to say, this may be done. In this case, since there is no need to combine the reference image and the correlated image, the image processing device 42 and the image memory device 43 become unnecessary.

【0060】上記実施例において、参照画像を画像メモ
リ装置43にメモリしているが、参照物体と被相関物体
1をそれぞれ別の入力像用撮像装置で撮影し、得られる
参照画像と被相関画像を画像処理装置42で合成して、
入力像用電気書込型空間光変調器3に表示しても良いこ
とは言うまでもない。この場合、画像メモリ装置43は
不要になる。
In the above embodiment, the reference image is stored in the image memory device 43. However, the reference object and the correlated object 1 are photographed by different input image pickup devices, and the obtained reference image and correlated image are obtained. Are synthesized by the image processing device 42,
It goes without saying that the input image may be displayed on the electric writing type spatial light modulator 3. In this case, the image memory device 43 becomes unnecessary.

【0061】上記実施例において、参照画像と被相関画
像を画像処理装置42で合成して入力像用電気書込型空
間光変調器3に表示しているが、参照画像と被相関画像
を合成することなく、それぞれ並列に配置した2枚の入
力像用電気書込型空間光変調器に表示しても良いことは
言うまでもない。上記実施例では、1個の参照画像と1
個の被相関画像との相関処理を行っているが、被相関画
像を複数にするか参照画像を複数にするなどして、一度
に多くの相関処理を行おうとする場合には、シフト不変
用レンズアレイ64のシフト不変レンズや座標変換光学
フィルタアレイ44の座標変換光学フィルタおよび座標
変換レンズアレイ47の座標変換レンズなどの個数を対
応するだけ増加させて、複数にした参照画像や被相関画
像の位置に対応してそれぞれを配置させれば良いことは
言うまでもない。
In the above embodiment, the reference image and the correlated image are combined by the image processing device 42 and displayed on the input image electric writing spatial light modulator 3. However, the reference image and the correlated image are combined. Needless to say, the information may be displayed on two input image electrical writing spatial light modulators arranged in parallel without performing the operation. In the above embodiment, one reference image and one
The correlation processing with the number of correlated images is performed, but if many correlated images are to be performed at once by using multiple correlated images or multiple reference images, the shift invariant By increasing the number of shift invariant lenses of the lens array 64, the number of coordinate conversion optical filters of the coordinate conversion optical filter array 44, and the number of coordinate conversion lenses of the coordinate conversion lens array 47, the number of reference images and correlated images obtained Needless to say, it is sufficient to arrange each of them in accordance with the position.

【0062】上記実施例において、光学的なシフト不変
像への変換や座標変換に、シフト不変用レンズアレイ6
4や座標変換レンズアレイ47を用いているが、レンズ
アレイにすることなく、別々の光学系においてシフト不
変像や座標変換像に変換し、各シフト不変像や座標変換
像をビームスプリッタで合成して、シフト不変像用光書
込型空間光変調器65や座標変換用光書込型空間光変調
器13の書込面を照射するようにしても良いことは言う
までもない。
In the above embodiment, the shift invariant lens array 6 is used for the conversion to the optical shift invariant image and the coordinate conversion.
4 and the coordinate conversion lens array 47 are used, but are converted into a shift invariant image or a coordinate conversion image in a separate optical system without using a lens array, and each shift invariant image or coordinate conversion image is synthesized by a beam splitter. It goes without saying that the writing surface of the shift-invariant image optical writing spatial light modulator 65 or the coordinate conversion optical writing spatial light modulator 13 may be irradiated.

【0063】[0063]

【発明の効果】本発明は、以上説明したように参照画像
や被相関画像を座標変換する光学的座標変換部をジョイ
ント変換相関器部の前処理として使用することにより、
被相関物体の大きさや向き等が変化している場合におい
ても、正確な認識が可能となった。特に、光学的座標変
換部において、参照画像や被相関画像をシフト不変にな
るように変換してから光学的座標変換を行うため、被相
関画像の位置が変化する場合においても不変なパターン
認識ができるようになった。さらに、強誘電性液晶を用
いた光書込型あるいは電気書込型の空間光変調器を使用
した場合には30Hz〜2kHz程度の高速動作が可能
となった。また、座標変換の種類や参照画像を変更する
ことが、容易かつ高速で行うことができるようになっ
た。以上のことから、非常に高速で正確なパターン認識
が可能となり、認識装置や検査装置などの分野において
高速化や低コスト化などの効果が期待できる。
According to the present invention, as described above, an optical coordinate conversion unit for performing coordinate conversion of a reference image or a correlated image is used as preprocessing of a joint conversion correlator unit.
Accurate recognition is possible even when the size or direction of the correlated object changes. In particular, since the optical coordinate conversion unit performs optical coordinate conversion after converting the reference image and the correlated image so as to be shift invariant, even when the position of the correlated image changes, invariable pattern recognition can be performed. Now you can. Furthermore, when an optical writing type or electric writing type spatial light modulator using a ferroelectric liquid crystal is used, a high-speed operation of about 30 Hz to 2 kHz is possible. In addition, it is possible to easily and quickly change the type of coordinate conversion and the reference image. From the above, very high-speed and accurate pattern recognition becomes possible, and effects such as speeding up and cost reduction can be expected in the field of recognition devices and inspection devices.

