JP3968378B2

JP3968378B2 - Pattern recognition system using multiple correlation

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Publication number: JP3968378B2
Application number: JP25485896A
Authority: JP
Inventors: 克典松岡; 岩城　　忠雄; 宜行笠間; 利治武居; 正美山本; 康司米田; 光晴松本; 浩巳加藤; 芳樹一岡; 浩西原; 信夫西田
Original assignee: Seiko Instruments Inc; Sumitomo Osaka Cement Co Ltd; National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST; Sharp Corp; Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Seiko Instruments Inc; Sumitomo Osaka Cement Co Ltd; National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST; Sharp Corp; Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 1996-09-26
Filing date: 1996-09-26
Publication date: 2007-08-29
Anticipated expiration: 2016-09-26
Also published as: JPH10104671A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、多重相関を用いたパターン認識システムに関するものである。さらに詳しくは、この発明は、容易に構築することができ、パターン認識を精度良く、高速に行うことのできる新しい光情報処理システムと、短時間で入力画像情報を半導体記憶素子に記憶することのできる画像並列光入力装置とに関するものである。
【０００２】
【従来の技術とその課題】
ロボットや自動運転システムなどのような、人間の動作を人間の代わりに正確に行うことのできる機器を実現させるためには、動作の対象となる物体を認識するための視覚機能、特に、視覚機能の基本である対象物体を視野の中から検出するパターン認識を、如何に人間の視覚機能に近づけるか、つまりより正確に、より高速に実行することができるかが重要な課題となる。このようなパターン認識は、通常、対象物体画像と入力画像間の相関演算を行うことにより、これらの画像間の類似度を表す相関値を得て、この相関値を調べることにより行われる。
【０００３】
従来より、このパターン認識の技術については様々なものが提案されているが、なかでも、光情報処理を用いたパターン認識技術は、相関演算を高速で行うことができるため、パターン認識技術の高速化を実現させることのできる技術として期待されている。
例えば図１は、従来の光情報処理を用いたパターン認識用の光情報処理システムの要部構成の一例を示したものである。この図１において、（１０１）は入力面、（１０２）は第１のフーリエ変換レンズ、（１０３）は識別フィルタ、（１０４）は第２のフーリエ変換レンズ、（１０５）は光検出器である。第１のフーリエ変換レンズ（１０２）と識別フィルタ（１０３）と第２のフーリエ変換レンズ（１０４）とにより相関光学系が構成されており、この相関光学系により、入力面（１０１）上の入力像と識別フィルタ（１０３）に提示されている検出対象物体の像との相関パターンが検出像として検出される。その後、検出像は、ＣＣＤ(Charge Coupled Device) カメラなどの光検出器（１０５）により電気信号として電気系に取り込まれ、２次元のアナログ信号からシリアルのアナログ信号に変換され、さらにＡ／Ｄ変換されてシリアル・デジタル信号となって半導体記憶素子に記録される。
【０００４】
このような光情報処理システムでは、相関演算時間、つまり光が入力面（１０１）から光検出器（１０５）まで伝播する時間が非常に短く、高速に２画像間の相関演算を実行することができ、その結果としてパターン認識を高速に行うことができる。
しかしながら、このような従来の光情報処理システムでは、単一の相関光学系を用いて入力像に含まれる対象物体の検出を行うため、入力像に対して一度に一つの対象物体しか検出することができず、同一対象物体でも物体の明るさが変化していたり、また背景が含まれていたりする場合では、得られる相関値の大きさが変化してしまうため、正しいパターンの検出を行うことができないという問題があった。
【０００５】
そこで、このような問題点を克服するためにこの発明の発明者は新しい光情報処理システムをすでに提案している。この提案された新しい光情報処理システムは、従来の光情報処理システムのように単一の相関光学系を用いるのではなく、相関光学系を多重に利用した多重相関光学系を用いてパターン認識を行うものであり、この多重相関光学系により多種類の対象物体を一度に識別することができる。
【０００６】
図２は、この光情報処理システムの要部の構成を例示したものである。この図２において、結像レンズ（２０２）、および第１の空間光変調素子（２０３）は画像入力系を構成し、第１の空間光変調素子（２０３）、レンズ（２０４）、第１のレンズアレイ（２０５）、および第２の空間光変調素子（２０６）は多重結像系を構成している。そして、第２の空間光変調素子（２０６）、第１のフーリエ変換レンズアレイ（２０７）、識別フィルタアレイ（２０８）、第２のフーリエ変換レンズアレイ（２０９）、および第１の非線形応答を持つ空間光変調素子（２１０）は多重相関光学系を構成し、第１の非線形応答を持つ空間光変調素子（２１０）、第１の重みマスクアレイ（２１１）、第２の非線形応答を持つ空間光変調素子（２１２）、第２の重みマスクアレイ（２１３）、および第３の非線形応答を持つ空間光変調素子（２１４）は多重結像系を構成している。この光情報処理システムでは、入力像（２０１）は、画像入力系によりシステムに入力された後、多重結像系によりアレイ状に複数に複製された像となる。そして、多重相関光学系により各複製入力像と識別フィルタアレイ（２０８）との相関演算が行われる。この識別フィルタアレイ（２０８）には、複製入力像のアレイと同じアレイ状に、例えば、対象物体の持つ複数の種類の特徴量がそれぞれ大きさを変えて順に配列されているため、各複製入力像からそれぞれ異なる複数の特徴パターンを検出することができる。検出された各特徴パターンは多重結像系により非線形な応答を持つ空間光変調素子（２１４）上に重ね合わせられ、検出像となる。
【０００７】
このように、図２に示した光情報処理システムでは、多種類の対象物体を一度に識別することができ、入力像内に背景が加わった場合でも、あるいは対象物体の明るさが変わった場合でも正確に短時間でパターン認識を行うことができる。
しかしながら、その後の検討により、上記の新しい光情報処理システムにも改善すべき点が存在することがわかってきた。それと言うのも、従来の光情報処理システムに比べより正確にパターン認識を行うことが出きるものの、この新しい光情報処理システムでは、多数の構成部品が必要であり、部品点数が多いために光軸合わせなどの精密調整を多数行わなければならないため、システムを実際に構築することは必ずしも容易ではないからである。例えば、図２に例示されているシステムにおいては、画像入力系、２つの多重結像系、多重相関光学系を構成するレンズやフィルタなどの光軸の全てを波長オーダー、つまり数百ｎｍオーダーの精密さで合わせる必要があり、特にレンズアレイと識別フィルタアレイは、個々のレンズとフィルタの光軸すべてを、波長オーダーで、アレイ面内の２軸とアレイ面の法線方向との３軸方向に調整する必要があるが、この調整は実際には容易ではない。
【０００８】
また、空間光変調素子として、画像パターンを光で書き込み、その像を光で読み出すことのできる光書き込み型空間光変調素子が必要であるが、この光情報処理システムの構成では読み出し光を光書き込み型空間光変調素子に供給する充分なスペースを得ることが難しいという問題をもある。
さらにまた、上記のこの光情報処理システムでは、入力光や読み出し光をレンズアレイによって分割して用いるために、分割時に光量が減少したりアレイ位置によって光強度の分布が生じてしまい、このため、強力な光源を用いたり光強度分布の補正を行う必要があり、よってさらに光学系が複雑かつ非実用的なものとなるとともに、これらの補正等を行わなければパターン識別エラーを発生しやすくなるという問題をも有している。
【０００９】
さらにまた、光情報処理システムにおいては、従来の光情報処理システムと同様に、第３の非線形応答を持つ空間光変調器で得られた相関像は、ＣＣＤ(Charge Coupled Device) カメラなどの光検出器により電気信号として電気系に取り込まれ、２次元のアナログ信号からシリアルのアナログ信号に変換され、さらにＡ／Ｄ変換されてシリアル・デジタル信号となって半導体メモリに記録されるというように、２次元／１次元データ変換およびＡ／Ｄ変換の２変換を電気系において行わなければならないため、処理時間が長くなってしまう。またこの処理時間は、画素数が増えたり、Ａ／Ｄ変換を行う際のビット数が増えることにより、さらに長くなる。従って、相関演算時間が短くても、電気系におけるこの検出像情報を半導体記憶素子に記録するまでの処理時間により、システム全体としての動作速度が遅くなってしまうという問題もある。
【００１０】
そこで、この発明は、以上のような従来技術の欠点を解決するために創案されたものであり、パターン認識を精度良く、高速に行うことができ、さらに容易に構築することのできる多重相関光学系を有する新しい光情報処理システムと、短時間で入力画像情報を半導体記憶素子に記憶することのできる新しい画像並列光入力装置とを提供することを目的としている。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
この発明は、上記課題を解決するものとして、パターン認識用の光情報処理システムであって、入力像を記憶し、また第１の読み出し光を反射させる反射型画像入力手段と、第１の読み出し光を入力像が入力される方向とは逆の方向から照射し、複数に分割した後、フーリエ変換レンズを介して複数の角度から前記反射型画像入力手段を照明し、前記反射型画像入力手段に記録されている入力像を、分割された複数の第１の読み出し光により、複数の像に複製して読み出させる分割照射手段と、反射型画像入力手段から反射され前記フーリエ変換レンズを介して進行する第１の読み出し光に含まれる各複製入力像と、予め記録されている識別対象物体が持つ異なる特徴量をそれぞれ表す各像との多重相関演算を行い、多重相関像を得る多重相関演算手段と、反射型画像入力手段から反射されて進行する第１の読み出し光の進行方向とは逆方向に進行し前記フーリエ変換レンズを透過する第２の読み出し光に含まれる多重相関像を反射させて集束させることにより、一つの識別パターン像として合成する相関像合成手段と、相関像合成手段により合成された識別パターン像を半導体記憶素子に記憶させる光検出手段と、が備えられていることを特徴とする多重相関を用いたパターン認識システム（請求項１）を提供する。
