JP3116055B2 - Optical pattern identification device - Google Patents

Optical pattern identification device

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JP3116055B2
JP3116055B2 JP03033407A JP3340791A JP3116055B2 JP 3116055 B2 JP3116055 B2 JP 3116055B2 JP 03033407 A JP03033407 A JP 03033407A JP 3340791 A JP3340791 A JP 3340791A JP 3116055 B2 JP3116055 B2 JP 3116055B2
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autocorrelation
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Description

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

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、ニュ−ラルネットワ−
クを用いたパタ−ン識別装置に関し、特に、入力情報の
前処理装置を付加された、ニュ−ラルネットワ−クを用
いたパタ−ン識別装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to a neural network.
More particularly, the present invention relates to a pattern identification device using a neural network to which a preprocessing device for input information is added.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、入力画像(即ち被検画像)のパタ
−ンを識別する方法としては、ニュ−ラルネットワ−ク
を用いる方法が良く提案されている。このニュ−ラルネ
ットワ−クを用いる方法では、入力画像のパタ−ンの多
少の欠落や変形等の曖昧さがあっても、それに対応した
記憶画像(参照画像)を連想することができ、文字認識
や音声認識、その他のパタ−ン認識等に有効であると考
えられている。然し乍ら、このニュ−ラルネットワ−ク
においては、その記憶パタ−ンの画素数と、パタ−ン数
に応じて、膨大な数のニュ−ロンが必要であり、更に、
一般に、ニュ−ロン数の二乗のニュ−ロン間に配線が必
要であるために、大情報量の画像や数多くの画像を一度
に記憶することが困難であるという欠点があった。
2. Description of the Related Art In recent years, as a method of identifying a pattern of an input image (that is, a test image), a method using a neural network has been often proposed. According to the method using the neural network, even if there is an ambiguity such as a slight lack or deformation of the pattern of the input image, it is possible to associate a storage image (reference image) corresponding to the ambiguity and perform character recognition. It is considered to be effective for voice recognition and other pattern recognition. However, in this neural network, an enormous number of neurons are required depending on the number of pixels of the storage pattern and the number of patterns.
In general, wiring is required between the squares of the number of neurons, so that it is difficult to store a large amount of information or a large number of images at a time.

【0003】また、被検パタ−ンの大きさの変化や画面
内における回転及び位置の変化があると、正しい識別が
得られなくなるので、回転したパタ−ンや、大きさの異
なるパタ−ンも記憶させておかなければならず、前記の
記憶できるパタ−ン数が少なくならざるを得ないもので
あった。このように、沢山の画像を記憶することは、ニ
ュ−ロン数の増大につながり、その結果として、装置規
模の増大、処理時間の増大、装置コストの増大等の問題
をもたらしていた。
Further, if the size of the pattern to be inspected changes, or if the rotation or position in the screen changes, correct identification cannot be obtained, so that the rotated pattern or the pattern having a different size is not obtained. Therefore, the number of patterns that can be stored has to be reduced. Storing a large number of images in this way leads to an increase in the number of neurons, and as a result, causes problems such as an increase in apparatus scale, an increase in processing time, and an increase in apparatus cost.

【0004】更に、入力情報のパタ−ンをそのままニュ
−ラルネットワ−クの入力とすることは、入力情報の特
徴を表わしていない余分な情報までも、ニュ−ラルネッ
トワ−クに入力することになり、必要以上に、ニュ−ラ
ルネットワ−クのニュ−ロン数、結線数を大きくし、し
かも、特徴が不明確であるので、ニュ−ラルネットワ−
クの学習時間をいたずらに、大きくし、最悪の場合に
は、学習が有効に行なわれないという結果となってい
た。
Further, if the pattern of the input information is directly used as the input of the neural network, even the extra information which does not represent the characteristics of the input information is input to the neural network. The number of neurons and the number of connections in the neural network are increased more than necessary, and the characteristics are unclear.
In the worst case, the learning is not performed effectively.

【発明が解決しようとする課題】[Problems to be solved by the invention]

【0005】本発明は、上記の問題点を解決するために
為されたもので、ニュ−ラルネットワ−クによる入力画
像の識別を、高速、且つ、安価な装置で実現できるパタ
−ン識別装置を提供することを目的とする。また、本発
明は、入力画像の回転やシフトが存在するときも、識別
可能で、しかも、大量の参照画像を記憶することができ
る光学的パタ−ン識別装置を提供することを目的とす
る。更に、本発明は、入力情報の特徴を抽出することに
より、ニュ−ラルネットワ−クでの学習時間が短く、学
習が有効に行なわれる可能性が高いパタ−ン識別装置を
提供することを目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned problem, and has an object to provide a pattern identification device capable of realizing an input image identification by a neural network with a high-speed and inexpensive device. The purpose is to provide. It is another object of the present invention to provide an optical pattern discriminating apparatus that can discriminate even when a rotation or a shift of an input image exists, and that can store a large amount of reference images. A further object of the present invention is to provide a pattern identification device that extracts a feature of input information, thereby shortening a learning time in a neural network and having a high possibility of effective learning. I do.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】本発明は、上記の技術的
な課題の解決のために成されたもので、少なくとも、複
数の入力を受容でき、該複数の入力による入力値を演算
処理することにより、一つの出力値を出力する複数の演
算単位(以下ニューロンと称する)と、その各々のニュ
ーロンの出力と、他のニューロン或いはその出力を行な
ったニューロン自体の入力とを結合する結合手段を持
ち、その各々の結合手段は、これに関わる出力値を入力
値に変換する結合係数を有するニューラルネットワーク
を用いてパターンの識別を行なうためのパターン識別装
置において、少なくとも識別すべき入力パターンの自己
相関のパターンを得るための、或いは該入力パターンの
自己相関の二乗のパターンを得るための自己相関パター
ン検出装置を備え、且つ、得られた自己相関パターンに
基づいた出力をニューラルネットワークの入力とし、更
に、前記の自己相関のパターンが2次元パターンである
場合には、その自己相関パターンのピーク位置を中心と
するほぼ180度乃至それ以上の中心角を持つ扇型の2
次元空間内で、これを等しい中心角の扇型の小領域に分
割した空間的小領域群Aと、前記扇型の2次元空間内
で、これを前記ピーク位置を中心とする同心の円弧によ
り、小領域に分割した小領域群Bとを仮定し、前記入力
パターンの自己相関のパターンの値或いは自己相関の二
乗のパターンの値のその小領域内での積分値を、各々の
小領域からの出力として、これらのうち、前記小領域群
Aによる積分値、或いは、前記小領域群Bによる積分
値、或いは、その両方をニューラルネットワークの入力
とすることを特徴とする前記光学的パターン識別装置で
ある。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned technical problems, and at least a plurality of inputs can be received and an input value based on the plurality of inputs is processed. Accordingly, a plurality of operation units (hereinafter, referred to as neurons) for outputting one output value, a coupling means for coupling an output of each of the neurons, and an input of another neuron or a neuron which has performed the output, are provided. Each of the combining means has a pattern identification device for performing pattern identification using a neural network having a coupling coefficient for converting an output value related to the input value into an input value. An autocorrelation pattern detection device for obtaining a pattern or for obtaining a square pattern of the autocorrelation of the input pattern, One, the output based on the autocorrelation pattern obtained as input of the neural network, further
In the case the autocorrelation pattern is a two-dimensional pattern, a second fan-shaped with a substantially 180 ° to more central angle around the peak position of the autocorrelation pattern
In the three-dimensional space, the spatial small area group A is divided into fan-shaped small areas having the same central angle, and in the two-dimensional fan-shaped space, these are divided by concentric arcs centered on the peak position. , Assuming a small region group B divided into small regions, and integrating the value of the pattern of the autocorrelation of the input pattern or the value of the pattern of the square of the autocorrelation within the small region from each of the small regions. as the output of, among these, the integral value by the small region groups a, or the integral value by the small region group B, or the optical pattern recognition apparatus characterized by the both the input of the neural network so
is there.

【0007】入力パターンの自己相関の二乗のパターン
を得るための前記自己相関パターン検出装置は、少なく
とも、コヒーレント光源と、識別すべき入力パターンを
コヒーレントに表示する第1の空間光変調器又は空間光
変調装置と、前記の第1の空間光変調器又は空間光変調
装置の画面上に表示されたコヒーレントパターンを光学
的にフーリエ変換する第1のフーリエ変換レンズと、こ
れによりフーリエ変換されて得た複素振幅分布に基づく
強度分布に応じて出力コヒーレント光の強度分布又は複
素振幅分布を変調する第2の空間光変調器又は空間光変
調装置と、前記第2の空間光変調器又は空間光変調装置
からの出力コヒーレント光を再度光学的にフーリエ変換
する第2フーリエ変換レンズを有することが好適であ
る。
[0007] The autocorrelation pattern detecting device for obtaining a square pattern of the autocorrelation of an input pattern comprises at least a coherent light source and a first spatial light modulator or spatial light for coherently displaying an input pattern to be identified. A modulator, a first Fourier transform lens for optically Fourier transforming the first spatial light modulator or the coherent pattern displayed on the screen of the spatial light modulator, and a Fourier transform obtained by this. A second spatial light modulator or a spatial light modulator that modulates the intensity distribution or the complex amplitude distribution of the output coherent light according to the intensity distribution based on the complex amplitude distribution, and the second spatial light modulator or the spatial light modulator It is preferable to have a second Fourier transform lens for optically Fourier transforming again the output coherent light from.