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

【図1】本発明による座標変換機能を有する光学的パタ
ーン認識装置の一実施例の構成図である。
FIG. 1 is a configuration diagram of an embodiment of an optical pattern recognition device having a coordinate conversion function according to the present invention.

【図2】光学的座標変換方法の概略を示す概略図であ
る。
FIG. 2 is a schematic diagram showing an outline of an optical coordinate conversion method.

【図3】従来の座標変換機能を有するVanderLugt型の相
関器の構成図である。
FIG. 3 is a configuration diagram of a conventional VanderLugt type correlator having a coordinate conversion function.

【図4】参照画像と被相関画像を離して入力像用電気書
込型空間光変調器3に表示する1例を示す図である。
FIG. 4 is a diagram illustrating an example in which a reference image and a correlated image are separated and displayed on the input image electric writing spatial light modulator 3;

【図5】本発明に使用した強誘電性液晶を用いた液晶ラ
イトバルブの構造を示す断面図である。
FIG. 5 is a sectional view showing a structure of a liquid crystal light valve using a ferroelectric liquid crystal used in the present invention.

【図6】本発明による座標変換機能を有する光学的パタ
ーン認識装置の他の実施例の構成図である。
FIG. 6 is a configuration diagram of another embodiment of an optical pattern recognition device having a coordinate conversion function according to the present invention.

【図7】本発明による座標変換機能を有する光学的パタ
ーン認識装置の他の実施例の構成図である。
FIG. 7 is a configuration diagram of another embodiment of an optical pattern recognition device having a coordinate conversion function according to the present invention.

【図8】参照画像とシフトした被相関画像を入力像用電
気書込型空間光変調器3に表示する1例を示す図であ
る。
FIG. 8 is a diagram showing an example in which a correlated image shifted from a reference image is displayed on the input image electric writing spatial light modulator 3;