【００１２】
また、この発明は、上記のシステムにおいて、相関像合成手段と光検出手段との間に、光書き込み型二値空間光変調素子が備えられていること（請求項２）や、反射型画像入力手段として光書き込み型空間光変調素子が備えられていること（請求項３）、分割照射手段が、レンズアレイを有していること（請求項４）、分割照射手段が、半導体レーザアレイからなる照射光学系、または半導体レーザアレイとこの半導体レーザーアレイのレーザー光進行方向前面に備えられているレンズアレイとからなる照射光学系を有していること（請求項５）、相関像合成手段が、半導体レーザアレイからなる照射光学系、または半導体レーザアレイとこの半導体レーザアレイの各発光点に対して設置されている平面または凹面ハーフミラーアレイとからなる照射光学系を有していること（請求項６）、多重相関演算手段が、フーリエ変換レンズの焦点面上に配置されている識別フィルタアレイと、分割照射手段における第１のレンズアレイと同一平面位置に配置されている第２のレンズアレイとを有していること（請求項７）、相関像合成手段が、光書き込み型空間光変調素子と、光分岐手段と、重みマスクアレイとを有していること（請求項８）をその態様としている。
【００１３】
また、この発明は、上記のシステムにおいて、多重相関演算手段が、フーリエ変換レンズの焦点面上に配置されており、第１の読み出し光の波長に対しては相関演算を行うために必要な透過率分布を有し、第２の読み出し光の波長に対しては一様な透過率分布を有する色素材料により形成されている識別フィルタアレイと、分割照射手段における第１のレンズアレイと同一平面位置に配置されている第２のレンズアレイとを有し、相関像合成手段が、光書き込み型空間光変調素子と、第１の書き込み光の波長に対しては透過し、第２の読み出し光の波長に対しては反射するように形成されているダイクロイックミラーと、重みマスクアレイとを有していること（請求項９）や、相関像合成手段が、光の吸収特性及び透過特性が入射光強度と線型な関係にない光吸収／透過材料をミラーと１／４波長板とによって挟んだ構造を有している光書き込み型非線形空間光変調素子と、偏光ビームスプリッタと、重みマスクアレイとを有していること（請求項１０）、多重相関演算手段が、識別フィルタとして必要な透過率分布及び屈折率分布を持つ識別フィルタ記録材料をミラーと１／４波長板とによって挟んだ構造を有している反射型空間光変調素子を有し、相関像合成手段が、前記反射型空間光変調素子と、偏光ビームスプリッタと、重みマスクアレイとを有していること（請求項１１）等をもその態様としている。
【００１４】
さらに、この発明は、以上の多重相関を用いたパターン認識システムにおける光検出手段として用いられる、入力像を半導体記憶素子にデジタル記憶する画像並列光入力装置であって、画像光前処理部と受光記録部とが備えられており、画像光前処理部は、画像光前処理部に入力される画像と画像光前処理部内部でフィードバツクされる画像とを選択的に切り替えるための画像切替手段と、該画像切替手段で選択された画像を書き込むための第１の空間光変調素子と、この第１の空間光変調素子に書き込まれた画像を一時的に保持しておくための第２の空間光変調素子と、前記第１の空間光変調素子に書き込まれた画像を二値化画像にするための第３の空間光変調素子と、この第３の空間光変調素子の二値化画像をポジネガ反転し、適切な光強度に調整するための強度可変反転手段と、前記第２の空間光変調素子から出力される画像と前記強度可変反転手段から出力される画像とを合成するための画像合成手段と、前記第１の空間光変調素子に書き込まれた画像を前記第２の空間光変調素子と前記第３の空間光変調素子と受光記録部に入力するための少なくとも１つの画像分離手段とからなることを特徴とする画像並列光入力装置（請求項１２）を提供する。
【００１５】
そして、この発明は、上記の画像並列光入力装置において、受光記録部が、光信号を電気信号に変換する受光素子と、この受光素子からの電気信号を増幅するための電気信号増幅手段と、シフトレジスタと、半導体記憶素子とからなること（請求項１３）や、画像光前処理部から受光記録部に入力される画像が、画像分離手段を通過した第１の空間光変調素子からの画像であること（請求項１４）、または、第３の空間光変調素子からの画像であること（請求項１５）もその態様としている。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、図面に沿って実施例を示し、この発明の多重相関を用いたパターン認識システムの実施の形態についてさらに詳しく説明する。
【００１７】
【実施例】
実施例１
図３は、この発明の多重相関を用いたパターン認識システムを例示した要部構成図である。
この図３に例示した多重相関を用いたパターン認識システムにおいては、分割照射手段として、一つの平面上にアレイ状に配設された複数のレンズにより形成されている第１のレンズアレイ（１）が備えられており、この第１のレンズアレイ（１）の各レンズと共焦点を有するように一枚のフーリエ変換レンズ（３）が設置されてもいる。また、多重相関演算手段として、識別フィルタアレイ（６）と、第２のレンズアレイ（７）とが備えられている。この識別フィルタアレイ（６）は、例えばある識別対象物体が持ち合わせている異なる特徴量がそれぞれ記録されている複数枚の識別フィルタがアレイ状に配置されて形成されており、フーリエ変換レンズ（３）の焦点面上に各識別フィルタが位置するように設置されている。第２のレンズアレイ（７）は、第１のレンズアレイ（１）と同一平面位置に設置されている。
【００１８】
また、図３のシステムでは、相関像合成手段として、光書き込み型空間光変調素子（８）と、光分岐手段（４）と、重みマスクアレイ（２）とが備えられている。この光書き込み型光変調素子（８）は、第２のレンズアレイ（７）を透過した多重相関像が照射される位置に設置されている。光分岐手段（４）は、第２の読み出し光（１１）により読みだされた多重相関像を反射させ、光検出手段（９）上に一枚の合成された識別パターン像として照射できるような位置及び角度で設置されている。重みマスクアレイ（２）は、第１のレンズアレイ（１）の焦点面上に配置されている。
【００１９】
この図３に例示されている形態を有するこの発明のシステムの動作を説明すると以下のとおりとなる。
まず、入力像は、空間光変調素子である反射型画像入力手段（５）に入力されて記録される。第１の読み出し光（１０）は、入力像が入力される方向とは逆の方向から平行光として第１のレンズアレイ（１）に照射され、第１のレンズアレイ（１）を形成する各レンズにより複数の読み出し光に分割される。分割された各読み出し光は、フーリエ変換レンズ（３）を透過した後、反射型画像入力手段（５）に集束し、記録されている入力像を複数の像に複製して読み出す。
【００２０】
次に、反射型画像入力手段（５）から反射された入力像情報を含む第１の読み出し光は、フーリエ変換レンズ（３）を再び透過して、識別フィルタアレイ（６）に記録されている各特徴量上に照射される。そして、各読み出し光に含まれている各複製入力像と各特徴量との相関演算が行われ、得られた相関結果は、多重相関像として第２のレンズアレイ（７）を透過する。
【００２１】
次に、多重相関像は、第２のレンズアレイ（７）を透過した後、光書き込み型光変調素子（８）に入射されて記録され、多重相関像の入射方向とは逆の方向から平行光として照射される第２の読み出し光（１１）により読み出される。読み出された多重相関像を含む第２の読み出し光（１１）は、相関演算を実行する経路とは逆の方向に進行して、第２のレンズアレイ（７）、識別フィルタアレイ（６）を透過し、さらにフーリエ変換レンズ（３）を再び透過した後、光分岐手段（４）によって反射される。そして、読み出し光に含まれている各相関像は、重畳されて一枚に合成され、識別されたパターン像として光検出手段（９）上に得られる。なお、各相関像を一枚に合成するために必要な重みは、第１の読み出し光（１０）に対する重みマスクアレイ（２）により調整される。そして、この識別パターン像は、光検出手段（９）により電気信号として取り込まれ、適当な処理を施されて半導体記憶素子に記録される。
【００２２】
このようにして、この発明の多重相関を用いたパターン認識システムでは、パターン認識を正確に高速に行うことができる。
この図３に例示した形態のように、この発明の多重相関を用いたパターン認識システムでは、入力像が入力される方向とは逆の方向から照射される２つの読み出し光と、その読み出し光を反射させる手段とを用いて光を同一区間において反復して進行させることにより、幾つかの構成要素を繰り返し利用し、これにより、従来のシステムより少ない構成要素からなる１つのシステムにおいてパターン認識を可能としており、特に、フーリエ変換レンズは１枚、重みマスクアレイは１枚、空間光変調素子は２枚のみしか必要とせず、２枚のフーリエ変換レンズ、２枚の重みマスクアレイ、５枚の空間光変調素子を必要とする図２に示した従来のシステムと比べ、構成要素の数が非常に少なくなっている。つまり、構成要素が少ない分、従来のシステムよりも容易にシステムの構築を行うことができる。
【００２３】
そして、また、図３の例では、第１のレンズアレイ（１）としての複数レンズと第２のレンズアレイ（２）としての複数レンズとが同一平面上の異なる位置に配設されて成る一つのレンズアレイを用いてもよいことは言うまでもなく、これにより、別々に設置された第１のレンズアレイ（１）と第２のレンズアレイ（７）の光軸を合わせるための精密調整を行う必要がなくなるため、この発明のシステムの構築をより容易なものとすることができる。
【００２４】
なお、この多重相関を用いたパターン認識システムにおいては、第１の空間光変調素子である反射型画像入力手段（５）としては、ミラーを有する反射型の液晶ディスプレイや微小なミラーを電気的に偏向させて画像を投影するＤＭＤ（Deformable Mirror Device) などの電気書き込み型空間光変調素子や、液晶を光導電膜によってスイッチングする光書き込み型液晶空間光変調器やミラーを有するＢＳＯ(Bismuth Silicon Oxicide) などの電気光学結晶を用いた光書き込み型空間光変調素子などを用いることができる。
【００２５】
また、第２の空間光変調素子である光書き込み型空間光変調素子（８）としては、水素化アモルファスシリコン光導電膜スイッチング材料として用いたミラーを有していない光書き込み型液晶空間光変調素子や、ＢＳＯ電気光学結晶を用いた光書き込み型空間光変調器などを用いることができる。
光検出手段（９）としてはＣＣＤカメラやビジコンなどのイメージングデバイスやＲＷＤ(Ring Wedge Detector) やＰＳＤ(Position Sensing Device) などのパターン物体の位置検出用の光検出器や、この発明の画像並列光入力装置などを用いることができる。