【0008】前記の各積分値を出力とするために、各小
領域に対応した形状の受光素子が、前記第2のフーリエ
変換レンズによるフーリエ変換面上に配置されている構
成がよい。また、前記の第1及び/又は第2の空間光変
調器又は空間光変調装置は、2次元イメージセンサを入
力部とし、このイメージセンサの出力映像信号を、電気
アドレス型空間光変調器に入力して、前記2次元イメー
ジセンサに入射する入射光強度分布に基づいて形成され
たパターンを表示するものが好適である。該入力パター
ンの自己相関の二乗のパターンを得るための自己相関パ
ターン検出装置は、前記第1の空間光変調器或いは空間
光変調装置に、識別すべき入力パターンを、平行移動の
関係で二重に表示し、この表示された2つのパターンの
間の相関の二乗を自己相関の二乗パターンとするものが
好適である。そして、前記の小領域群Aによる積分値を
出力とする場合には、該中心角をほぼ180度とし、各
小領域からの出力信号の配置パターンを、最も出力の大
きい小領域或いは最も小さい小領域からの出力信号の出
力信号パターン中の位置が、常に、予め決めた位置に
し、更に、その前後の小領域からの出力の順番は、小領
域群の空間的配置と同様となるようにシフトさせる信号
列の再配置のための装置を備え、その再配置された信号
列パターンが該ニューラルネットワークに入力される
が好適である。また、自己相関パターン検出装置から
の出力を適当な閾値レベルを用いて2値化してからニュ
ーラルネットワークへ入力する構成が好適である。
In order to output the respective integrated values, a light receiving element having a shape corresponding to each small area is arranged on a Fourier transform plane by the second Fourier transform lens .
Good. The first and / or second spatial light modulator or a spatial light modulator device, the two-dimensional image sensor as an input unit, receives the output video signal of the image sensor, the electrically addressed spatial light modulator Then, it is preferable to display a pattern formed based on the intensity distribution of incident light incident on the two-dimensional image sensor. The input putter
Autocorrelation path for obtaining the square of the pattern of emission of the autocorrelation
Turn detecting apparatus, the first spatial light modulator or spatial light modulator, the input pattern to be identifies, displays double in relation translation, correlation between the two patterns the display Is the square pattern of the autocorrelation
It is suitable. When the integrated value of the small area group A is output, the central angle is set to approximately 180 degrees, and the arrangement pattern of the output signal from each small area is changed to the small area having the largest output or the smallest area. The position in the output signal pattern of the output signal from the region is always at a predetermined position, and the order of output from the small regions before and after the position is shifted so as to be the same as the spatial arrangement of the small region group. comprising a device for relocation of a signal sequence to be, also the rearranged signal sequence pattern is input to the neural network
It is preferred that. In addition, it is preferable that the output from the autocorrelation pattern detection device is binarized using an appropriate threshold level and then input to the neural network.

【0009】[0009]

【作用】本発明の構成によると、入力パタ−ンの自己相
関関数は、パタ−ンに含有する線分の方向と長さを原点
の回りに集積した形になっている。更に、入力パタ−ン
の中に周期構造がある場合には、その周期と方向の情報
をも含有している。従って、入力パタ−ンの自己相関を
取ることは、一つの有効な特性の抽出とみなすことがで
き、この情報をニュ−ラルネットワ−クの入力とするこ
とにより、少ない入力情報で、十分な識別を行なうこと
ができる。また、前記の小領域群Aを有する構成とする
場合には、入力パタ−ンの大きさが変化しても、各小領
域からの出力は変化しないので、入力パタ−ンの大きさ
について、不変の入力情報をニュ−ラルネットワ−クに
与えることができる。
According to the configuration of the present invention, the autocorrelation function of the input pattern is such that the direction and length of the line segment contained in the pattern are integrated around the origin. Further, when there is a periodic structure in the input pattern, information on the period and direction is also included. Therefore, taking the autocorrelation of the input pattern can be regarded as extraction of one effective characteristic, and by using this information as the input of the neural network, sufficient identification can be performed with a small amount of input information. Can be performed. Further, in the case of the configuration having the small area group A, the output from each small area does not change even if the size of the input pattern changes. Invariant input information can be provided to the neural network.

【0010】更に、前記の小領域群Bを有する構成とす
る場合には、入力パタ−ンが入力面内で回転しても、各
小領域からの出力は変化しないので、入力パタ−ンの面
内回転について、不変の入力情報をニュ−ラルネットワ
−クに与えることができる。更に、前記の小領域群Aを
有し、尚且つ、前記の信号列再配置装置を具備した構成
とすると、入力パタ−ンが入力面内で回転しても、最大
出力或いは最小出力の領域の信号列内の位置が一定とな
っているので、入力パタ−ンの面内回転に対してほぼ一
定であり、尚且つ、入力パタ−ンの大きさが変化しても
不変に保持される入力信号をニュ−ラルネットワ−クに
入れることができる。
Further, in the configuration having the small area group B, even if the input pattern rotates in the input plane, the output from each small area does not change. For in-plane rotation, invariant input information can be provided to the neural network. Further, when the above-mentioned configuration is provided with the small area group A and the signal sequence rearrangement device, the maximum output or minimum output area is obtained even if the input pattern rotates in the input plane. Are constant in the in-plane rotation of the input pattern, and are kept unchanged even if the size of the input pattern changes. An input signal can be input to a neural network.

【0011】尚、識別すべき入力パタ−ンの自己相関の
二乗パタ−ンを得る手段として、コヒ−レント光源と、
第1及び第2の空間光変調器或いは空間光変調装置並び
に、第1及び第2のフ−リエ変換レンズを用いた光学的
手段を取る場合には、先ず、第1の空間光変調器或いは
空間光変調装置にコヒ−レントに表示された入力パタ−
ンに基づいた複素振幅分布のフ−リエ変換が、第1のフ
−リエ変換レンズにより、第2の空間光変調器或いは空
間光変調装置の受光面上に得られ、その受光面上におけ
る光強度分布に応じて、第2の空間光変調器或いは空間
光変調装置の出力光の複素振幅分布は、入力パタ−ンの
フ−リエ変換の二乗のパタ−ンとなっている。この第2
の空間光変調器或いは空間光変調装置からの出力光が、
第2のフ−リエ変換レンズを通って、そのフ−リエ変換
面に置かれた受光素子上に、その出力光の複素振幅分布
のフ−リエ変換に相当する複素振幅分布を形成する。こ
の複素振幅分布が、入力パタ−ンの自己相関パタ−ンに
相当するが、実際に受光素子によって観察されるのは、
光の強度分布であるために、受光素子の出力として、入
力パタ−ンの自己相関の二乗のパタ−ンが得られること
になる。
As means for obtaining the square pattern of the autocorrelation of the input pattern to be identified, a coherent light source,
When using optical means using the first and second spatial light modulators or spatial light modulators and the first and second Fourier transform lenses, first the first spatial light modulator or spatial light modulator Input pattern displayed coherently on the spatial light modulator
Fourier transform of the complex amplitude distribution based on the light is obtained on the light receiving surface of the second spatial light modulator or the spatial light modulator by the first Fourier transform lens, and the light on the light receiving surface is obtained. Depending on the intensity distribution, the complex amplitude distribution of the output light of the second spatial light modulator or the spatial light modulator has a squared pattern of the Fourier transform of the input pattern. This second
Output light from the spatial light modulator or spatial light modulator of
A complex amplitude distribution corresponding to the Fourier transform of the complex amplitude distribution of the output light is formed on the light receiving element placed on the Fourier transform surface through the second Fourier transform lens. This complex amplitude distribution corresponds to the autocorrelation pattern of the input pattern, but what is actually observed by the light receiving element is
Because of the light intensity distribution, a square pattern of the autocorrelation of the input pattern is obtained as the output of the light receiving element.

【0012】但し、この時に、使用した空間光変調器或
いは空間光変調装置からの出力光の光量分布のコントラ
ストが低いと自己相関パタ−ンに直流ノイズが乗ること
がある。そのような場合には、入力パタ−ンを、第1の
空間光変調器或いは空間光変調装置の上で、互いに、平
行に移動する位置になるように、2つ並べて表示する
と、第2の空間光変調器の上では、入力パタ−ン全体の
自己相関の二乗のパタ−ンに加えて、2つの表示パタ−
ン間の相関の二乗パタ−ンが得られる。この2つの表示
パタ−ン間の相関の二乗パタ−ンは、2つのパタ−ンが
同じパタ−ンであるから、自己相関の二乗パタ−ンと同
等となり、しかも、過大な直流バイアスノイズを含有し
ないものである。尚、自己相関パタ−ン検出装置からの
出力を、2値化してからニュ−ラルネットワ−クに入力
すると、その学習の集束は、より早く行なわれるので、
より高速な学習を行なうことができる。
However, at this time, if the contrast of the light quantity distribution of the output light from the used spatial light modulator or spatial light modulator is low, DC noise may be added to the autocorrelation pattern. In such a case, when two input patterns are displayed side by side on the first spatial light modulator or the spatial light modulator so as to move in parallel with each other, the second pattern is obtained. On the spatial light modulator, in addition to the squared pattern of the autocorrelation of the entire input pattern, two display patterns
The square pattern of the correlation between the patterns is obtained. The squared pattern of the correlation between these two display patterns is the same as the squared pattern of the autocorrelation because the two patterns are the same pattern. It does not contain. If the output from the autocorrelation pattern detection device is binarized and then input to the neural network, the learning will be focused more quickly.
Faster learning can be performed.