【図9】参照画像と被相関画像のシフト不変強度分布画
像を距離Lだけ離してシフト不変用電気書込型空間光変
調器68に表示する1例を示す図である。
9 is a diagram illustrating an example in which a shift invariant intensity distribution image of a reference image and a correlated image is displayed on a shift invariable electric writing spatial light modulator 68 at a distance L. FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 被相関物体 2 入力像用撮像装置 3 入力像用電気書込型空間光変調器 5 座標変換用レーザー 6 座標変換用ビームエキスパンダ 12 座標変換用偏光ビームスプリッタ 13 座標変換用光書込型空間光変調器 42 画像処理装置 43 画像メモリ装置 44 座標変換光学フィルタアレイ 47 座標変換レンズアレイ 48 マスク 61 シフト不変用レーザー 62 シフト不変用ビームエキスパンダ 64 シフト不変用レンズアレイ 65 シフト不変用光書込型空間光変調器 66 シフト不変用撮像装置 67 二値化処理回路 68 シフト不変用電気書込型空間光変調器 69 シフト不変用コンピュータ 101 フーリエ変換用レーザー 102 フーリエ変換用ビームエキスパンダ 103 フーリエ変換用偏光ビームスプリッタ 104 第一のフーリエ変換レンズ 105 フーリエ変換用光書込型空間光変調器 131a、131b 透明基板 132a、132b 透明電極層 133a、133b 配向膜層 134 強誘電性液晶層 135 光導電層 136 遮光層 137 誘電体ミラー 138a、138b 無反射コーティング層 139 スペーサ 201 相関用レーザー 202 相関用ビームエキスパンダ 203 相関用偏光ビームスプリッタ 204 第二のフーリエ変換レンズ 205 受光素子 206 識別回路 301 レーザー 302 ビームエキスパンダ 303 液晶テレビ 304 座標変換光学フィルタ 305 ビームスプリッタ 306 ミラー 307 座標変換レンズ 308 液晶ライトバルブ 309 ビームスプリッタ 310 偏光ビームスプリッタ 311 フーリエ変換レンズ 312 写真乾板 313 シャッタ 314 ミラー 315 フーリエ変換レンズ 316 受光素子 REFERENCE SIGNS LIST 1 correlated object 2 input image imaging device 3 input image electrical writing spatial light modulator 5 coordinate conversion laser 6 coordinate conversion beam expander 12 coordinate conversion polarization beam splitter 13 coordinate conversion optical writing space Light modulator 42 Image processing device 43 Image memory device 44 Coordinate conversion optical filter array 47 Coordinate conversion lens array 48 Mask 61 Shift invariant laser 62 Shift invariant beam expander 64 Shift invariant lens array 65 Shift invariant optical writing type Spatial light modulator 66 shift invariant imaging device 67 binarization processing circuit 68 shift invariant electric writing type spatial light modulator 69 shift invariant computer 101 laser for Fourier transform 102 beam expander for Fourier transform 103 polarization for Fourier transform Beamsplitter 104 First Fourier Interchangeable lens 105 Fourier transform optical writing spatial light modulator 131a, 131b Transparent substrate 132a, 132b Transparent electrode layer 133a, 133b Alignment film layer 134 Ferroelectric liquid crystal layer 135 Photoconductive layer 136 Light shielding layer 137 Dielectric mirror 138a 138b Anti-reflection coating layer 139 Spacer 201 Correlation laser 202 Correlation beam expander 203 Correlation polarization beam splitter 204 Second Fourier transform lens 205 Light receiving element 206 Identification circuit 301 Laser 302 Beam expander 303 Liquid crystal television 304 Coordinate conversion optical filter 305 Beam splitter 306 Mirror 307 Coordinate conversion lens 308 Liquid crystal light valve 309 Beam splitter 310 Polarization beam splitter 311 Fourier transform lens 312 Photographic dry plate 3 13 shutter 314 mirror 315 Fourier transform lens 316 light receiving element

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 武居 利治 千葉県千葉市黒砂台1−24−1−403 (72)発明者 竹村 安弘 千葉県印旛群白井町七次台3−1−1 (56)参考文献 特開 平1−300382(JP,A) 特開 平2−198414(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01B 11/00 - 11/30 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (72) Inventor Toshiharu Takei 1-24-1-403, Kurosunadai, Chiba-shi, Chiba (72) Inventor Yasuhiro Takemura 3-1-1, Shirai-machi, Shiraicho, Inba-gun, Chiba (56) References JP-A-1-300382 (JP, A) JP-A-2-198414 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) G01B 11/00-11/30