【００２６】
なお、この発明の多重相関を用いたパターン認識システムでは、浜中らによって提案されている多重結像系を基本光学系として用いている。図４は、この浜中らによって提案された多重結像系の要部構成を例示したものである。図４において、（３０１）は第１のレンズアレイ、（３０２）はフーリエ変換レンズ、（３０３）は空間光変調素子、（３０４）は第２のレンズアレイ、（３０５）は多重結像面である。この図４に例示されている多重結像系は、第１のレンズアレイ（３０１）に平行光として照射されて分割された読み出し光（３０６）が、フーリエ変換レンズ（３０２）を透過し、空間光変調素子（３０３）に記録されている入力像（３０７）を複数に複製して読み出す。そして、各複製入力像は、空間光変調素子（３０３）により反射されて再びフーリエ変換レンズ（３０２）を透過して、さらに第２のレンズアレイ（３０４）を透過して、多重結像面（３０５）上に複数の複製像として結像される。
【００２７】
ただ、この多重結像系だけではこの発明の所期の目的は達成されないのであって、上記のとおりの特徴のあるシステム構成が欠かせないのである。このことは、以後の実施例においても同様である。
実施例２
図５は、波長の異なる２つの読み出し光を利用したこの発明の一実施例である多重相関を用いたパターン認識システムの要部構成図を例示したものである。
【００２８】
この図５の例においては、光分岐手段として、第１の読み出し光（１０）の波長は透過し、第２の読み出し光（１１）の波長は反射するように形成されているダイクロイックミラー（１２）が、また第１の読み出し光（１０）の波長は透過し、第２の読み出し光（１１）の波長に対しては透過率分布が一様であるような色素材料により形成されている識別フィルタアレイ（６）が備えられており、また、反射型画像入力手段としては光書き込み型空間光変調素子（１３）が配設されている。さらに、ダイクロイックミラー（１２）と図３に示した光検出手段（９）との間には光書き込み型二値空間光変調素子（１４）が備えられ、出力像（１６）が光検出手段（９）に投入される。なお、その他の構成は図３に例示した形態と同じである。
【００２９】
このシステムの場合には、第１の読み出し光と第２の読み出し光の波長は、光書き込み型空間光変調素子（８）としてどのような素子が備えられているかにより決定される。例えば、水素化アモルファスシリコン光導電膜をスイッチング材料として用いたミラーを有していない光書き込み型液晶空間光変調素子が備えられている場合は、光導電膜の書き込み感度が最も高い６５０ｎｍ近傍の光を第１の読み出し光（１０）として用い、光導電膜の書き込み感度が低くしかもその光導電膜に対する透過率の高い９００ｎｍ以上の光を第２の読み出し光（１１）として用いる。この場合では、ダイクロイックミラー（１２）としては、６５０ｎｍ近傍の光は透過し、９００ｎｍ以上の光は反射するように形成されているものを備え、識別フィルタアレイ（６）としては、６５０ｎｍ近傍の光は透過し、９００ｎｍ以上の光に対しては透過分布が一様であるような色素材料により形成されているものが置かれる。また、例えばＢＳＯ電気光学結晶を用いた光書き込み型空間光変調器が配置される場合は、ＢＳＯ電気光学結晶の書き込み感度の高い５００ｎｍ近傍の光を第１の読み出し光（１０）として用い、ＢＳＯ電気光学結晶の書き込み感度の低い６５０ｎｍ以上の光を第２の読み出し光（１１）として用いる。この場合では、ダイクロイックミラー（１２）としては、５００ｎｍ近傍の光は透過し、６５０ｎｍ以上の光は反射するように形成されているものを備え、識別フィルタアレイ（６）としては、５００ｎｍ近傍の光は透過し、６５０ｎｍ以上の光に対しては透過分布が一様であるような色素材料により形成されているものが置かれる。
【００３０】
このようなダイクロイックミラー（１２）と識別フィルタアレイ（６）とが備えられていることにより、それぞれの読み出し光の進行を妨げることがないため、一つのシステムにおいて２つの読み出し光を用いてパターン認識を行うことができる。
また、光書き込み型二値空間光変調素子（１４）は、入力像を光学的に２値処理を施して二値画像として出力することができるものである。これにより、図３に示した光検出手段（９）において画像の２値化処理を行う必要がなくなるため、処理時間を短縮させることができる。
【００３１】
図５に例示したこの発明のシステムの動作を説明すると、まず、入力像（１５）が、反射型画像入力手段としての光書き込み型空間光変調素子（１３）に入力されて記録される。第１の読み出し光（１０）は、入力像（１５）が入力される方向とは逆の方向から平行光として第１のレンズアレイ（１）に照射され、第１のレンズアレイ（１）を形成する各レンズにより複数の読み出し光に分割される。分割された各読み出し光は、フーリエ変換レンズ（３）を透過し、ダイクロイックミラー（１２）を透過した後、光書き込み型空間光変調素子（１３）に集束し、記録されている入力像を複数の像に複製して読み出す。
【００３２】
次に、光書き込み型空間光変調素子（１３）から反射された入力像情報を含む第１の読み出し光は、ダイクロイックミラー（１２）とフーリエ変換レンズ（３）を再び透過して、識別フィルタアレイ（６）に記録さている各特徴量上に照射され、各読み出し光に含まれている各複製入力像と各特徴量との相関演算が行われる。そして、得られた相関結果は、多重相関像として第２のレンズアレイ（７）を透過する。
【００３３】
この多重相関像は、第２のレンズアレイ（７）を透過した後、光書き込み型光変調素子（８）に入射されて記録され、多重相関像の入射方向とは逆の方向から平行光として照射される第２の読み出し光（１１）により読み出される。読み出された多重相関像を含む第２の読み出し光（１１）は、第２のレンズアレイ（７）、識別フィルタアレイ（６）を透過し、さらにフーリエ変換レンズ（３）を再び透過した後、ダイクロイックミラー（１２）によって今度は反射される。そして、読み出し光に含まれている各相関像は、重畳されて一枚に合成され、識別されたパターン像として光書き込み型二値空間光変調素子（１４）上に得られる。なお、各相関像を一枚に合成するために必要な重みは、第１の読み出し光（１０）に対する重みマスクアレイ（２）により調整される。
【００３４】
識別されたパターン像は、光書き込み型二値空間光変調素子（１４）により二値処理が施されて二値画像の出力像（１６）として出力された後、図３に示した光検出手段（９）により電気信号として取り込まれ、適当な処理を施されて半導体記憶素子に記録される。
このようにして、この発明の多重相関を用いたパターン認識システムは、高速に正確にパターン認識を行うことができ、さらに少ない構成部品で構築することのできる。
実施例３
図６は、読み出し光として偏光を利用したこの発明の一実施例である多重相関を用いたパターン認識システムの要部構成図を例示したものである。
【００３５】
この図６の例においては、偏光を利用した場合に必要な偏光ビームスプリッタ（１７）と、光書き込み型非線形空間光変調素子（１８）とが備えられている。また反射型画像入力手段としては、図５の例と同様に、光書き込み型空間光変調素子（１３）が備えられており、さらに、偏光ビームスプリッタ（１７）と図３の光検出手段（９）との間には、図５の例と同様に、光書き込み型二値空間光変調素子（１４）が備えられている。その他の構成は図３に例示した形態と同じである。
【００３６】
なお、図７は、光書き込み型非線形空間光変調器（１８）の構造を拡大して例示した断面図である。この図７に例示されるように、光書き込み型非線形空間光変調器（１８）は、たとえば光の吸収特性が入射光強度と線形な関係にない非線形光吸収／透過材料（２０）をミラー（１９）と１／４波長板（２１）によって挟んだ構造を有している。
【００３７】
図６に例示したシステムでは、まず、偏光ビームスプリッタ（１７）が透過することのできる直線偏光である第１の読み出し光としての偏光読み出し光（２２）は、第１のレンズアレイ（１）により分割され、フーリエ変換レンズ（３）を透過した後、偏光ビームスプリッタ（１７）を透過して、光書き込み型空間光変調素子（１３）に記録されている入力像（１５）を複数に複製して読み出す。
【００３８】
入力像（１５）情報を含んだ偏光読み出し光（２２）は、反射されて、再び偏光ビームスプリッタ（１７）とフーリエ変換レンズ（３）を透過して、識別フィルタアレイ（６）に照射される。そして、相関演算が行われ、相関演算結果は第２のレンズアレイ（７）を透過して、多重相関像として光書き込み型非線形空間光変調器（１８）に照射される。
【００３９】
この光書き込み型非線形空間光変調器（１８）では、まず、多重相関像を含む偏光読み出し光（２２）が、図７に示した１／４波長板（２１）を透過することにより円偏光に変換される。変換された円偏光は、非線形光吸収／透過材料（２０）を透過し、ミラー（１９）によって反射され、再び非線形光吸収／透過材料（２０）を透過し、そして１／４波長板（２１）を再び透過することにより元の直線偏光と直交する直線偏光、つまり偏光ビームスプリッタ（１７）が反射する直線偏光に変換されて第２の読み出し光として出力される。
【００４０】
この多重相関像を含む第２の読み出し光としての偏光読み出し光は、再び第２のレンズアレイ（７）と、識別フィルタアレイ（６）と、フーリエ変換レンズ（３）とを透過した後、偏光ビームスプリッタ（１７）により今度は反射される。そして、各相関像が重畳されて合成された一枚の識別パターン像として光書き込み型二値空間光変調素子（１４）上に結像され、二値画像としての出力像（１６）が光検出手段に出力される。
【００４１】
このように、図６に例示したこの発明の多重相関を用いたパターン認識システムでは、光書き込み型非線形空間光変調素子（１８）により、偏光ビームスプリッタ（１７）が透過する直線偏光である偏光読み出し光を、元の直線偏光と直交する直線偏光、つまり偏光ビームスプリッタ（１７）が反射する直線偏光に変換することにより、一つの偏光読み出し光によりパターン認識を行うことができるため、第２の読み出し光を照射するための装置を必要としないため、システムをより容易に構成することができる。
【００４２】
なお、光書き込み型空間光変調素子（１３）は、入力像（１５）をそのまま入力する場合、偏光読み出し光の状態を変えずに光強度や位相を変調する機能を有している必要があるが、このような光書き込み型空間光変調素子（１３）としては、光導電膜をスイッチング手段として用い、スメクチック／ネマチック相変化を用いる相変化型液晶や、高分子の中にネマチック液晶や強誘電性液晶を分散させたポリマーネット液晶やポリマー分散液晶などを光変調材料として用いた光書き込み型空間光変調素子を用いることができる。また、入力像（１５）をポジネガ反転して入力する場合は、光導電膜をスイッチング手段として用い、ネマチック液晶や強誘電性液晶などを光変調材料を用いた光書き込み型液晶空間光変調器や、ＢＳＯなどの電気光学結晶を用いた光書き込み型空間光変調器を用いることができる。
実施例４
図８は、図６の例と同様に、読み出し光として偏光を利用したこの発明の一実施例である多重相関を用いたパターン認識システムの要部構成図を例示したものである。