【0013】次に、本発明の光学的パタ−ン識別装置を
具体的に実施例により説明するが、本発明はそれらによ
って限定されるものではない。
Next, the optical pattern discriminating apparatus of the present invention will be specifically described with reference to examples, but the present invention is not limited thereto.

【0014】[0014]

【実施例1】図1は、本発明のパタ−ン識別装置の1例
の具体的構成を示す模式的構成図である。
[Embodiment 1] FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a specific configuration of an example of a pattern identification device of the present invention.

【0015】即ち、文字等の入力パタ−ンは、例えば小
さい画素に分割されて、画素デ−タとして自己相関パタ
−ン検出装置1に入力される。ここで、入力パタ−ンを
自己相関パタ−ン検出装置1に入力する手段は、図示さ
れていないが、例えば、CCDや撮像管を用いた撮像装
置等を用いて入力することは、既知の手段である。ま
た、自己相関パタ−ン検出装置1が光学的な手段を用い
たものである場合に、前記の入力手段は、光アドレス型
空間光変調器の書き込み面に入力パタ−ンを結像するこ
とによっても、実現することができる。
That is, an input pattern such as a character is divided into, for example, small pixels and input to the autocorrelation pattern detection device 1 as pixel data. Here, means for inputting the input pattern to the autocorrelation pattern detection device 1 is not shown, but it is known that the input is performed using, for example, an imaging device using a CCD or an imaging tube. Means. When the autocorrelation pattern detection device 1 uses optical means, the input means forms an input pattern on the writing surface of the optically addressed spatial light modulator. Can also be realized.

【0016】自己相関パタ−ン検出装置1では、入力パ
タ−ンの自己相関の演算と、演算結果のデ−タのニュ−
ラルネットワ−ク入力デ−タ形式への変換が行なわれ
る。ここで、自己相関パタ−ン検出装置1で、入力パタ
−ンの自己相関の演算は、演算回路或いはコンピュ−タ
プログラムにより、容易に実現することができる。特
に、入力パタ−ンの画素数が多く、積分演算に多くの時
間が必要となる時に、フ−リエ変換の二乗のフ−リエ変
換の演算結果が自己相関と同等となるので、ソフトウエ
ア演算により自己相関演算を行なう場合には、高速フ−
リエ変換(FET)アルゴリズムを用いて、より高速な
自己相関演算が可能である。
In the autocorrelation pattern detection device 1, the calculation of the autocorrelation of the input pattern and the input of the data of the calculation result are performed.
Conversion to the ral network input data format is performed. Here, the calculation of the autocorrelation of the input pattern in the autocorrelation pattern detecting device 1 can be easily realized by an arithmetic circuit or a computer program. In particular, when the number of pixels in the input pattern is large and a large amount of time is required for the integration operation, the operation result of the Fourier transform of the square of the Fourier transform becomes equivalent to the autocorrelation. When the autocorrelation calculation is performed by
A higher-speed autocorrelation operation can be performed by using the Rier transform (FET) algorithm.

【0017】また、自己相関演算については、光学的に
も演算が可能である。従来の光学的相関演算といえば、
マッチドフィルタリングやジョイントトランスフォ−ム
法が知られているが、過去の研究においては、相関出力
のピ−クを検出することのみに重点がおかれていた。然
し乍ら、その出力パタ−ンをリニアに取ることにより、
或いは、その出力パタ−ンをピ−クのみでなく有限の面
積にわたって取ることにより、自己相関パタ−ンを得る
ことができる。但し、光学的に得られたパタ−ンを通常
の様に、強度パタ−ンとして、観察する場合には、ここ
で得られるパタ−ンは、正確には、自己相関の二乗パタ
−ンである。
The autocorrelation calculation can be performed optically. Speaking of conventional optical correlation calculation,
Matched filtering and joint transform methods are known, but previous studies focused solely on detecting peaks in the correlation output. However, by taking the output pattern linearly,
Alternatively, an autocorrelation pattern can be obtained by taking the output pattern not only at the peak but also over a finite area. However, when observing the optically obtained pattern as an intensity pattern as usual, the pattern obtained here is exactly the square pattern of the autocorrelation. is there.

【0018】自己相関演算の結果は、入力パタ−ンを構
成する線分の位置情報を捨てて、その長さと方向の情報
のみを取り出したもの及び、周期構造についての情報を
取り出したものとなり、入力パタ−ンをラスタスキャン
により、そのまま画素情報で表わす場合に比べて、大幅
な情報量の圧縮が可能である。特に、自己相関演算の結
果では、回転対称のデ−タとなるから、演算の結果のデ
−タをr−θ座標系(即ち、極座標系)に表わすこと
が、特に有効である。
The result of the autocorrelation operation is obtained by discarding the position information of the line segment constituting the input pattern and extracting only the information on its length and direction, and extracting the information on the periodic structure. Compared to the case where the input pattern is directly represented by pixel information by raster scanning, a large amount of information can be compressed. In particular, since the result of the autocorrelation calculation results in rotationally symmetric data, it is particularly effective to represent the calculation result data in an r-θ coordinate system (that is, a polar coordinate system).

【0019】このようにして、情報量が大幅に削減され
たデ−タをニュ−ラルネットワ−ク8に入力として、用
いることにより、小さなニュ−ラルネットワ−クの規模
でも有効なパタ−ン識別を行なうことができる。また、
不要な情報(即ち特徴を表わしていない情報)が少なく
なっているので、速やかな学習の収束が得られる。
By using the data whose information amount has been greatly reduced in this manner as an input to the neural network 8, an effective pattern identification can be performed even with a small neural network. Can do it. Also,
Since unnecessary information (that is, information that does not represent a feature) is reduced, rapid convergence of learning is obtained.

【0020】尚、図1中で破線で示した信号列の再配置
装置7は、本発明に必須のものではないが、これを設け
ることにより、更にニュ−ラルネットワ−クでの記憶パ
タ−ンを多くすることができる。この信号列再配置装置
7については、後に述べる他の実施例の説明で、図面を
用いて説明する。ここで、ニュ−ラルネットワ−ク8
は、電気的処理回路を用いたもの、汎用処理回路上にお
いて、プログラムにより動作させるもの等が、実現され
ているが、これらは、ニュ−ラルネットワ−クの性質
上、回路規模が大きくなりがちで、本格的なニュ−ラル
ネットワ−クの構築に大きな妨げとなっていた。この回
路規模の構築は、入力情報量の二乗に比例して大きくな
るので、本発明において、入力情報量が削減されること
は非常に大きな効果が得られることになる。尚、このニ
ュ−ラルネットワ−クを光学的に実現する方法も現在研
究されており、光学的ニュ−ラルネットワ−クにおいて
も、入力情報量の削減が空間光変調器の負担の低減や、
学習の高速化等の大きな効果を有するものである。
Although the signal sequence rearrangement device 7 shown by a broken line in FIG. 1 is not essential to the present invention, by providing it, the storage pattern in the neural network can be further improved. Can be more. The signal sequence rearrangement device 7 will be described with reference to the drawings in the description of another embodiment described later. Here, the neural network 8
Are realized by using an electric processing circuit or by using a program on a general-purpose processing circuit. However, these circuits tend to be large in size due to the nature of a neural network. Hampering the construction of a full-fledged neural network. Since the construction of the circuit scale increases in proportion to the square of the input information amount, in the present invention, the reduction of the input information amount has a very great effect. Incidentally, a method of optically realizing this neural network is also being studied at present. In the optical neural network as well, the reduction in the amount of input information can reduce the load on the spatial light modulator, and
This has great effects such as speeding up learning.