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 CCDカメラなどから得られる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・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つの被相関画像とをそれぞれ所望の
座標系に変換した座標変換像を得る光学的座標変換部
と、前記光学的座標変換部において得られた前記参照画
像の座標変換像と前記被相関画像の座標変換像との相関
係数を得るジョイント変換相関器部とを備えるととも
に、 前記光学的座標変換部は、少なくとも1個のコヒーレン
ト光源と、2次元の前記参照画像と前記被相関画像を得
る手段と、前記参照画像や前記被相関画像に対してコヒ
ーレント光を用いたフーリエ変換を施すことによりそれ
ぞれをシフト不変像に変換する手段と、前記各シフト不
変像をシフト不変強度分布画像に変換してシフト不変像
用空間光変調器に表示する手段と、所望の座標系に変換
するために前記シフト不変像用空間光変調器に重ねて配
置した少なくとも1個の座標変換光学フィルタと、少な
くとも1個のレンズと、を有し、 前記ジョイント変換相関器部は、前記光学的座標変換部
において得られる前記参照画像や前記被相関画像の各座
標変換像を座標変換強度分布画像に変換し、前記各座標
変換強度分布画像を座標変換像用空間光変調器に表示す
る手段と、前記座標変換像用空間光変調器に表示された
前記各座標変換強度分布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レンズを用いてフ
ーリエ変換し、前記座標変換強度分布画像のジョイント
フーリエ変換画像を得る手段と、前記ジョイントフーリ
エ変換画像をフーリエ変換強度分布画像に変換し、前記
フーリエ変換強度分布画像をフーリエ変換像用空間光変
調器に表示する手段と、前記フーリエ変換像用空間光変
調器に表示された前記フーリエ変換強度分布画像をコヒ
ーレント光を用いて読出す手段と、読出した前記フーリ
エ変換強度分布画像を再度レンズを用いてフーリエ変換
することによって得られる相関出力画像を、撮像装置ま
たは受光素子を用いて相関信号に変換する手段と、前記
相関信号を信号処理して前記参照画像と前記被相関画像
の2次元の相関係数をそれぞれ求める手段と、を有する
こと、 を特徴とする座標変換機能を有する光学的パターン認識
装置。
1. An optical pattern recognition apparatus for automatically recognizing and measuring a required pattern by performing an optical correlation process using coherent light on a two-dimensional image obtained from a CCD camera or the like. An optical coordinate conversion unit that obtains a coordinate conversion image obtained by converting at least one reference image including a required target and at least one newly input correlated image into a desired coordinate system; and A joint conversion correlator unit for obtaining a correlation coefficient between the obtained coordinate conversion image of the reference image and the coordinate conversion image of the correlated image, wherein the optical coordinate conversion unit includes at least one coherent light source Means for obtaining the two-dimensional reference image and the correlated image, and Fourier transform using coherent light for the reference image and the correlated image Means for converting each to a shift invariant image by applying, a means for converting each shift invariant image to a shift invariant intensity distribution image and displaying it on a shift invariant image spatial light modulator, and converting to a desired coordinate system At least one coordinate transforming optical filter and at least one lens disposed so as to overlap with the shift invariant image spatial light modulator, and wherein the joint transform correlator unit is configured to perform the optical coordinate transforming. Means for converting each coordinate transformed image of the reference image and the correlated image obtained in the section into a coordinate transformed intensity distribution image, and displaying each coordinate transformed intensity distribution image on a coordinate transformed image spatial light modulator; Means for converting the respective coordinate transformed intensity distribution images displayed on the coordinate transformed image spatial light modulator into a coherent image, and performing a Fourier transform on the coherent image using a lens, Means for obtaining a joint Fourier transform image of the coordinate transform intensity distribution image; means for converting the joint Fourier transform image to a Fourier transform intensity distribution image; and displaying the Fourier transform intensity distribution image on a Fourier transform image spatial light modulator. Means for reading out the Fourier transform intensity distribution image displayed on the Fourier transform image spatial light modulator using coherent light, and performing a Fourier transform on the read out Fourier transform intensity distribution image again using a lens. Means for converting the obtained correlation output image into a correlation signal using an imaging device or a light receiving element, and means for processing the correlation signal to obtain a two-dimensional correlation coefficient between the reference image and the correlated image, respectively An optical pattern recognition device having a coordinate conversion function, comprising:
【請求項2】 CCDカメラなどから得られる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・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つの被相関画像とをそれぞれ所望の
座標系に変換した座標変換像を得る光学的座標変換部
と、前記光学的座標変換部において得られた前記参照画
像の座標変換像と前記被相関画像の座標変換像との相関
係数を得るジョイント変換相関器部とを備えるととも
に、 前記光学的座標変換部は、少なくとも1個のコヒーレン
ト光源と、2次元の前記参照画像と前記被相関画像を得
る手段と、前記参照画像や前記被相関画像をコンピュー
タを用いた画像処理によりシフト不変強度分布画像に変
換し、前記シフト不変強度分布画像を少なくとも1個の
シフト不変像用空間光変調器に表示する手段と、所望の
座標系に変換するために前記シフト不変像用空間光変調
器に重ねて配置した少なくとも1個の座標変換光学フィ
ルタと、少なくとも1個のレンズと、を有し、 前記ジョイント変換相関器部は、前記光学的座標変換部
において得られる前記参照画像や前記被相関画像の各座
標変換像を座標変換強度分布画像に変換し、前記各座標
変換強度分布画像を座標変換像用空間光変調器に表示す
る手段と、前記座標変換像用空間光変調器に表示された
前記各座標変換強度分布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レンズを用いてフ
ーリエ変換し、前記座標変換強度分布画像のジョイント
フーリエ変換画像を得る手段と、前記ジョイントフーリ
エ変換画像をフーリエ変換強度分布画像に変換し、前記
フーリエ変換強度分布画像をフーリエ変換像用空間光変
調器に表示する手段と、前記フーリエ変換像用空間光変
調器に表示された前記フーリエ変換強度分布画像をコヒ
ーレント光を用いて読出す手段と、読出した前記フーリ
エ変換強度分布画像を再度レンズを用いてフーリエ変換
することによって得られる相関出力画像を、撮像装置ま