【００４３】
図８の例においても、偏光を利用した場合に必要な偏光ビームスプリッタ（１７）と、反射型画像入力手段としての光書き込み型空間光変調素子（１３）が備えられており、さらに、偏光ビームスプリッタ（１７）と光検出手段との間には光書き込み型二値空間光変調素子（１４）が備えられている。
そして、この例の場合の特徴として、図６の例とは相違して、反射型空間光変調素子（２３）が設けられている。
【００４４】
図９は、この反射型空間光変調素子（２３）の構造を拡大して例示した断面図である。この図９に例示したように、反射型空間光変調素子（２３）は、たとえば識別フィルタとして必要な透過率分布および屈折率分布を持つ識別フィルタ記録材料（２４）を、ミラー（１９）と１／４波長板（２１）とにより挟んだ構造を有している。この識別フィルタ記録材料（２４）には、図３、図５または図６に例示した識別フィルタアレイ（６）のように、例えば、ある識別対象物体が持ち合わせている異なる特徴量が複数記録されている。
【００４５】
この反射型空間光変調素子（２３）では、光書き込み型空間光変調素子（１３）により反射されて偏光ビームスプリッタ（１７）とフーリエ変換レンズを透過した複製入力像を含む第１の読み出し光としての偏光読み出し光（２２）が入射されると、１／４波長板（２１）により円偏光に変換され、識別フィルタ記録材料（２４）を透過して、各特徴量との相関演算が行われる。演算結果として得られた多重相関像を含む円偏光は、ミラー（１９）によって反射されて、再び識別フィルタ記録材料（２４）および１／４波長板（２１）を透過して、元の直線偏光とは直交する直線偏光に変換される。この多重相関像を含む第２の読み出し光としての偏光読み出し光は、入射方向とは逆の方向に進行して、フーリエ変換レンズ（３）を再び透過し、今度は偏光ビームスプリッタ（１７）によって反射される。そして、各相関像が重畳されて合成された一枚の識別パターン像として光書き込み型二値空間光変調素子（１４）上に結像され、二値画像の出力像（１６）として光検出手段に出力される。出力像合成のための各相関像の重み付けは、読み出し光強度を調節している重みマスクアレイ（２）により調整できる。
【００４６】
このように、図８に例示したこの発明の多重相関を用いたパターン認識システムでは、図６のシステムにおける識別フィルタアレイ（６）と第２のレンズアレイ（７）と反射型空間光変調器（１８）とによる光学的処理を、一つの反射型空間光変調素子（２３）により行うことができる。このため、より少ない構成部品で容易にシステム構築することができる。
実施例５
この発明の多重相関を用いたパターン認識システムでは、前記の第１の読み出し光を複数に分割してフーリエ変換レンズに照射する分割照射手段として、レンズアレイとは異なる半導体レーザアレイを用いることができる。
【００４７】
図１０は、第１の読み出し光を照射するための第１の照射光学系にこの半導体レーザアレイを用いた場合の要部構成図を例示したものである。
この図１０において、半導体レーザアレイ（４０１）は、複数の半導体レーザにより形成されている。フーリエ変換レンズ（４０２）は、前記のフーリエ変換レンズ（３）と同一であり、半導体レーザアレイ（４０１）を構成する各半導体レーザの発光点は、このフーリエ変換レンズ（４０２）の前焦点面に配設されている。
【００４８】
この場合には、読み出し光をレンズアレイなどを用いて複数光に分割する必要がないために、光強度分布の補正などを行う必要がない。また、半導体レーザアレイ（４０１）の出力を調整することにより、複製入力像の光量を個別に調整できるために、複製像の均一化を行うことができる。このため、各複製像に対する相関演算毎の誤差を減少させることができ、より正確なパターン認識を行うことができる。
【００４９】
さらにまた、この半導体レーザアレイ（４０１）の出力を調整することにより、各多重相関像に対する重みを調整できるため、実施例１〜４のシステム（図３、図５、図６、および図８）における重みマスクアレイ（２）を省略することができ、さらに、第１のレンズアレイ（１）をも省略することができる。従って、より少ない構成部品によりこの発明の光情報処理システムを構築することができる。
実施例６
図１１は、第１の読み出し光を照射するための第１の照射光学系に半導体レーザアレイを用いた別の例の要部構成図を例示したものである。
【００５０】
半導体レーザアレイ（４０１）は、複数の半導体レーザにより形成されており、そして、この半導体レーザアレイ（４０１）のレーザ光進行方向前面にレンズアレイ（４０３）が備えられている。フーリエ変換レンズ（４０２）は、前記のフーリエ変換レンズ（３）と同一であり、またレンズアレイ（４０３）は前記の第１のレンズアレイ（１）と同一である。
【００５１】
この構成により、半導体レーザアレイ（４０１）から出射したレーザ光の広がり角をレンズアレイ（４０３）により調整することができ、光学条件の最適化を行うことができる。また、実施例５における図１０の第１の照射光学系と同様に、半導体レーザアレイ（４０１）の出力を調整することにより、各複製入力像の光量を個別に調整できるために複製像の均一化を行うことができ、さらに各多重相関像に対する重みを調整できるため、実施例１〜４のシステムにおける重みマスクアレイ（２）を省略することができる。
【００５２】
このため、より少ない構成部品により構築することができ、正確にパターン認識を行うことができる光情報処理システムが提供される。
実施例７
また、この発明では、図１２のように、相関像合成手段を構成する第２の読み出し光を照射するための第２の照射光学系に半導体レーザアレイ（４０１）を用いてもよい。このものは、複数の半導体レーザにより形成されている。レンズアレイ（４０３）と光書き込み型空間光変調素子（４０４）は、実施例１および２（図３および図５）のシステムにおける第２のレンズアレイ（７）と光書き込み型空間光変調素子（８）と同一である。ただ、光書き込み型空間光変調素子（４０４）は、水素化アモルファスシリコン光導電膜をスイッチング材料として用いたミラーを有していない光書き込み型液晶空間光変調素子やＢＳＯ電気光学結晶を用いた光書き込み型空間光変調器などの透過光で画像を読み出す透過型の空間光変調素子とする。
【００５３】
また、半導体レーザアレイ（４０１）とレンズアレイ（４０３）間の距離は、半導体レーザアレイ（４０１）により照射されてレンズアレイ（４０３）を透過した各レーザ光が、光書き込み型空間光変調素子（４０４）に対して平行光となるような位置、すなわち半導体レーザアレイ（４０１）を構成する各半導体レーザの発光点がレンズアレイ（４０３）の前焦点位置になるように調整されて設置されている。
【００５４】
この構成により、半導体レーザアレイ（４０１）の出力を調整することで、半導体レーザアレイ（４０１）により照射される第２の読み出し光により読み出される多重相関像の光量を均一化したり、また重み調整を行うことができるため、より正確なパターン認識を行うことができる。そして、より少ない構成部品によりこの発明のシステムを構築することができる。
実施例８
図１３は、反射型の空間光変調素子を第２の読み出し光を照射するための第２の照射光学系に用いた例を示したものである。
【００５５】
この図１３において、レンズアレイ（４０３）と光書き込み型空間光変調素子（４０４）と識別フィルタアレイ（４０７）は、実施例１および２（図３および図５）のシステムにおける第２のレンズアレイ（７）と光書き込み型空間光変調素子（８）と識別フィルタアレイ（６）と同一である。ただ、光書き込み型空間光変調素子（４０４）は、反射型の空間光変調素子である。
【００５６】
そして、この例の第２の照射光学系では、平面ハーフミラー（４０５）と半導体レーザ（４０６）とにより１つの照射ユニットが構成されており、この照射ユニットがレンズアレイ（４０３）の各レンズそれぞれに対応した位置に複数アレイ状に配置されている。
これら各照射ユニットは、まず半導体レーザ（４０６）より出射された第２の読み出し光としてのレーザ光が、平面ハーフミラー（４０５）で反射され、レンズアレイ（４０３）を構成する各レンズで平行光にコリメートされる。この平行光となった読み出しレーザ光は、反射型空間光変調素子である光書き込み型空間光変調素子（４０４）の多重相関像が記憶されている各部分にそれぞれ照射されて各相関像を読み出し、反射される。そして、この反射された読み出しレーザ光は、平面ハーフミラー（４０５）を透過して進行する。このようにして、この第２の照射光学系により第２の読み出し光を照射して、多重相関像を読み出す。
【００５７】
図１４は、この第２の照射光学系を構成する照射ユニットの構造の一例を拡大して例示したものである。たとえばこの図１４に示したように、半導体レーザ（４０６）と平面ハーフミラー（４０５）、およびレンズ（４０８）は、支持台（４０９）に一体に取り付けられており、半導体レーザ（４０６）からのレーザ光がレンズ（４０８）を通して平行光となるようにあらかじめ調整されて配設されている。
【００５８】
以上の照射ユニットの複数によって構成される第２の照射光学系では、光書き込み型空間光変調器（４０４）が反射型である場合において、第２の読み出し光を照射して多重相関像を読み出すことができ、また、各半導体レーザの出力を調整することによって、多重相関像の光量を均一化したり、また重み調整を行うことができるため、より正確なパターン認識を行うことができる。そして、より少ない構成部品によりこの発明のシステムを構築することができる。
【００５９】
なお、実施例７の図１２に例示した第２の照射光学系との違いは、システムに設置されている光書き込み型空間光変調素子（４０４）が透過型であるか、反射型であるかの違いであり、多重相関像の光量の均一化や重み調整をこの半導体レーザの出力調整で行うことができる点は同じである。
実施例９
図１５は、書き込み型空間光変調素子として反射型の空間光変調素子を用いた場合の、第２の読み出し光を照射するための第２の照射光学系の別の例を示したものである。
【００６０】
この図１５の例においては、光書き込み型空間光変調素子（４０４）は、反射型の空間光変調素子であって、しかも、凹面ハーフミラー（４１０）と半導体レーザ（４０６）とにより１つの照射ユニットを構成している。そして、照射ユニットは、レンズアレイ（４０３）の各レンズそれぞれに対応した位置に複数アレイ状に配置されている。
【００６１】
各照射ユニットでは、まず半導体レーザ（４０６）より出射された第２の読み出し光としてのレーザ光が、凹面ハーフミラー（４１０）で反射されると同時に平行光にコリメートされる。この平行光となった読み出しレーザ光は、反射型空間光変調素子である光書き込み型空間光変調素子（４０４）の多重相関像が記憶されている各部分にそれぞれ照射されて各相関像を読み出し、反射される。そして、この反射された読み出しレーザ光は、前記凹面ハーフミラー（４１０）を透過し、そしてレンズアレイ（４０３）と識別フィルタ（４０７）を透過して進行する。このようにして、この第２の照射光学系により第２の読み出し光を照射して、多重相関像を読み出す。