【0021】[0021]

【実施例2】自己相関のパタ−ンが2次元パタ−ンであ
る場合に、上記のように、回転座標系(即ち、r−θ座
標系)に、自己相関演算結果のデ−タを取ると有効であ
り、その自己相関パタ−ンのピ−ク位置を中心とするほ
ぼ180度乃至それ以上の中心角を有する扇型の2次元
空間内で、これを等しい中心角の扇型の小領域に分割し
た空間的小領域群Aと、前記扇型の2次元空間内で、ピ
−ク位置を中心とする同心の円弧で小領域に分割した小
領域群Bを仮定し、その各々の小領域での自己相関の値
或いは自己相関の二乗の値のその小領域内での積分値を
各小領域からの出力として、これらの内、小領域群Aに
よるもの、或いは、小領域群Bによるもの、或いはその
両方によるものをニュ−ラルネットワ−クの入力とする
と、これらの小領域は、各々、r−θ座標系での、θ一
定時のr方向積分出力及びr一定時のθ方向積分出力に
対応して、より有効にデ−タを活用することができる
Embodiment 2 When the pattern of the autocorrelation is a two-dimensional pattern, as described above, the data of the autocorrelation calculation result is stored in the rotating coordinate system (ie, the r-θ coordinate system). In a two-dimensional fan-shaped space having a center angle of about 180 degrees or more around the peak position of the autocorrelation pattern, the fan-shaped two-dimensional space having the same center angle is used. A spatial small area group A divided into small areas and a small area group B divided into small areas by concentric arcs centered on the peak position in the fan-shaped two-dimensional space are assumed. Of the autocorrelation value or the squared value of the autocorrelation in the small area of each of the small areas as an output from each of the small areas. B, or both, are input to the neural network. Are each at r-theta coordinate system, theta corresponding to theta direction integral output during a certain time in the r direction integration output and r constant, more effectively de - can take advantage of data

【0022】図2は、このように座標系をとったとき、
自己相関パタ−ンの検出領域を示す説明図である。即
ち、前記の小領域群A及びBで、各々、180度の領域
を有する場合を示している。ここで、小領域群A6a
は、扇型の小領域6a1、6a2、・・・6anからな
り、扇型の中心角は、全ての小領域において等しくして
ある。また、小領域群B6bは、同心円の帯状の小領域
6b1、6b2、・・・・6bnからなる。ここでは、
中心付近は特に相関出力が大きくなる場合があるので、
不感帯(即ち、その部分の相関出力は、各領域の出力に
合算しない)とすることもできる。
FIG. 2 shows that when the coordinate system is taken as described above,
FIG. 4 is an explanatory diagram showing a detection area of an autocorrelation pattern. That is, the case where each of the small area groups A and B has an area of 180 degrees is shown. Here, the small area group A6a
Is composed of fan-shaped small regions 6a1, 6a2,... 6an, and the central angles of the fan-shaped regions are equal in all the small regions. The small region group B6b includes concentric band-shaped small regions 6b1, 6b2,..., 6bn. here,
Since the correlation output may be particularly large near the center,
A dead zone (that is, the correlation output of that portion is not added to the output of each region) may be used.

【0023】このような領域を考えると、自己相関パタ
−ンは、点対称なパタ−ンであるので、各々180度に
およぶ2つの小領域群各々に全ての自己相関の情報が含
有されることになる。そして、小領域群A6aでは、こ
の扇型の半径が十分に大きいと、識別すべき入力パタ−
ンの大きさが変化しても、各小領域6aiからの出力
は、変化しないことになり、大きさ不変の識別を行なう
ことができる。また、小領域群Bでは、識別すべき入力
パタ−ンが入力面内で回転しても、各小領域6biの出
力は変化しないことにより、回転不変の識別を行なうこ
とができる。
Considering such a region, since the autocorrelation pattern is a point-symmetric pattern, all the autocorrelation information is contained in each of two small region groups each extending 180 degrees. Will be. In the small area group A6a, if the radius of the fan shape is sufficiently large, the input pattern to be identified is determined.
Even if the size of the area changes, the output from each small area 6ai does not change, and the size-invariant identification can be performed. Further, in the small area group B, even if the input pattern to be identified is rotated in the input plane, the output of each small area 6bi does not change, so that rotation invariant identification can be performed.

【0024】[0024]

【実施例3】実施例1の後半では、本発明の自己相関演
算は光学的にも行なうことができると述べたが、この光
学的手段としては、少なくとも、コヒ−レント光源と、
識別すべき入力パタ−ンをコヒ−レントに表示する第1
の空間光変調器或いは空間光変調装置と、その第1の空
間光変調器或いは空間光変調装置に表示されたコヒ−レ
ント表示パタ−ンを、光学的にフ−リエ変換する第1の
フ−リエ変換レンズと、これによりフ−リエ変換された
結果の複素振幅分布に基づいた強度分布に応じて出力コ
ヒ−レント光の強度分布又は複素振幅分布を変調する第
2の空間光変調器或いは空間光変調装置と、その第2の
空間光変調器或いは空間光変調装置からの出力コヒ−レ
ント光を再度光学的にフ−リエ変換する第2のフ−リエ
変換レンズとから構成される。すると、準実時間で、光
学的自己相関演算を行なうことができる(但し、上記の
ように、正確には、観察される光量は、自己相関の二乗
に対応したものとなる)。また、ここでも、実施例2で
説明したように、各小領域内での積分値を出力とするた
めに、各小領域に対応した形状の受光素子を配置するこ
とが好適である。
Third Embodiment In the latter half of the first embodiment, it has been described that the autocorrelation operation of the present invention can also be performed optically. This optical means includes at least a coherent light source,
First to coherently display the input pattern to be identified
Of a spatial light modulator or a spatial light modulator and a coherent display pattern displayed on the first spatial light modulator or the spatial light modulator. A second spatial light modulator that modulates the intensity distribution or the complex amplitude distribution of the output coherent light in accordance with the intensity distribution based on the complex amplitude distribution resulting from the Fourier transform by the Fourier transform lens or The spatial light modulator includes a second spatial light modulator or a second Fourier transform lens for optically Fourier transforming the output coherent light from the spatial light modulator again. Then, the optical autocorrelation operation can be performed in quasi-real time (however, as described above, to be precise, the observed light amount corresponds to the square of the autocorrelation). Also, here, as described in the second embodiment, in order to output the integrated value in each small area, it is preferable to arrange a light receiving element having a shape corresponding to each small area.

【0025】図3は、以上のような構成の光学的自己相
関演算手段と受光素子を備えた、光学的自己相関パタ−
ン検出手段1の1例を示す構成図である。例えば、He
−Neレ−ザ等のコヒ−レント光源11から出射した光
束12は、ビ−ムエクスパンダ13により、その光束径
を適当な大きさに広げられ、ビ−ムスプリッタ−14に
より、光束12a及び光束12bに分けられる。光束1
2aは、更に、ビ−ムスプリッタ−18で反射されて、
空間光変調器17の読み出し面に入射する。
FIG. 3 shows an optical auto-correlation pattern provided with the optical auto-correlation calculating means and the light receiving element having the above construction.
FIG. 2 is a configuration diagram illustrating an example of an application detection unit. For example, He
A beam 12 emitted from a coherent light source 11, such as a Ne laser, has its beam diameter expanded to an appropriate size by a beam expander 13, and a beam 12a and a beam 12b by a beam splitter 14. Divided into Luminous flux 1
2a is further reflected by the beam splitter 18;
The light enters the readout surface of the spatial light modulator 17.

【0026】この空間光変調器17は、入力光の強度分
布に応じて読み出し面の強度反射率分布或いは読み出し
光に対する屈折率分布(これらをまとめて複素振幅反射
率分布と称する)が変化するものである。従って、空間
光変調器17で反射された光束12a(即ち、空間光変
調器17の出力光束)は、この空間光変調器17への入
力光強度分布に応じた強度分布及び位相分布(これらを
まとめて複素振幅分布と称する)を有することになる。
そこで、この空間光変調器17への入力として、入力パ
タ−ン9を照明して、結像レンズにより、その空間光変
調器17の入力面(書き込み面)に結像させれば、入力
パタ−ンに応じた複素振幅分布の光束12aが、空間光
変調器17の出力面(即ち読み出し面)上に得られる。
The spatial light modulator 17 changes the intensity reflectance distribution of the reading surface or the refractive index distribution for the reading light (these are collectively referred to as a complex amplitude reflectance distribution) in accordance with the intensity distribution of the input light. It is. Therefore, the light flux 12a reflected by the spatial light modulator 17 (that is, the light flux output from the spatial light modulator 17) has an intensity distribution and a phase distribution corresponding to the input light intensity distribution to the spatial light modulator 17 (these are represented by (Collectively referred to as a complex amplitude distribution).
Therefore, as an input to the spatial light modulator 17, the input pattern 9 is illuminated, and an image is formed on the input surface (writing surface) of the spatial light modulator 17 by an imaging lens. A light beam 12a having a complex amplitude distribution corresponding to the negative direction is obtained on an output surface (that is, a reading surface) of the spatial light modulator 17.