たは受光素子を用いて相関信号に変換する手段と、前記
相関信号を信号処理して前記参照画像と前記被相関画像
の2次元の相関係数をそれぞれ求める手段と、を有する
こと、 を特徴とする座標変換機能を有する光学的パターン認識
装置。
2. An optical pattern recognition device for automatically recognizing and measuring a required pattern by performing an optical correlation process using coherent light on a two-dimensional image obtained from a CCD camera or the like. An optical coordinate conversion unit that obtains a coordinate conversion image obtained by converting at least one reference image including a required target and at least one newly input correlated image into a desired coordinate system; and A joint conversion correlator unit for obtaining a correlation coefficient between the obtained coordinate conversion image of the reference image and the coordinate conversion image of the correlated image, wherein the optical coordinate conversion unit includes at least one coherent light source Means for obtaining the two-dimensional reference image and the correlated image, and shifting the reference image and the correlated image by image processing using a computer. Means for converting to a variable intensity distribution image and displaying the shift invariant intensity distribution image on at least one spatial light modulator for shift invariant image; and spatial light modulation for shift invariant image for conversion to a desired coordinate system. At least one coordinate conversion optical filter and at least one lens, the joint conversion correlator unit being configured to control the reference image or the target image obtained by the optical coordinate conversion unit. Means for converting each coordinate transformed image of the correlation image into a coordinate transformed intensity distribution image, and displaying each coordinate transformed intensity distribution image on a coordinate transformed image spatial light modulator; and displaying on the coordinate transformed image spatial light modulator. Means for converting each of the obtained coordinate transformed intensity distribution images into a coherent image, and a Fourier transform of the coherent image using a lens, Means for obtaining a Fourier transform image, means for converting the joint Fourier transform image to a Fourier transform intensity distribution image, and displaying the Fourier transform intensity distribution image on a Fourier transform image spatial light modulator; and Means for reading out the Fourier transform intensity distribution image displayed on the optical modulator using coherent light, and a correlation output image obtained by performing a Fourier transform on the read out Fourier transform intensity distribution image again using a lens; Means for converting into a correlation signal using an imaging device or a light receiving element, and means for processing the correlation signal to obtain a two-dimensional correlation coefficient between the reference image and the correlated image, respectively. An optical pattern recognition device having a characteristic coordinate conversion function.
【請求項3】 請求項1記載の、前記各シフト不変像を
シフト不変強度分布画像に変換してシフト不変像用空間
光変調器に表示する手段が、前記各シフト不変像を二値
化シフト不変強度分布画像に変換して前記シフト不変像
用空間光変調器に表示する手段であることを特徴とする
座標変換機能を有する光学的パターン認識装置。
3. The means for converting each shift invariant image into a shift invariant intensity distribution image and displaying the shift invariant image on a spatial light modulator for shift invariant image according to claim 1, An optical pattern recognition device having a coordinate conversion function, which is means for converting into an invariant intensity distribution image and displaying the image on the shift invariant image spatial light modulator.
【請求項4】 請求項3記載の、前記各シフト不変像を
二値化シフト不変強度分布画像に変換して前記シフト不
変像用空間光変調器に表示する手段が、光反射率と印加
電圧の間に双安定メモリ性を有する強誘電性液晶を用い
た光書込型のシフト不変像用空間光変調器にシフト不変
像を照射して記憶する手段であることを特徴とする座標
変換機能を有する光学的パターン認識装置。
4. The means for converting each shift invariant image into a binarized shift invariant intensity distribution image and displaying the image on the shift invariant image spatial light modulator according to claim 3, A coordinate conversion function for irradiating a shift invariant image to an optical writing type spatial light modulator for a shift invariant image using a ferroelectric liquid crystal having a bistable memory property and storing the shift invariant image An optical pattern recognition device having:
【請求項5】 請求項3記載の、前記各シフト不変像を
二値化シフト不変強度分布画像に変換して前記シフト不
変像用空間光変調器に表示する手段が、前記シフト不変
像を撮像装置を用いて受光することにより画像信号に変
換し、前記画像信号を二値化処理したのち、電気書込型
のシフト不変像用空間光変調器に入力して表示すること
を特徴とする座標変換機能を有する光学的パターン認識
装置。
5. The means for converting each shift invariant image into a binarized shift invariant intensity distribution image and displaying the shift invariant image on the shift invariant image spatial light modulator according to claim 3. Coordinates are converted into an image signal by receiving light using a device, and after binarizing the image signal, input to an electric writing type spatial light modulator for shift invariant image and displayed. An optical pattern recognition device having a conversion function.
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