【００６２】
図１６は、この照射ユニットの構造の一例を拡大して例示したものである。この図１６において、半導体レーザ（４０６）と凹面ハーフミラー（４１０）とは、支持台（４０９）に一体に取り付けられており、半導体レーザ（４０６）からのレーザ光が凹面ハーフミラー（４１０）で反射されて平行光となるようにあらかじめ調整されて配設されている。
【００６３】
以上の例からなる第２の照射光学系により、光書き込み型空間光変調器（４０４）が反射型である場合において、第２の読み出し光を照射して多重相関像を読み出すことができ、また、各半導体レーザの出力を調整することによって、多重相関像の光量を均一化したり、また重み調整を行うことができるため、より正確なパターン認識を行うことができる。そして、さらに少ない構成部品によりこの発明のシステムを構築することができる。
実施例１０
この発明の多重相関を用いたパターン認識システムでは、たとえば以上のとおりの例で多重相関演算を行ってパターン認識を行うことを特徴としているが、図３に示した、出力像を記録する光検出手段（９）の点においても新しい方策を提供する。それが、画像並列光入力装置である。そこで、以下、この発明の画像並列光入力装置についてさらに詳しく説明する。
【００６４】
図１７は、この発明の画像並列光入力装置の要部構成の一例を示したものである。この図１７において、（５０１）は画像切替手段、（５０２）は第１の空間光変調素子、（５０３）は第１の画像分離手段、（５０４）は第２の空間光変調素子、（５０５）は第３の空間光変調素子、（５０６）は第２の画像分離手段、（５０７）は強度可変反転手段、（５０８）は画像合成手段、（５０９）は画像光前処理部、（５１０）は受光記録部である。
【００６５】
この図１７に例示したこの発明の画像並列光入力装置の例では、例えば、画像切替手段（５０１）としては、画像光前処理部に入力される画像の通過／遮断を切り換えるためのシャッタと、画像光前処理部内部でフィードバックされる画像の通過／遮断を切り換えるためのシャッタと、通過された画像を第１の空間光変調素子（５０２）へ導くためのビームスプリッタなどが備えられる。また、画像分離手段（５０３）（５０６）としては、入力画像情報を含む光を２つの光束に分離するためのビームスプリッタなどが備えられ、強度可変反転手段（５０７）として、ポジネガ反転のための検光子や、強度調整のための可変ＮＤフィルタなどが備えられる。さらにまた、画像合成手段（５０８）としては、ミラーやレンズなどが備えられる。各空間光変調素子に書き込まれている画像を読み出すための光を照射するための半導体レーザなどからなる照射光学系が備えられ、そして図１８に例示したような受光記録部（５１０）が備えられている。
【００６６】
受光記録部（５１０）を例示した要部構成図である図１８（ａ）は、電気信号増幅手段としてシュミットトリガーが備えられている１画素に対応する受光画素の構成図であり、図１８（ｂ）は、電気信号増幅手段としてバッファが備えられている１画素に対応する受光画素の構成図であり、図１８（ｃ）は、全画素に対応する受光画素の構成図である。
【００６７】
受光記録部（５１０）は、例えば、受光素子（５１１）とシュミットトリガー（５１２）とシフトレジスタ（５１３）と半導体記憶素子（５１４）とが順に配列されてなる受光画素（５１８）が２次元配列されて、さらに各受光画素（５１８）間には、信号線（５１６）とアドレス線（５１７）とが接続されて構成されているようにすることができる。
【００６８】
そこで、以上の画像並列光入力装置の動作について詳しく説明すると、まず、図１９は、図１７に例示したこの発明の画像並列光入力装置に用いられている第１の空間光変調素子と第３の空間光変調素子の各フィードバックごとの入出力特性を示した入力光強度と出力光強度との関系図であり、図１９（ａ）（ｂ）（ｃ）は、各々、１回目、２回目、３回目のフィードバックに対する第１の空間光変調素子（５０２）の入出力特性を示したものであり、図１９（ｄ）（ｅ）（ｆ）は、各々、１回目、２回目、３回目のフィードバックに対する第３の空間光変調素子（５０６）の入出力特性を示したものである。
【００６９】
まず、ｎビット目のデータを得るために、画像切替手段（５０１）を介して第１の空間光変調素子（５０２）に入力されるこの発明の多重相関を用いたパターン認識システムにおける相関像合成手段からの識別パターン画像の光強度をＩ₁(ｎ）、その時の第１の空間光変調素子（５０２）からの出力光強度をＯ₁(ｎ）、また第２の空間光変調素子（５０４）に入力される画像の光強度をＩ₂(ｎ）、その時の第２の空間光変調素子（５０４）からの出力光強度をＯ₂(ｎ）、また第３の空間光変調素子（５０５）に入力される画像の光強度をＩ₃(ｎ）、その時の第３の空間光変調素子（５０５）からの出力光強度をＯ₃(ｎ）とする。
【００７０】
また、第１の空間光変調素子（５０２）に入力される識別パターン画像データの光強度をデジタル化するときの最大光強度をＩ₁(１）_maxとし、その時の第１の空間光変調素子（５０２）の出力をＯ₁(１）_maxとする。そしてｎビット目のデータを得るためのフィードバックを示すために、その時の第１の空間光変調素子（５０２）に入力される画像データの光強度をデジタル化するときの最大光強度をＩ₁(ｎ）_maxとし、その時の第１の空間光変調素子（５０２）の出力をＯ₁(ｎ）_maxとする。第１の空間光変調素子（５０２）にこのＩ₁(ｎ）_maxの光が入力されたときに、第２の空間光変調素子（５０４）に入力される光の強度をＩ₂(ｎ）_max、その時の第２の空間光変調素子（５０４）の出力光強度をＯ₂(ｎ）_max、また第３の空間光変調素子（５０５）に入力される光の強度をＩ₃(ｎ）_max、その時の第３の空間光変調素子（５０５）の出力光強度をＯ₃(ｎ）_maxとする。
【００７１】
なお、ここで、この発明の動作説明の簡略化のために、画像切替手段（５０１）と第１の画像分離手段（５０３）と第２の画像分離手段（５０６）と画像合成手段（５０８）とによる画像強度の変化がないものと仮定する。このように仮定してもこの発明の装置の動作は基本的に変わりがない。
この仮定により、Ｉ₂(ｎ）_max＝Ｏ₁(ｎ）_max、Ｉ₃(ｎ）_max＝Ｏ₁(ｎ）_maxとなる。また、第１の空間光変調素子（５０２）および第２の空間光変調素子（５０４）の入出力特性が線形で且つ傾きが１である場合は、Ｉ₁(ｎ）_max＝Ｏ₁(ｎ）_max＝Ｉ₂(ｎ）_max＝Ｏ₂(ｎ）_max＝Ｉ₃(ｎ）_maxとなる。
【００７２】
そこで、この発明の光情報処理システムの相関像合成手段からの識別パターン像が、画像切替手段（５０１）を介して、図１９（ａ）に示されるような線型な入出力特性を有する第１の空間光変調素子（５０２）に書き込まれる場合、画像切替手段（５０１）により、第１の空間光変調素子（５０２）に書き込まれた識別パターン画像は、第１の画像分離手段（５０３）に入力され、２つの画像に分離される。そして、分離された２つの識別パターン画像のうちの一つが、感度可変の二値空間光変調素子である第３の空間光変調素子（５０５）に書き込まれ、閾値θ＝Ｉ₃(１）_max／２で二値化処理されて二値化画像に変換される。この時の第３の空間光変調素子（５０５）の入出力特性は、図１９（ｄ）に示されるように、閾値θ＝Ｉ₃(１）_max／２でステップ状に非線形な変化をする。そして、この二値化画像は、第２の画像分離手段（５０６）に入力され、２つの画像に分離され、分離された２つの二値化画像のうちの一つが、受光記録部（５１０）に入力される。この二値化画像は、第３の空間光変調素子（５０５）において、前記の図１９（ｄ）のように、閾値θでステップ状に非線形変化する二値に変換されて出力されているため、まず、デジタル変換されたデータの最上位ビットの０、１を得ることができ、強度が１ビットのデジタルデータになる。
【００７３】
次に、第１の画像分離手段（５０３）により分離されたもう一方の識別パターン画像は、第２の空間光変調素子（５０４）に書き込まれ、画像合成手段（５０８）に入力される。また、第２の画像分離手段（５０６）により分離されたもう一方の二値化画像は、強度可変反転手段（５０７）によりポジネガ反転され、適切な光強度に調整されて、二値のポジネガ反転画像に変換された後、画像合成手段（５０８）に入力される。この二値ポジネガ反転画像の適切な光強度は、Ｏ₂(１）_max／２である。そして、画像合成手段（５０８）によりこの二値ポジネガ反転画像と二値化画像との和が取られて第１の和画像となる。この第１の和画像は、画像切替手段（５０１）を介して第１の空間光変調素子（５０２）に書き込まれる。この時、画像切替手段（５０１）により、この発明の光情報処理システムにおける相関像合成手段からの入力識別パターン画像はブロックされ、和画像のみが第１の空間光変調素子（５０２）に入力される。この時の第１の空間光変調素子（５０２）の入出力特性は、図１９（ｂ）に示されるように、最初の識別パターン像の光強度の低い部分にのみ適度な一定の光強度が加わったノコギリ状の波形になる。その後、第１の空間光変調素子（５０２）に書き込まれた和画像は、第１の画像分離手段（５０３）に入力され、再び２つの画像に分離される。そして、分離された２つの和画像のうちの一つが、第３の空間光変調素子（５０５）に書き込まれ、二値化閾値θ＝（３／４）Ｉ₃(２）_maxで二値化画像に変換される。この二値化閾値θ＝（３／４）Ｉ₃(２）_maxは、図１９（ｂ）に示されるノコギリ状の波形の中心の光強度に相当し、この時の第３の空間光変調素子（５０５）の入出力特性は、図１９（ｅ）に示されるように、閾値θ＝（３／４）Ｉ₃(２）_maxでステップ状に非線形な変化をする。そして、この二値化画像は第２の画像分離手段（５０６）に入力され、再度２つの画像に分離される。
【００７４】
そして、分離された２つの二値化画像のうちの一つが、受光記録部（５１０）に入力される。この二値化画像は、最初に入力された識別パターン画像の複製画像が基となっているために、第３の空間光変調素子（５０５）において、前記の図１９（ｅ）のような二値に変換されて出力されているため、先に得られたデジタルデータの最上位ビットの次位のビットデータ、つまり、２ビット目のデジタルデータが得られる。
【００７５】
さらに、３ビット目のデジタルデータを得る場合でも、同様にして、二値化画像が強度可変反転手段（５０７）により適切な光強度Ｏ₂(２）_max／４に調整された二値ポジネガ反転画像に変換され、画像合成手段（５０８）により第１の和画像のもう一方の分離和画像との和が取られて、第２の和画像が得られる。そして、この第２の和画像は、画像切替手段（５０１）とを介して第１の空間光変調素子（５０２）に書き込まれる。この時の第１の空間光変調素子（５０２）の入出力特性は、図１９（ｃ）に示されるように、第１の和画像の光強度の低い２ヵ所にのみ適度な一定の光強度が加わったさらに刃の数が多くなったノコギリ状の波形になる。そして、この第２の和画像は、第１の画像分離手段（５０３）を通り、第３の空間光変調素子（５０５）により二値化閾値θ＝（７／８）Ｉ₃(３）_maxで二値化画像となる。この二値化閾値θ＝（７／８）Ｉ₃(３）_maxは、図１９（ｃ）に示されるノコギリ状の波形の中心の光強度に相当し、この時の第３の空間光変調素子（５０５）の入出力特性は、図１９（ｆ）に示されるように、閾値θ＝（７／８）Ｉ₃(３）_maxでステップ状に非線形な変化をする。そして、この二値化画像は、第２の画像分離手段（５０６）を通って、受光記録部（５１０）に入力される。この二値化画像は、第１の和画像が基となっているために、第３の空間光変調素子（５０５）において、前記の図１９（ｆ）のような二値に変換されて出力されているため、先に得られたデジタルデータの次位のビットデータ、つまり３ビット目のデジタルデータが得られる。