【0027】この光束12aは、更に、ビ−ムスプリッ
タ−18を通って、フ−リエ変換レンズ19を通り、空
間光変調器20の書き込み面に入射する。尚、この空間
光変調器20は、前記の空間光変調器17と同様な構成
のものである。このとき、空間光変調器17の読み出し
面及び、空間光変調器20の書き込み面が、各々、フ−
リエ変換レンズ19の前側焦点面及び後側焦点面になる
ように設定する。すると、空間光変調器17の読み出し
面上での光束12aの複素振幅分布のフ−リエ変換の二
乗に対応する光強度分布が得られる。ここで、この空間
光変調器20の読み出し面には、全反射ミラ−15で反
射され、更に、ビ−ムスプリッタ−21で反射された光
束12bが入射し、前記の書き込み面上での光強度分布
に対応した複素振幅分布をもって、空間光変調器20を
出射し、ビ−ムスプリッタ−21を透過して、フ−リエ
変換レンズ22を通り、ウェッジリング・デイテクタ2
3に入射する。このとき、空間光変調器20の読み出し
面とウェッジリング・デイテクタ23の受光面とは、フ
−リエ変換レンズ22の各々前側焦点面及び後側焦点面
に位置しており、ウェッジリング・デイテクタ23の受
光面上には、空間光変調器20の読み出し面上での光束
12bの複素振幅分布のフ−リエ変換の二乗に対応した
光量分布が得られる。
The light flux 12a further passes through a beam splitter 18, passes through a Fourier transform lens 19, and is incident on a writing surface of a spatial light modulator 20. The spatial light modulator 20 has the same configuration as the spatial light modulator 17 described above. At this time, the reading surface of the spatial light modulator 17 and the writing surface of the spatial light modulator 20 are each a free surface.
The focal plane is set to be the front focal plane and the rear focal plane of the Lie transform lens 19. Then, a light intensity distribution corresponding to the square of the Fourier transform of the complex amplitude distribution of the light flux 12a on the readout surface of the spatial light modulator 17 is obtained. Here, the light beam 12b reflected by the total reflection mirror 15 and further reflected by the beam splitter 21 enters the read surface of the spatial light modulator 20, and the light beam on the write surface With the complex amplitude distribution corresponding to the intensity distribution, the light is emitted from the spatial light modulator 20, transmitted through the beam splitter 21, passed through the Fourier transform lens 22, and passed through the wedge ring detector 2.
3 is incident. At this time, the reading surface of the spatial light modulator 20 and the light receiving surface of the wedge ring detector 23 are located on the front focal plane and the rear focal plane of the Fourier transform lens 22, respectively. A light amount distribution corresponding to the square of the Fourier transform of the complex amplitude distribution of the light beam 12b on the readout surface of the spatial light modulator 20 is obtained on the light receiving surface of the spatial light modulator 20.

【0028】ここで、ウェッジリング・デイテクタ23
は、図2に示した自己相関パタ−ン検出領域と同様の形
状の受光領域を有する光電変換素子で、その中心は、図
3でのフ−リエ変換光学系の光軸上に設定される。この
ようにして、ウェッジリング・デイテクタ23上には、
入力パタ−ンの自己相関の二乗に対応した光強度パタ−
ンが得られる。従って、その出力をニュ−ラルネットワ
−ク8の入力とすることにより、識別すべき入力パタ−
ンの識別が可能となる。
Here, the wedge ring detector 23
Is a photoelectric conversion element having a light receiving area having the same shape as the autocorrelation pattern detection area shown in FIG. 2, and its center is set on the optical axis of the Fourier transform optical system in FIG. . Thus, on the wedge ring detector 23,
Light intensity pattern corresponding to the square of the autocorrelation of the input pattern
Is obtained. Therefore, by making the output the input of the neural network 8, the input pattern to be identified can be obtained.
Can be identified.

【0029】ここで用いる受光素子は、このようなウェ
ッジリング・デイテクタではなく、矩形の受光領域を持
つ2次元イメ−ジセンサでも良いが、実施例2で説明し
たように、ウェッジリング・デイテクタを用いたもの
が、自己相関パタ−ンの特徴を効果的に抽出することが
可能である。更に、大きさ不変或いは回転不変の認識が
行ない易くなる。
The light receiving element used here may be a two-dimensional image sensor having a rectangular light receiving area instead of such a wedge ring detector. However, as described in the second embodiment, a wedge ring detector is used. However, the characteristics of the autocorrelation pattern can be effectively extracted. Further, it is easy to recognize that the size or the rotation is unchanged.

【0030】尚、ここで用いた空間光変調器17、20
は、例えば、ネマテイック液晶パネルに光導電層を設け
た構成のものが、Liquid Crystal Valve(LCLV)の名で、
米国ヒュ−ズ社より市販されている。また、より高速の
動作及び高い分解能を有するものとして、強誘電性液晶
を用いたデバイスも開発されている。更に、Bi12Si
20(BSO)を用いた透過型の素子も入手可能であ
る。正し、透過型の素子の場合には、読み出し光束の入
射させる方向が変わるために、光学系の変更が必要であ
るが、本質的には反射型の空間光変調器を用いる場合と
同様である。
The spatial light modulators 17, 20 used here
For example, a liquid crystal panel with a photoconductive layer provided on a nematic liquid crystal panel is called Liquid Crystal Valve (LCLV).
It is commercially available from Hughes, USA. Also, devices using ferroelectric liquid crystals have been developed as having higher speed operation and higher resolution. Further, Bi 12 Si
A transmissive element using O 20 (BSO) is also available. Correctly, in the case of a transmissive element, a change in the optical system is necessary because the direction in which the readout light beam enters is changed, but it is essentially the same as in the case of using a reflective spatial light modulator. is there.

【0031】本実施例で用いた光学系は、他の光学的相
関演算装置に比較して、次の点で、本発明のパタ−ン識
別装置に適している。即ち、第1に、比較的解像度の低
い空間光変調器が使えること、これは、実時間動作の空
間光変調器は、比較的に低い解像度であるので、パタ−
ン識別装置の実時間動作を実現する上で、重要な特徴で
ある。第2に、光軸合わせが容易であること、従って、
組立て、調整が容易にできると同時に、悪環境での使用
が可能である。
The optical system used in the present embodiment is more suitable for the pattern discriminating apparatus of the present invention in the following points as compared with other optical correlation calculating apparatuses. First, a spatial light modulator having a relatively low resolution can be used. This is because a spatial light modulator operating in real time has a relatively low resolution.
This is an important feature in realizing the real-time operation of the identification device. Second, the optical axis alignment is easy, and
It can be easily assembled and adjusted, and can be used in a bad environment.

【0032】[0032]

【実施例4】実施例3で用いた空間光変調器17、20
は、実施例4に示す空間光変調装置により置き変えるこ
とができる。即ち、この空間光変調装置は、2次元イメ
−ジセンサを入力部として、この信号により、電気アド
レス型空間光変調器に、前記の2次元イメ−ジセンサに
入射した入射光強度分布に基づいたパタ−ンを表示する
構成とするものである。
Embodiment 4 Spatial light modulators 17 and 20 used in Embodiment 3
Can be replaced by the spatial light modulator shown in the fourth embodiment. In other words, this spatial light modulator uses a two-dimensional image sensor as an input unit, and in response to this signal, the electric address type spatial light modulator uses the two-dimensional image sensor to obtain a pattern based on the incident light intensity distribution incident on the two-dimensional image sensor. -Is displayed.

【0033】即ち、図4は、このような空間光変調装置
の1例を示す構成図である。入力光束(即ち書き込み光
束)は、CCD撮像素子31で受光される。ここでは、
撮像素子として、CCDを用いる。これは、撮像管や、
フォトダイオ−ドアレイを用いることもできる。CCD
撮像素子31からの出力信号は、受像回路32、デ−タ
処理回路33を通り、液晶パネル駆動回路34により、
液晶パネル35が駆動されて、液晶パネル35上に、C
CD撮像素子31への入射光量分布に基づいた強度透過
率分布或いは屈折率分布或いはその両方(これらをまと
めて、複素振幅透過率分布と称する)が形成される。
FIG. 4 is a block diagram showing an example of such a spatial light modulator. The input light beam (that is, the writing light beam) is received by the CCD image sensor 31. here,
A CCD is used as an image sensor. This is a camera tube,
A photodiode array can also be used. CCD
An output signal from the image sensor 31 passes through an image receiving circuit 32 and a data processing circuit 33, and is output by a liquid crystal panel driving circuit 34.
When the liquid crystal panel 35 is driven, the C
An intensity transmittance distribution, a refractive index distribution, or both of them (collectively referred to as a complex amplitude transmittance distribution) are formed based on the distribution of the amount of light incident on the CD imaging element 31.

【0034】そこで、この液晶パネル35にコヒ−レン
ト光を入射させることにより、その出射光は、液晶パネ
ル35上で、CCD撮像素子31に入射した光強度パタ
−ンに基づいた複素振幅分布を有することになる。尚、
ここで、最も一般的な電気アドレス型空間光変調器とし
て、液晶パネル35を用いたが、その他に、透明セラミ
ックスのPLZTにマトリックス状に電極を配したもの
が開発されている。
Therefore, by making the coherent light incident on the liquid crystal panel 35, the emitted light has a complex amplitude distribution based on the light intensity pattern incident on the CCD image pickup device 31 on the liquid crystal panel 35. Will have. still,
Here, the liquid crystal panel 35 is used as the most general electric address type spatial light modulator. In addition, a liquid crystal panel in which electrodes are arranged in a matrix on PLZT made of transparent ceramics has been developed.

【0035】ところで、本実施例でのデ−タ処理回路3
3は、例えば、入力画像に対して、2値化、或いは、そ
の他のフィルタリング、画像合成等が、回路自体やコン
ピュ−タと接続すること等により、手軽に行なえる点で
有用である。また、前記のように、ここで用いた空間光
変調装置は、CCD撮像素子や液晶パネル、更には、そ
れらに付随する回路群等が、使用できる。それにより、
簡単に且つ安価に空間光変調装置を作成できる。
By the way, the data processing circuit 3 in the present embodiment
3 is useful in that, for example, binarization or other filtering and image synthesis can be easily performed on an input image by connecting it to a circuit itself or a computer. Further, as described above, the spatial light modulator used here can use a CCD image sensor, a liquid crystal panel, and a circuit group associated therewith. Thereby,
A spatial light modulator can be easily and inexpensively manufactured.