【００７６】
この時も、第１の画像分離手段（５０３）と第２の画像分離手段（５０６）とによりそれぞれ和画像と二値化画像の分離画像が得られ、次ビット目のデジタルデータを得る時にそれら分離画像が使われる。
このようにして、このフィードバックをｎ回繰り返すことにより、入力された２次元の識別パターン画像データを、ｎビットの２次元デジタル画像データとして得ることができる。
【００７７】
なお、ｎビット目の画像データを得る時の二値ポジネガ反転画像の光強度はＯ₂(ｎ−１）_max／２^n-1であり、２値化の閾値θはΣ_m=1 ⁿ[ Ｉ₃(ｎ) _max／２^m］である。
この二値化された画像データは、時間的なシリアルデータとして光強度がｎビットで表現されており、一画素ごとに、図１８に示した受光記録部を構成する各受光画素（５１８）において、受光素子（５１１）により光信号を電気信号に変換され、さらにシュミットトリガー（５１２）またはバッファ（５１５）により増幅されて、シフトジスタ（５１３）に入力され、時間的なシリアルデータがｎビット並列データに変換された後、半導体記憶素子（５１４）に記録される。各受光画素（５１８）におけるこの処理は並列に行われて、ｎビットの２次元デジタル画像データが記録される。
【００７８】
このようにして２次元配列された各受光画素（５１８）に記憶されたｎビットの画像データは、アドレス線（５１７）で同期された状態で、信号線（５１６）を介して、コンピュータ等の外部データ処理装置に転送され、画像処理が施される。
たとえば以上のような画像並列光入力装置がこの発明の多重相関を用いたパターン認識システムにおいて光検出手段として備えられていることにより、システム全体の処理時間、つまりパターンが像を識別してから半導体記憶素子に記憶するまでの処理を非常に高速に行うことができる。
実施例１１
図２０は、図１７に対応する画像並列光入力装置の構成例を示したものである。
【００７９】
この図２０の例においては、画像切替手段として、第１のレンズ（６０２）と第１のシャッター（６０３）と第１のビームスプリッタ（６０４）とが順に備えられており、さらに第１のビームスプリッタ（６０４）へのもう一方の光経路に第２のシャッター（６２２）が備えられている。
第１のビームスプリッタ（６０４）の後方には第１の空間光変調素子（６０５）が配置されており、この第１の空間光変調素子（６０５）に対する読み出し光を照射するために、第２のビームスプリッタ（６０６）と第１の偏光子（６０９）と第１のコリメータレンズ（６０８）と第１の半導体レーザ（６０７）とからなる照射光学系が第１の空間光変調素子（６０５）の読み出し側に備えられている。
【００８０】
その後方には第１の検光子（６１０）が備えられ、さらに第１の画像分離手段として、第２のレンズ（６１１）と第３のビームスプリッタ（６１２）とが順に備えられている。
この第３のビームスプリッタ（６１２）による２つの光経路のうちの一方の光経路に、第３の空間光変調素子（６２３）が備えられており、この第３の空間光変調素子（６２３）に対する読み出し光を照射するために、第６のビームスプリッタ（６２７）と第３の偏光子（６２６）と第３のコリメータレンズ（６２５）と第３の半導体レーザ（６２４）とからなる照射光学系が第３の空間光変調素子（６２３）の読み出し側に備えられている。
【００８１】
その後方には第２の画像分離手段として、第４のレンズ（６２８）と第７のビームスプリッタ（６２９）とが順に備えられている。
この第７のビームスプリッタ（６２９）による２つの光経路のうちの一方の光経路に、第４の検光子（６３３）が、そしてその後方に受光記録部（６３４）が配置されている。
【００８２】
また、前記の第３のビームスプリッタ（６１２）による２つの光経路のうちのもう一方の光経路には、第２の空間光変調素子（６１３）が配置され、この第２の空間光変調素子（６１３）に対する読み出し光を照射するために、第４のビームスプリッタ（６１７）と第２の偏光子（６１６）と第２のコリメータレンズ（６１５）と第２の半導体レーザ（６１４）とからなる照射光学系が第２の空間光変調素子（６１３）の読み出し側に備えられている。
【００８３】
その後方には第２の検光子（６１８）が備えられている。
前記の第７のビームスプリッタ（６２９）による２つの光経路のうちのもう一方の光経路には、強度可変反転手段として、第３の検光子（６３０）と可変ＮＤフィルタ−（６３１）とが順に配置されてもいる。
さらに、第７のビームスプリッタ（６２９）の光経路上、可変ＮＤフィルター（６３１）の後方には、第２のミラー（６３２）が、また第３のビームスプリッタ（６１２）の光経路上、第２の検光子（６１８）の後方には、第５のビームスプリッタ（６１９）が備えられており、これら第２のミラー（６３２）と第５のビームスプリッタ（６１９）により方向変換されて同一経路となった光経路上に第３のレンズ（６２０）と第１のミラー（６２１）とが備えられている。これら第２のミラー（６３２）と第５のビームスプリッタ（６１９）と第３のレンズ（６２０）と第１のミラー（６２１）とは画像合成手段を構成するものとして備えられている。
【００８４】
この図２０に例示されている画像並列光入力装置の動作について以下に説明する。
なお、ｎビット目のデータを得るために、この発明の光情報処理システムにおける相関像合成手段から第１の空間光変調素子（６０５）に入力される識別パターン画像の光強度をＩ₁(ｎ）、その時の第１の空間光変調素子（６０５）からの出力光強度をＯ₁(ｎ）、また第２の空間光変調素子（６１３）に入力される画像の光強度をＩ₂(ｎ）、その時の第２の空間光変調素子（６１３）からの出力光強度をＯ₂(ｎ）、また第３の空間光変調素子（６２３）に入力される画像の光強度をＩ₃(ｎ）、その時の第３の空間光変調素子（６２３）からの出力光強度をＯ₃(ｎ）とする。
【００８５】
また、第１の空間光変調素子（６０５）に入力される識別パターン画像の光強度をデジタル化するときの最大光強度をＩ₁(１）_maxとし、その時の第１の空間光変調素子（６０５）の出力光強度をＯ₁(１）_maxとする。そして、ｎビット目のデータを得るためのフィードバックを示すために、その時の第１の空間光変調素子（６０５）に入力される画像データの光強度をデジタル化するときの最大光強度をＩ₁(ｎ）_maxとし、その時の第１の空間光変調素子（６０５）の出力光強度をＯ₁(ｎ）_maxとする。第１の空間光変調素子（６０５）にこのＩ₁(ｎ）_maxの光が入力されたときに、第２の空間光変調素子（６１３）に入力される画像の光強度をＩ₂(ｎ）_max、その時の第２の空間光変調素子（６１３）からの出力光強度をＯ₂(ｎ）_max、また第３の空間光変調素子（６２３）に入力される画像の光強度をＩ₃(ｎ）_max、その時の第３の空間光変調素子（６２３）からの出力光強度をＯ₃(ｎ）_maxとする。
【００８６】
また、たとえば、この図２０に示した装置では、Ｉ₁(１）_maxとＩ₃(１）_maxとの関係は、
【００８７】
【数１】

と表すことができる。ここで、αは、第１の空間光変調素子（６０５）の入出力特性の傾き、第１の半導体レーザ（６０７）の強度、第１の偏光子（６０９）の透過率、第１の検光子（６１０）の透過率等に依存する係数であり、βは、第２のビームスプリッタ（６０６）の透過率と第２のレンズ（６１１）の透過率との積である。
【００８８】
まず、この発明の光情報処理システムにおける相関像合成手段からの２次元の識別パターン画像（６０１）は、第１のシャッター（６０３）がオープン、第２のシャッター（６２２）がクローズの状態で、第１のレンズ（６０２）により、第１のシャッター（６０３）と第１のビームスプリッタ（６０４）を介して第１の空間光変調素子（６０５）に結像され、書き込まれる。この第１の空間光変調素子（６０５）の入出力特性は線形である。
【００８９】
第１の空間光変調素子（６０５）に書き込まれた識別パターン画像は、第１の半導体レーザ（６０７）から出射され、第１のコリメータレンズ（６０８）で平行光にコリメートされ、第１の偏光子（６０９）で直線偏光成分のみにされた読み出し光により読み出される。この読み出された識別パターン画像は、第１の偏光子（６０９）に対して偏光軸が９０度回転した偏光軸をもつ第１の検光子（６１０）を透過することにより光強度画像となる。
【００９０】
この光強度画像となった識別パターン画像は、第２のレンズ（６１１）を透過し、第３のビームスプリッタ（６１２）により２光束に分離されて、それぞれの光経路上に備えられている第２の空間光変調素子（６１３）と第３の空間光変調素子（６２３）とに結像されて、書き込まれる。
入力画像を適当な閾値で２値化することのできる閾値デバイスである第３の空間光変調素子（６２３）に書き込まれた識別パターン画像は、この第３の空間光変調素子（６２３）によりその光強度について二値化された画像に変換される。この時の二値化閾値θはＩ₃(１）_max／２である。
【００９１】
第３の空間光変調素子（６２３）による二値化画像は、第３の半導体レーザ（６２４）から出射され、第３のコリメータレンズ（６２５）で平行光にコリメートされ、第３の偏光子（６２６）で直線偏光成分のみにされた読み出し光により読み出される。
この読み出された二値化画像は、第４のレンズ（６２８）を透過し、第７のビームスプリッタ（６２９）により２光束に分離され、それぞれの光経路を進行する。そして、その一方が、第４の検光子（６３３）を透過して、受光記録部（６３４）に入力され、光強度がデジタル変換された２次元識別パターン画像データの最上位ビットが得られる。
【００９２】
次に、第３のビームスプリッタ（６１２）により分離されたもう一方の識別パターン画像は、第２の空間光変調素子（６１３）に書き込まれ、第３の半導体レーザ（６２４）から出射され、第３のコリメータレンズ（６２５）で平行光にコリメートされ、第３の偏光子（６２６）で直線偏光成分のみにされた読み出し光により読み出される。読み出された画像は、第２の検光子（６１８）を透過し、第５のビームスプリッタ（６１９）により第３のレンズ（６２０）に照射される。
【００９３】
また、第７のビームスプリッタ（６２９）により分離されたもう一方の二値化画像は、第３の偏光子（６２６）と同じ方向に偏光軸がくるように設置された第３の検光子（６３０）を透過し、ポジネガ反転画像に変換される。さらにこのポジネガ反転画像は、可変ＮＤフィルター（６３１）を透過して、光強度が変化されて、強度可変の二値ポジネガ反転画像となる。この時の二値ポジネガ反転画像の光強度は、γ／２である。このγは、第６のビームスプリッタ（６２７）の反射率と第７のビームスプリッタ（６２９）の透過率との積である。これらのビームスプリッタの反射率と透過率がそれぞれ等しい場合はγ＝１である。この二値ポジネガ反転画像は、第２のミラー（６３２）により第３のレンズ（６２０）に照射される。
【００９４】
そして、第３のレンズ（６２０）において、第２の空間光変調素子（６１３）からの識別パターン画像と二値ポジネガ反転画像とが重ね合わされ、第１の和画像が得られる。この和画像は、第１のミラー（６２１）により方向が変えられ、第２のシャッタ（６２２）と第１のビームスプリッタ（６０４）を介して、再度第１の空間光変調素子に書き込まれる。この時の第１のシャッタ（６０３）はクローズ、第２のシャッタ（６２２）はオープンの状態にされているため、第１のレンズ（６０２）からの画像は入力されず、第１の和画像のみが入力されるようになっている。
【００９５】
第１の空間光変調素子（６０５）に書き込まれた第１の和画像は、前記と同様にして読み出され、第１の検光子（６１０）と第２のレンズ（６１１）と第３のビームスプリッタ（６１２）とを介して、第３の空間光変調素子（６２３）に書き込まれる。この第１の和画像は、第３の空間光変調素子（６２３）により、最初に識別パターン画像を二値化したときの閾値よりも高い閾値で二値化される。この時の二値化閾値θは、（３／４）Ｉ₃（２）_maxである。
【００９６】
そして、この二値化画像は、前記と同様にして読みだされ、第４のレンズ（６２８）と第７のビームスプリッタ（６２７）と第４の検光子（６３３）を介して、受光記録部（６３４）に入力され、光強度がデジタル変換された２次元識別パターン画像データの最上位ビットの次位のビットデータ、つまり２ビット目のデジタルデータが得られる。
【００９７】
同様にして、このようなフィードバックを繰り返すことにより、入力された２次元の識別パターン画像データを、ｎビットの２次元デジタル画像データとして得ることができる。
このようにして得られたｎビットのデジタル画像データは、図１８に例示したような構成を有する受光記録部（６３４）によって、半導体記憶素子（５１４）に記録される。
【００９８】
この図２０に例示したこの発明の画像並列光入力装置は、この発明の多重相関を用いたパターン認識システムにおける相関像合成手段から入力される識別パターン画像に対する２次元／１次元変換およびＡ／Ｄ変換処理をすべて光学系により行うことができるため、非常に短時間で入力画像情報を半導体記憶素子に記憶することができる。
【００９９】
従って、この発明の多重相関を用いたパターン認識システム全体、つまりパターン画像を識別してから半導体記憶素子に記憶するまでの処理を非常に高速に行うことができる。
もちろん、この発明は、以上の例示によって何ら限定されるものではない。その細部の態様として様々に可能である。
【０１００】
【発明の効果】
以上詳しく説明した通り、この発明の多重相関を用いたパターン認識システムによって、多重光学系の構成部品点数を削減しながらも、パターン認識を精度良く、高速に行うことのできる新しい光情報処理システムが提供される。部品点数が削減されることにより、精密調整が容易となり、システムの構築も簡易化し、さらには、コストの低減も図れる。
【０１０１】
また、この発明の多重相関を用いたパターン認識システムにおける光検出手段である画像並列光入力装置によって、２次元／１次元変換とＡ／Ｄ変換に必要な処理時間が非常に短縮することができ、従って、多重相関を用いたパターン認識システム全体、つまりパターン画像を識別してから半導体記憶素子に記憶するまでの処理を非常に高速に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）は、従来のパターン認識用の光情報処理システム説明図である。
【図２】（ａ）（ｂ）は、従来の多重相関光学系を用いた光情報処理システムを例示した要部構成図である。
【図３】この発明の多重相関を用いたパターン認識システムの実施例を示した要部構成図である。
【図４】浜中らによる多重結像光学系を例示した要部構成図である。
【図５】波長の異なる２つの読み出し光を利用したこの発明の実施例である多重相関を用いたパターン認識システムを例示した要部構成図である。
【図６】読み出し光として偏光を利用したこの発明の実施例である多重相関を用いたパターン認識システムを例示した要部構成図である。
【図７】図６における光書き込み型非線形空間光変調器の構造を拡大して例示した断面図である。
【図８】読み出し光として偏光を利用したこの発明の別の実施例である多重相関を用いたパターン認識システムを例示した要部構成図である。
【図９】図８における反射型空間光変調素子の構造を拡大して例示した断面図である。
【図１０】この発明の多重相関を用いたパターン認識システムにおける第１の照射光学系の一例を示した要部構成図である。
【図１１】この発明の多重相関を用いたパターン認識システムにおける第１の照射光学系の別の例を示した要部構成図である。
【図１２】この発明の多重相関を用いたパターン認識システムにおいて光書き込み型空間光変調素子として透過型の空間光変調素子を用いた場合の第２の照射光学系の一例を示した要部構成図である。
【図１３】この発明の多重相関を用いたパターン認識システムにおいて光書き込み型空間光変調素子として反射型の空間光変調素子を用いた場合の第２の照射光学系の一例を示した要部構成図である。
【図１４】図１３の第２の照射光学系を構成する照射ユニットを拡大して例示した拡大構成図である。
【図１５】この発明の多重相関を用いたパターン認識システムにおいて光書き込み型空間光変調素子として反射型の空間光変調素子を用いた場合の第２の照射光学系の別の例を示した要部構成図である。
【図１６】図１５の第２の照射光学系を構成する照射ユニットを拡大して例示した拡大構成図である。
【図１７】この発明の画像並列光入力装置の一例を示した要部構成図である。
【図１８】この発明の画像並列光入力装置における受光記録部の構成を例示した要部構成図であり、（ａ）は、電気信号増幅手段としてシュミットトリガーが備えられている１画素に対応する受光画素の構成図であり、（ｂ）は、電気信号増幅手段としてバッファが備えられている１画素に対応する受光画素の構成図であり、（ｃ）は、全画素に対応する受光画素の構成図である
【図１９】図１７に例示したこの発明の画像並列光入力装置に用いられる第１の空間光変調素子と第２の空間光変調素子の各フィードバックごとの入出力特性を示した入力光強度と出力光強度との関係図であり、（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は各々１回目、２回目、３回目のフィードバックに対する第１の空間光変調素子の入出力特性を示したものであり、（ｄ）、（ｅ）、（ｆ）は各々１回目、２回目、３回目のフィードバックに対する第２の空間光変調素子の入出力特性を示めしたものである。
【図２０】この発明の画像並列光入力装置の具体的構成を例示した要部構成図である。
【符号の説明】
１第１のレンズアレイ
２重みマスクアレイ
３フーリエ変換レンズ
４光分岐手段
５反射型画像入力手段
６識別フィルタアレイ
７第２のレンズアレイ
８光書き込み型空間光変調素子
９光検出手段
１０第１の読み出し光
１１第２の読み出し光
１２ダイクロイックミラー
１３光書き込み型空間光変調素子
１４光書き込み型二値空間光変調素子
１５入力像
１６出力像
１７偏光ビームスプリッタ
１８光書き込み型非線形空間光変調素子
１９ミラー
２０非線形光吸収／透過材料
２１１／４波長板
２２偏光読み出し光
２３反射型空間光変調素子
２４識別フィルタ記録材料
１０１入力面
１０２第１のフーリエ変換レンズ
１０３識別フィルタ
１０４第２のフーリエ変換レンズ
１０５光検出器
２０１入力像
２０２結像レンズ
２０３第１の空間光変調素子
２０４レンズ
２０５第１のレンズアレイ
２０６第２の空間光変調素子
２０７第１のフーリエ変換レンズアレイ
２０８識別フィルタアレイ
２０９第２のフーリエ変換レンズアレイ
２１０第１の非線形応答を持つ空間光変調素子
２１１第１の重みマスクアレイ
２１２第２の非線形応答を持つ空間光変調素子
２１３第２の重みマスクアレイ
２１４第３の非線形応答を持つ空間光変調素子
３０１第１のレンズアレイ
３０２フーリエ変換レンズ
３０３空間光変調素子
３０４第２のレンズアレイ
３０５多重結像面
３０６読み出し光
４０１半導体レーザアレイ
４０２フーリエ変換レンズ
４０３レンズアレイ
４０４光書き込み型空間光変調素子
４０５平面ハーフミラー
４０６半導体レーザ
４０７識別フィルタアレイ
４０８レンズ
４０９支持台
４１０凹面ハーフミラー
５０１画像切替手段
５０２第１の空間光変調素子
５０３第１の画像分離手段
５０４第２の空間光変調素子
５０５第３の空間光変調素子
５０６第２の画像分離手段
５０７強度可変反転手段
５０８画像合成手段
５０９画像光前処理部
５１０受光記録部
５１１受光素子
５１２シュミットトリガー
５１３シフトレジスタ
５１４メモリ
５１５バッファ
５１６信号線
５１７アドレス線
５１８受光画素
６０１識別パターン像
６０２第１のレンズ
６０３第１のシャッタ
６０４第１のビームスプリッタ
６０５第１の空間光変調素子
６０６第２のビームスプリッタ
６０７第１の半導体レーザ
６０８第１のコリメータレンズ
６０９第１の偏光子
６１０第１の検光子
６１１第２のレンズ
６１２第３のビームスプリッタ
６１３第２の空間光変調素子
６１４第２の半導体レーザ
６１５第２のコリメータレンズ
６１６第２の偏光子
６１７第４のビームスプリッタ
６１８第２の検光子
６１９第５のビームスプリッタ
６２０第３のレンズ
６２１第１のミラー
６２２第２のシャッタ
６２３第３の空間光変調素子
６２４第３の半導体レーザ
６２５第３のコリメータレンズ
６２６第３の偏光子
６２７第６のビームスプリッタ
６２８第４のレンズ
６２９第７のビームスプリッタ
６３０第３の検光子
６３１可変ＮＤフィルタ
６３２第２のミラー
６３３第４の検光子
６３４受光記録部
６３５第５の検光子[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a pattern recognition system using multiple correlation. More specifically, the present invention provides a new optical information processing system that can be easily constructed, can perform pattern recognition with high accuracy, and can store input image information in a semiconductor memory element in a short time. It is related with the image parallel optical input device which can be performed.