【0036】[0036]

【実施例5】実施例3で、光学的自己相関パタ−ン検出
手段の1例を説明したが、このような光学的自己相関パ
タ−ン検出手段では、空間光変調器のダイナミックレン
ジが小さい場合には、即ち、その消光比が低い場合に
は、検出面の光軸上に、大きな光量が集中し、自己相関
パタ−ンの検出が不正確になる可能性がある。これは、
空間光変調器の表示面において、本来、透過率が0であ
るべきであるところから漏れてきた光量が、そのフ−リ
エ変換面である検出面上において、全て、光軸上に集中
してしまうためである。このような場合には、前記の第
1の空間光変調器或いは空間光変調装置に、識別すべき
入力パタ−ンを、2つ平行移動の位置関係に表示してお
いて、この表示された2つのパタ−ン間の相関の二乗に
相当するパタ−ンを自己相関の二乗パタ−ンとして扱う
ことが好適である。
Fifth Embodiment In the third embodiment, an example of the optical autocorrelation pattern detecting means has been described. In such an optical autocorrelation pattern detecting means, the dynamic range of the spatial light modulator is small. In this case, that is, when the extinction ratio is low, a large amount of light is concentrated on the optical axis of the detection surface, and the detection of the autocorrelation pattern may be inaccurate. this is,
On the display surface of the spatial light modulator, the amount of light leaked from a place where the transmittance should originally be 0 is concentrated on the optical axis on the detection surface which is the Fourier transform surface. This is because In such a case, the input pattern to be identified is displayed on the first spatial light modulator or the spatial light modulator in a positional relationship of two parallel movements, and this is displayed. It is preferable to treat a pattern corresponding to the square of the correlation between two patterns as a square pattern of the autocorrelation.

【0037】図5は、以上のような構成による、識別す
べき入力パタ−ンの表示及び自己相関の強度パタ−ンを
説明するための説明図である。ここで、図5のaは、図
3の空間光変調器17の読み出し面上で得られる空間光
変調器17からの出力光強度分布、或いは、図4の液晶
パネル35上での出力光強度分布を示しており、入力パ
タ−ン表示領域41の中で、入力パタ−ン42に対応す
る強度分布が2つ、互いに、平行移動の関係の位置で出
力されている。これらの強度分布は、自己相関パタ−ン
検出装置1への入力パタ−ンに基づいており、その入力
パタ−ンを2つ互いに、平行移動した位置に表示した形
になっている。
FIG. 5 is an explanatory diagram for explaining the display of the input pattern to be identified and the intensity pattern of the autocorrelation having the above configuration. Here, “a” in FIG. 5 is an output light intensity distribution from the spatial light modulator 17 obtained on the readout surface of the spatial light modulator 17 in FIG. 3 or an output light intensity on the liquid crystal panel 35 in FIG. In the input pattern display area 41, two intensity distributions corresponding to the input pattern 42 are output at positions mutually parallel to each other. These intensity distributions are based on the input pattern to the autocorrelation pattern detection device 1, and the two input patterns are displayed at positions parallel to each other.

【0038】このような入力は、図3の空間光変調器1
7では、入力パタ−ンに対して2つの結像レンズを配置
して、空間光変調器17の書き込み面上に、2つの入力
パタ−ンを結像することにより、容易に、実現すること
ができる。また、図4に示す空間光変調装置において、
前記と同様に、2つの結像レンズを用いても良いし、C
CD撮像素子31により、取り込んだ入力パタ−ンの画
像を、デ−タ処理回路33により合成して、2重に液晶
パネル35に表示するようにしても良い。図5のbは、
第2の空間光変調器(即ち、図3に示す空間光変調器2
0)或いは空間光変調装置(即ち、図3の空間光変調器
20を図4に示す空間光変調装置で置き変えたもの)で
の、入力或いは出力光強度分布を示している。これは、
入力パタ−ン42の一つのパタ−ンのフ−リエ変換の二
乗のパタ−ン(即ち、強度パタ−ン)に、干渉縞パタ−
ンが重畳されたものとなっている。
Such an input is applied to the spatial light modulator 1 of FIG.
In No. 7, two imaging lenses are arranged with respect to the input pattern, and two input patterns are imaged on the writing surface of the spatial light modulator 17, thereby easily realizing. Can be. In the spatial light modulator shown in FIG.
As before, two imaging lenses may be used, and C
The captured image of the input pattern may be synthesized by the data processing circuit 33 by the CD image sensor 31 and displayed on the liquid crystal panel 35 twice. FIG.
The second spatial light modulator (ie, spatial light modulator 2 shown in FIG. 3)
0) or the spatial light modulator (that is, the spatial light modulator 20 in FIG. 3 replaced with the spatial light modulator shown in FIG. 4) to show the input or output light intensity distribution. this is,
An interference fringe pattern is added to the square pattern (ie, intensity pattern) of the Fourier transform of one pattern of the input pattern 42.
Are superimposed.

【0039】この干渉縞パタ−ンは、その周期が図5の
aに示す2つの入力パタ−ン42の距離に反比例し、そ
の周期構造の方向が、図5aに示す2つの入力パタ−ン
42の相対的方向に対応している。図5bに示す入力パ
タ−ンのフ−リエ変換の強度パタ−ン43を更にもう一
度光学的にフ−リエ変換して得られる強度パタ−ンが、
図5cに示すパタ−ンで、これは、0次の自己相関の強
度パタ−ン44と、±1次の自己相関の強度パタ−ン4
5からなっており、この強度パタ−ンが、図3でのウェ
ッジリング・デイテクタ23上に得られる。ここで、0
次の自己相関の強度パタ−ン44は、図5aに表示され
たパタ−ン全体の自己相関であり、±1次の自己相関の
強度パタ−ン45は、図5aで表示された2つのパタ−
ン42相互による自己相関パタ−ンである。
The period of the interference fringe pattern is inversely proportional to the distance between the two input patterns 42 shown in FIG. 5A, and the direction of the periodic structure is two input patterns shown in FIG. 5A. 42 corresponding to the relative directions. The intensity pattern obtained by optically Fourier transforming the intensity pattern 43 of the Fourier transform of the input pattern shown in FIG.
In the pattern shown in FIG. 5C, this is the intensity pattern 44 of the 0th-order autocorrelation and the intensity pattern 4 of the ± 1st-order autocorrelation.
5, and this intensity pattern is obtained on the wedge ring detector 23 in FIG. Where 0
The next auto-correlation intensity pattern 44 is the auto-correlation of the entire pattern shown in FIG. 5A, and the ± 1 order auto-correlation intensity pattern 45 is the two auto-correlation patterns shown in FIG. 5A. Putter
This is an autocorrelation pattern by the mutual 42.

【0040】このとき、仮に、第2の空間光変調器或い
は空間光変調装置の変調度が低いと、そこで漏れ出た光
が、全て、出力面上の光軸上(即ち、図5cの0次の自
己相関の強度パタ−ン44の中心部)に集まってしま
う。従って、0次の自己相関の強度パタ−ン44は、正
確に観測することが不可能となるので、これを避けて、
±1次の自己相関の強度パタ−ン45のいずれかの中心
に、図3のウェッジリング・デイテクタの中心を合わせ
て、出力の観察を行なえば、空間光変調或いは空間光変
調装置の変調度が低い場合の悪影響を避けて、正確な認
識を行なうことができる。
At this time, if the modulation degree of the second spatial light modulator or the spatial light modulator is low, all of the light leaked there will be on the optical axis on the output surface (ie, 0 in FIG. 5C). (The central part of the intensity pattern 44 of the next autocorrelation). Therefore, it is impossible to accurately observe the zero-order autocorrelation intensity pattern 44.
If the output is observed by aligning the center of the wedge ring detector in FIG. 3 with any center of the intensity pattern 45 of the ± 1 order autocorrelation, the spatial light modulation or the modulation degree of the spatial light modulator can be obtained. In this case, accurate recognition can be performed while avoiding the adverse effect when the value is low.

【0041】[0041]

【実施例6】実施例2で、図2に示すような自己相関パ
タ−ン検出領域を設定すると、回転不変或いは大きさ不
変の識別が行なえる。然し乍ら、識別すべき入力パタ−
ンが、入力面内での回転と大きさの変化の両方を有する
場合には、これらの領域の設定のみでは対応が困難とな
る。そこで、この場合には、図2に示す小領域Aに対応
する扇型全体の中心角をほぼ180度とし、この各小領
域からの出力信号の配置パタ−ンは、この小領域群の中
で最も出力の大きいもの、或いは最も出力の小さいも
の、の位置が予め決められた位置となり、且つ、その前
後の順番は小領域群の空間的配置と同様となるように、
シフトさせる信号列の再配置装置を備え、この再配置さ
れた信号列パタ−ンが、ニュ−ラルネットワ−クに入力
されるように、構成すると好適である。このようにする
と、小領域群Aは元々大きさ不変であるから、それに回
転不変性が加わることにより、大きさと回転の両方が変
化したときにも、正確な識別ができる。
Sixth Embodiment In the second embodiment, if an autocorrelation pattern detection area as shown in FIG. 2 is set, it is possible to identify rotation invariance or size invariance. However, the input pattern to be identified
If the screen has both rotation in the input plane and a change in size, it is difficult to cope with it only by setting these areas. Therefore, in this case, the central angle of the entire sector corresponding to the small area A shown in FIG. 2 is set to approximately 180 degrees, and the arrangement pattern of the output signals from each of the small areas is within the small area group. The position of the largest output or the smallest output is the predetermined position, and the order before and after is the same as the spatial arrangement of the small area group.
It is preferable that a rearrangement device for a signal sequence to be shifted is provided, so that the rearranged signal sequence pattern is input to a neural network. In this way, since the small region group A is originally invariable in size, by adding rotation invariance to the small region group A, accurate identification can be performed even when both the size and the rotation change.

【0042】図6は、前記の信号列を再配置する装置の
働きを説明するグラフである。即ち、同一の入力パタ−
ンでの入力パタ−ンの回転が無い場合とある場合との小
領域群Aからの出力と、それに対応する信号列再配置装
置からの出力を示すグラフである。図6のaは、小領域
群Aからの出力を示し、bは、入力パタ−ンが回転した
ときの小領域群Aからの出力を示し、cは、aに示す出
力に対応する信号列再配置装置からの出力を示す、d
は、bに示す出力に対応する信号列再配置装置からの出
力を示す。即ち、識別すべき入力パタ−ンがある基準の
入力面内回転位置となっていたときの小領域群Aからの
出力を示しているが、ここで、簡単に、小領域群Aに含
有される小領域の数は、8個とし、各々に、小領域6a
1から小領域6a8までとする。
FIG. 6 is a graph illustrating the operation of the apparatus for rearranging the signal sequence. That is, the same input pattern
7 is a graph showing an output from the small area group A and a corresponding output from the signal sequence rearrangement device when there is no rotation of the input pattern and when there is a rotation of the input pattern. 6A shows the output from the small area group A, b shows the output from the small area group A when the input pattern is rotated, and c shows the signal sequence corresponding to the output shown in a. D, indicating the output from the relocation device
Indicates an output from the signal sequence rearrangement device corresponding to the output indicated by b. That is, the output from the small area group A when the input pattern to be identified is at a certain reference in-plane rotational position is shown. The number of small areas is eight, and each of the small areas 6a
1 to the small area 6a8.

【0043】この各々の小領域からの出力強度をグラフ
にしたものが、図6aである。これに対して、図6b
は、aの時と同じ入力パタ−ンが入力面内において、あ
る角度回転した場合の各小領域からの出力を示してい
る。a図とb図を比較すると、a図の6a3の出力が、
b図の6a5の出力に、a図の6a4の出力が、b図の
6a6の出力に、a図の6a7の出力が、b図の6a1
の出力という具合に、小領域2つの分だけサイクリック
にシフトしていることが分かる。そこで、前記の信号列
の再配置装置により、これらの小領域からの出力を、そ
の最大値の位置或いは最小値の位置を基準にサイクリッ
クにシフトさせて、並べ変えることにより、入力パタ−
ンが面内で回転しても、出力信号が同等となることがで
きる。図6のc及びdは、各々、図6a及びbの小領域
群Aからの出力を、信号列再配置装置により、その最大
値を基準に並べ変えたもので、各々、最大値を先頭とし
て、その前後の信号は、小領域の順番をサイクリックに
シフトしている。すると、元々、図6a及びbの出力
は、同じパタ−ンがサイクリックにシフトしたものであ
るから、並べ変えた結果の図6c及びdの信号列は、等
価なものとなる。
FIG. 6A is a graph showing the output intensity from each of the small areas. In contrast, FIG.
Shows the output from each small area when the same input pattern as in the case of a is rotated by a certain angle in the input plane. Comparing FIGS. a and b, the output of 6a3 in FIG.
The output of 6a5 in FIG. 6B is the output of 6a5 in FIG. 6B, the output of 6a7 in FIG. 6A is the output of 6a6 in FIG.
It can be seen that the output is cyclically shifted by two small areas. Therefore, the signal pattern rearrangement device cyclically shifts and rearranges the outputs from these small areas with reference to the position of the maximum value or the position of the minimum value, thereby obtaining an input pattern.
The output signal can be the same even if the motor rotates in the plane. FIGS. 6c and 6d show the outputs from the small area group A in FIGS. 6a and 6b, respectively, rearranged by the signal sequence rearrangement apparatus based on the maximum value. The signals before and after that are cyclically shifted in the order of the small areas. Then, originally, the outputs of FIGS. 6A and 6B are cyclic shifts of the same pattern, so that the rearranged signal sequences of FIGS. 6C and 6D are equivalent.

【0044】従って、入力パタ−ンが入力面内で回転し
ても、ほぼ等しい入力をニュ−ラルネットワ−ク8に与
えることができる。更に、小領域群Aからの出力は、元
々、入力パタ−ンの大きさの変化に対して不変であるか
ら、入力パタ−ンの大きさ及び入力面内の回転の変化が
同時に生じても、ニュ−ラルネットワ−クでの記憶パタ
−ンの数を増やすことなく、正確な識別を行なうことが
できる。
Therefore, even if the input pattern rotates in the input plane, substantially the same input can be given to the neural network 8. Further, since the output from the small area group A is originally invariant to the change in the size of the input pattern, even if the change in the size of the input pattern and the rotation in the input plane occur simultaneously. Accurate identification can be performed without increasing the number of storage patterns in the neural network.

【0045】尚、前記の全ての実施例において、自己相
関パタ−ン検出装置1からの出力を、2値化してからニ
ュ−ラルネットワ−ク8に入力することにより、その学
習は、より速やかに収束することができる。従って、よ
り高速な学習を行なうパタ−ン識別装置を得ることがで
きる。
In all of the above-described embodiments, the output from the autocorrelation pattern detector 1 is binarized and then input to the neural network 8, so that the learning can be performed more quickly. Can converge. Therefore, it is possible to obtain a pattern discriminating apparatus that performs faster learning.

【0046】[0046]

【発明の効果】以上説明したように、本発明の光学的パ
タ−ン識別装置により、前記のような効果が得られた。
それらをまとめると、次のような顕著な技術的効果とな
る。即ち、第1に、ニュ−ラルネットワ−クによる入力
画像の識別を、高速で処理できる安価な装置が可能とな
った。
As described above, the above-described effects can be obtained by the optical pattern discriminating apparatus of the present invention.
Summarizing them has the following remarkable technical effects. That is, firstly, an inexpensive apparatus capable of processing an input image by a neural network at high speed can be realized.

【0047】第2に、識別すべき入力画像の回転やシフ
トが存在するときにも、識別が容易に可能で、しかも、
大量の参照画像を記憶することができる光学的パタ−ン
識別装置を提供することができた。
Second, even when there is a rotation or a shift of the input image to be identified, the identification can be easily performed.
An optical pattern identification device capable of storing a large number of reference images could be provided.

【0048】第3に、識別すべき入力情報の特徴を抽出
することにより、ニュ−ラルネットワ−クにおける学習
時間が短くでき、学習がが有効に行なわれる可能性が高
いパタ−ン認識装置を提供することができた。
Third, by extracting the features of the input information to be identified, the learning time in the neural network can be shortened, and a pattern recognition device having a high possibility of effective learning is provided. We were able to.

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

【図1】本発明の光学的パタ−ン識別装置を実現するた
めの一例の光学系を示す模式構成図である。
FIG. 1 is a schematic diagram showing an example of an optical system for realizing an optical pattern identification device according to the present invention.

【図2】本発明に用いる自己相関パタ−ン検出領域を示
す説明図である。
FIG. 2 is an explanatory diagram showing an autocorrelation pattern detection area used in the present invention.

【図3】本発明に用いる光学的自己相関パタ−ン検出手
段の1例を示す構成図である。
FIG. 3 is a block diagram showing an example of an optical autocorrelation pattern detecting means used in the present invention.

【図4】本発明に用いる空間光変調装置の1例を示す構
成図である。
FIG. 4 is a configuration diagram illustrating an example of a spatial light modulator used in the present invention.

【図5】本発明で行なわれる、識別すべき入力パタ−ン
を2つ表示したときの自己相関の強度パタ−ンを説明す
る説明図である。
FIG. 5 is an explanatory diagram illustrating an intensity pattern of an autocorrelation when two input patterns to be identified are displayed according to the present invention.

【図6】本発明で行なわれる、識別すべき同一の入力パ
タ−ンで、入力パタ−ンの回転がないときとある時と
の、小領域群Aからの出力とそれに対応する信号列再配
置装置からの出力を示す説明図である。
FIG. 6 shows the output from the small area group A and the signal sequence corresponding thereto with and without the rotation of the input pattern for the same input pattern to be identified, which is performed in the present invention. It is an explanatory view showing an output from an arrangement device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 自己相関パタ−ン検出装置 6a 小領域群A 6ai、6bi 小領域 6b 小領域群B 7 信号列再配置装置 8 ニュ−ラルネットワ−ク 9 識別すべき入力パタ−ン 11 光源 12、12a、12b 光束 17、20 空間光変調器 19、22 フ−リエ変換レンズ 23 ウェッジリング・ディテクタ 31 CCD撮像素子 32 受像回路 33 デ−タ処理回路 34 液晶パネル駆動回路 35 液晶パネル 41 入力パタ−ン表示領域 42 入力パタ−ン 43 入力パタ−ンのフ−リエ変換の強度パ
タ−ン 44 0次の自己相関の強度パタ−ン 45 ±1次の自己相関の強度パタ−ン
REFERENCE SIGNS LIST 1 autocorrelation pattern detection device 6a small region group A 6ai, 6bi small region 6b small region group B 7 signal sequence rearrangement device 8 neural network 9 input pattern to be identified 11 light source 12, 12a, 12b Light beam 17, 20 Spatial light modulator 19, 22 Fourier transform lens 23 Wedge ring detector 31 CCD image sensor 32 Image receiving circuit 33 Data processing circuit 34 Liquid crystal panel drive circuit 35 Liquid crystal panel 41 Input pattern display area 42 Input pattern 43 Intensity pattern of Fourier transform of input pattern 44 Intensity pattern of 0th-order autocorrelation 45 Intensity pattern of ± 1st-order autocorrelation

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平2−293985(JP,A) 特開 昭64−46888(JP,A) 特開 平2−293827(JP,A) 特開 昭64−33686(JP,A) 特開 昭64−26285(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G06F 15/18 G06T 7/00 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (56) References JP-A-2-293985 (JP, A) JP-A-64-46888 (JP, A) JP-A-2-293827 (JP, A) JP-A 64-64 33686 (JP, A) JP-A-64-26285 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) G06F 15/18 G06T 7/00

Claims (7)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 少なくとも、複数の入力を受容でき、
該複数の入力による入力値を演算処理することにより
一つの出力値を出力する複数の演算単位(以下ニューロ
ンと称する)と、その各々のニューロンの出力と、他の
ニューロン或いはその出力を行なったニューロン自体の
入力とを結合する結合手段を持ち、その各々の結合手段
は、これに関わる出力値を入力値に変換する結合係数を
有するニューラルネットワークを用いてパターンの識別
を行なうためのパターン識別装置において、 少なくとも識別すべき入力パターンの自己相関のパター
ンを得るための、或いは該入力パターンの自己相関の二
乗のパターンを得るための自己相関パターン検出装置を
備え、且つ、得られた自己相関パターンに基づいた出力
をニューラルネットワークの入力とし、更に、 前記の自己相関のパターンが2次元パターンである場合
には、その自己相関パターンのピーク位置を中心とする
ほぼ180度乃至それ以上の中心角を持つ扇型の2次元
空間内で、これを等しい中心角の扇型の小領域に分割し
た空間的小領域群Aと、前記扇型の2次元空間内で、こ
れを前記ピーク位置を中心とする同心の円弧により、小
領域に分割した小領域群Bとを仮定し、前記入力パター
ンの自己相関のパターンの値或いは自己相関の二乗のパ
ターンの値のその小領域内での積分値を、各々の小領域
からの出力として、これらのうち、前記小領域群Aによ
る積分値、或いは、前記小領域群Bによる積分値、或い
は、その両方をニューラルネットワークの入力とする
とを特徴とする前記光学的パターン識別装置。
1. At least a plurality of inputs can be accepted;
By calculating the input values of the plurality of inputs ,
A plurality of operation units (hereinafter referred to as neurons) for outputting one output value, and coupling means for coupling an output of each of the neurons with an input of another neuron or a neuron that has performed the output; Each coupling means is a pattern identification device for identifying a pattern using a neural network having a coupling coefficient for converting an output value related to the input value into an input value. for obtaining, or with a self-correlation pattern detector for obtaining a square of the pattern of the autocorrelation of the input pattern, and, to the output based on the autocorrelation pattern obtained with the input of the neural network, further wherein When the autocorrelation pattern of is a two-dimensional pattern
Is centered on the peak position of the autocorrelation pattern
Fan-shaped two-dimensional with a central angle of approximately 180 degrees or more
In space, divide this into smaller fan-shaped areas with equal central angles
In the fan-shaped two-dimensional space,
This is reduced by a concentric arc centered on the peak position.
Assuming a small area group B divided into areas, the input pattern
Of the autocorrelation pattern or the square of the autocorrelation
The integral of the turn value within that sub-region is calculated for each sub-region.
Out of these, the small area group A
Integrated value, or the integrated value of the small area group B, or
The optical pattern identification device, wherein both of them are input to a neural network .
【請求項2】該入力パターンの自己相関の二乗のパター
ンを得るための前記自己相関パターン検出装置は、少な
くとも、コヒーレント光源と、識別すべき入力パターン
をコヒーレントに表示する第1の空間光変調器又は空間
光変調装置と、 前記の第1の空間光変調器又は空間光変調装置の画面上
に表示されたコヒーレントパターンを光学的にフーリエ
変換する第1のフーリエ変換レンズと、 これによりフーリエ変換されて得た複素振幅分布に基づ
く強度分布に応じて出力コヒーレント光の強度分布又は
複素振幅分布を変調する第2の空間光変調器又 は空間光
変調装置と、 前記第2の空間光変調器又は空間光変調装置からの出力
コヒーレント光を再度光学的にフーリエ変換する第2フ
ーリエ変換レンズを有することを特徴とする請求項1に
記載の光学的パターン識別装置。
2. The pattern of the square of the autocorrelation of the input pattern.
The autocorrelation pattern detection device for obtaining the
At least, the coherent light source and the input pattern to be identified
Spatial light modulator or space that displays coherently
A light modulator and the first spatial light modulator or a screen of the spatial light modulator.
Optically Fourier transform the coherent pattern displayed in
A first Fourier transform lens for transforming, and a complex amplitude distribution obtained by Fourier transform by the first Fourier transform lens.
The intensity distribution of the output coherent light according to the intensity distribution or
Second spatial light modulator or a spatial light modulating the complex amplitude distribution
A modulator and an output from said second spatial light modulator or spatial light modulator
Second optical element for optically Fourier transforming coherent light again
2. The lens according to claim 1, further comprising a Fourier transform lens.
An optical pattern identification device as described.
【請求項3】前記の各積分値を出力とするために、各小
領域に対応した形状の受光素子が、前記第2のフーリエ
変換レンズによるフーリエ変換面上に配置されているこ
とを特徴とする請求項1又は2に記載の光学的パターン
識別装置。
3. The method according to claim 1, wherein each of the integral values is output.
The light receiving element having a shape corresponding to the region is formed by the second Fourier
Be placed on the Fourier transform plane by the transform lens
The optical pattern according to claim 1, wherein:
Identification device.
【請求項4】前記の第1及び/又は第2の空間光変調器
又は空間光変調装置は、2次元イメージセンサを入力部
とし、このイメージセンサの出力映像信号を、電気アド
レス型空間光変調器に入力して、前記2次元イメージセ
ンサに入射する入射光強度分布に基づいて形成されたパ
ターンを表示するものであることを特徴とする請求項2
又は3に記載の光学的パターン識別装置。
4. The first and / or second spatial light modulator.
Alternatively, the spatial light modulator uses a two-dimensional image sensor as an input unit.
The output video signal of this image sensor is
To the two-dimensional image sensor.
A sensor formed based on the intensity distribution of incident light
3. A display for displaying a turn.
Or the optical pattern identification device according to 3.
【請求項5】該入力パターンの自己相関の二乗のパター
ンを得るための自己相関パターン検出装置は、前記第1
の空間光変調器或いは空間光変調装置に、識別すべき入
力パターンを、平行移動の関係で二重に表示し、この表
示された2つのパターンの間の相関の二乗を自己相関の
二乗パターンとすることを特徴とする請求項2〜4のい
ずれかに記載の光学的パターン識別装置。
5. The square pattern of the autocorrelation of the input pattern.
The autocorrelation pattern detection device for obtaining the
The spatial light modulator or spatial light modulator
The force pattern is displayed twice in a translational relationship.
The square of the correlation between the two indicated patterns is
5. A square pattern according to claim 2, wherein:
An optical pattern identification device according to any of the preceding claims.
【請求項6】前記の小領域群Aによる積分値を出力とす
る場合には、該中心角をほぼ180度とし、各小領域か
らの出力信号の配置パターンを、最も出力の大きい小領
域或いは最も小さい小領域からの出力信号の出力信号パ
ターン中の位置が、常に、予め決めた位置にし、更に、
その前後の小領域からの出力の順番は、小領域群の空間
的配置と同様となるようにシフトさせる、信号列の再配
置のための装置を備え、その再配置された信号列パター
ンが該ニューラルネットワークに入力されることを特徴
とする請求項1〜5のいずれかに記載の光学的パターン
識別装置。
6. An integrated value of the small area group A is output.
In this case, the central angle is set to approximately 180 degrees,
Change the arrangement pattern of the output signals
Output signal pattern of the output signal from the
The position during the turn is always the predetermined position,
The order of output from the small areas before and after that is the space of the small area group.
Reallocation of the signal sequence, shifting it to be similar to the
And the rearranged signal train pattern
Is input to the neural network.
The optical pattern according to any one of claims 1 to 5,
Identification device.
【請求項7】自己相関パターン検出装置からの出力を適
当な閾値レベルを用いて2値化してからニューラルネッ
トワークへ入力することを特徴とする請求項1〜6のい
ずれかに記載の光学的パターン識別装置。
7. An output from the auto-correlation pattern detection device is adapted.
After binarization using the appropriate threshold level,
7. The method according to claim 1, wherein the information is input to a network.
An optical pattern identification device according to any of the preceding claims.
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