[0002]
[Prior art and its problems]
In order to realize equipment that can accurately perform human actions on behalf of humans, such as robots and automated driving systems, visual functions for recognizing objects to be operated, especially visual functions An important issue is how to perform pattern recognition for detecting a target object, which is the basis of the above, from the field of view, closer to the human visual function, that is, more accurately and faster. Such pattern recognition is usually performed by obtaining a correlation value representing the degree of similarity between these images by performing a correlation calculation between the target object image and the input image, and examining this correlation value.
[0003]
Various types of pattern recognition techniques have been proposed in the past. Among them, the pattern recognition technique using optical information processing can perform correlation calculation at high speed. It is expected as a technology that can be realized.
For example, FIG. 1 shows an example of a main configuration of an optical information processing system for pattern recognition using conventional optical information processing. In FIG. 1, (101) is an input surface, (102) is a first Fourier transform lens, (103) is an identification filter, (104) is a second Fourier transform lens, and (105) is a photodetector. . The first Fourier transform lens (102), the discrimination filter (103), and the second Fourier transform lens (104) constitute a correlation optical system, and the input on the input surface (101) is performed by this correlation optical system. A correlation pattern between the image and the image of the detection target object presented on the identification filter (103) is detected as a detection image. Thereafter, the detected image is taken into the electrical system as an electrical signal by a photodetector (105) such as a CCD (Charge Coupled Device) camera, converted from a two-dimensional analog signal to a serial analog signal, and further A / D converted. As a serial digital signal, it is recorded in the semiconductor memory element.
[0004]
In such an optical information processing system, the correlation calculation time, that is, the time during which light propagates from the input surface (101) to the photodetector (105) is very short, and the correlation calculation between two images can be executed at high speed. As a result, pattern recognition can be performed at high speed.
However, in such a conventional optical information processing system, since a target object included in the input image is detected using a single correlation optical system, only one target object is detected at a time from the input image. If the brightness of the object changes or the background is included even with the same target object, the correct correlation pattern must be detected. There was a problem that could not.
[0005]
In order to overcome such problems, the inventors of the present invention have already proposed a new optical information processing system. This proposed new optical information processing system does not use a single correlation optical system as in the conventional optical information processing system, but uses multiple correlation optical systems that use multiple correlation optical systems for pattern recognition. This multi-correlation optical system can identify many types of target objects at once.
[0006]
FIG. 2 illustrates the configuration of the main part of this optical information processing system. In FIG. 2, the imaging lens (202) and the first spatial light modulation element (203) constitute an image input system, and the first spatial light modulation element (203), the lens (204), the first spatial light modulation element (203) The lens array (205) and the second spatial light modulator (206) constitute a multiple imaging system. The second spatial light modulator (206), the first Fourier transform lens array (207), the identification filter array (208), the second Fourier transform lens array (209), and the first non-linear response. The spatial light modulator (210) constitutes a multiple correlation optical system, and the spatial light modulator (210) having the first nonlinear response, the first weight mask array (211), and the spatial light having the second nonlinear response. The modulation element (212), the second weight mask array (213), and the spatial light modulation element (214) having the third nonlinear response constitute a multiple imaging system. In this optical information processing system, an input image (201) is input to the system by an image input system, and then is duplicated in a plurality of arrays in a multiple imaging system. Then, a correlation operation between each duplicate input image and the identification filter array (208) is performed by the multiple correlation optical system. In this identification filter array (208), for example, a plurality of types of feature quantities of the target object are arranged in order in different sizes in the same array form as the duplicate input image array. A plurality of different feature patterns can be detected from the image. Each detected feature pattern is superimposed on the spatial light modulator (214) having a non-linear response by a multiple imaging system to form a detected image.
[0007]
As described above, in the optical information processing system shown in FIG. 2, many types of target objects can be identified at once, and the background of the input image is added or the brightness of the target object changes. However, pattern recognition can be performed accurately in a short time.
However, subsequent studies have revealed that there are also points to be improved in the new optical information processing system. This is because pattern recognition can be performed more accurately than conventional optical information processing systems, but this new optical information processing system requires a large number of components and has a large number of parts. This is because it is not always easy to actually construct a system because many precise adjustments such as axis alignment must be performed. For example, in the system illustrated in FIG. 2, all of the optical axes of lenses, filters, and the like constituting the image input system, the two multiple imaging systems, and the multiple correlation optical system are on the order of wavelengths, that is, on the order of several hundred nm. The lens array and the identification filter array need to be matched with precision. In particular, the optical axis of each lens and filter is in the order of three wavelengths in the order of two wavelengths in the array plane and the normal direction of the array plane. However, this adjustment is not easy in practice.
[0008]
In addition, as a spatial light modulation element, an optical writing type spatial light modulation element capable of writing an image pattern with light and reading out the image with light is necessary, but in the configuration of this optical information processing system, read light is optically written. There is also a problem that it is difficult to obtain a sufficient space to be supplied to the type spatial light modulator.
Furthermore, in the optical information processing system described above, since the input light and the readout light are divided and used by the lens array, the light amount is reduced at the time of division or the light intensity distribution is generated depending on the array position. It is necessary to use a powerful light source or to correct the light intensity distribution. Therefore, the optical system becomes more complicated and impractical, and if these corrections are not performed, pattern identification errors are likely to occur. It also has a problem.
[0009]
Furthermore, in the optical information processing system, as in the conventional optical information processing system, the correlation image obtained by the spatial light modulator having the third nonlinear response is detected by a CCD (Charge Coupled Device) camera or the like. 2 is taken into the electric system as an electric signal by the detector, converted from a two-dimensional analog signal to a serial analog signal, further A / D converted to be a serial digital signal, and recorded in the semiconductor memory. Since two conversions of dimension / one-dimensional data conversion and A / D conversion must be performed in the electric system, the processing time becomes long. Further, this processing time becomes longer as the number of pixels increases or the number of bits when performing A / D conversion increases. Therefore, even if the correlation calculation time is short, there is a problem that the operation speed of the entire system is slowed down due to the processing time until the detected image information in the electrical system is recorded in the semiconductor memory element.
[0010]
Therefore, the present invention was devised to solve the above-described drawbacks of the prior art, and can perform pattern recognition with high accuracy and at high speed, and can be easily constructed. It is an object of the present invention to provide a new optical information processing system having a system and a new image parallel optical input device capable of storing input image information in a semiconductor storage element in a short time.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
  In order to solve the above problems, the present invention provides an optical information processing system for pattern recognition, which stores an input image and reflects a first readout light.When,The first readout light is irradiated from the direction opposite to the direction in which the input image is input, divided into a plurality of parts, and then passed through a Fourier transform lens.The reflective image input means is illuminated from a plurality of angles, and the input image recorded in the reflective image input means is duplicated and read into a plurality of images by a plurality of divided first readout lights. MakeSplit irradiation meansWhen,Included in the first readout light reflected from the reflective image input means and traveling through the Fourier transform lensMulti-correlation calculation is performed between each duplicated input image and each image representing different feature quantities of the identification target object recorded in advance to obtain a multi-correlation imageMultiple correlation calculation meansAnd the traveling direction of the first readout light that travels reflected by the reflective image input meansA multiple correlation image included in the second readout light traveling in the reverse direction and passing through the Fourier transform lens is obtained.By reflecting and focusing,Correlation image synthesizing means for synthesizing as one identification pattern imageWhen,Photodetection means for storing identification pattern image synthesized by correlation image synthesis means in semiconductor memory elementWhen,A pattern recognition system using multiple correlation is provided (claim 1).
[0012]
Further, according to the present invention, in the above system, an optical writing type binary spatial light modulation element is provided between the correlation image synthesizing means and the light detection means. The optical writing type spatial light modulator is provided as means (Claim 3), the divided irradiation means has a lens array (Claim 4), and the divided irradiation means is made of a semiconductor laser array. An irradiation optical system or an irradiation optical system comprising a semiconductor laser array and a lens array provided in front of the laser beam traveling direction of the semiconductor laser array (claim 5), the correlation image synthesis means, Irradiation optical system consisting of a semiconductor laser array, or a semiconductor laser array and a flat or concave half mirror array installed for each light emitting point of the semiconductor laser array (Claim 6), the multiple correlation calculation means is the same as the identification filter array arranged on the focal plane of the Fourier transform lens and the first lens array in the divided irradiation means. A second lens array disposed in a planar position (Claim 7), and the correlation image synthesis means includes a light writing type spatial light modulation element, a light branching means, and a weight mask array. It has the aspect (Claim 8).
[0013]
Further, according to the present invention, in the above system, the multiple correlation calculation means is disposed on the focal plane of the Fourier transform lens, and the transmission necessary for performing the correlation calculation with respect to the wavelength of the first readout light. An identification filter array formed of a dye material having a rate distribution and having a uniform transmittance distribution with respect to the wavelength of the second readout light, and the same plane position as the first lens array in the divided irradiation means And the correlation image synthesizing means transmits the optical writing type spatial light modulation element and the wavelength of the first writing light, and transmits the second reading light. A dichroic mirror formed so as to reflect with respect to the wavelength, and a weight mask array; Strength and line A light-writing nonlinear spatial light modulator having a structure in which a light absorption / transmission material that is not related is sandwiched between a mirror and a quarter-wave plate, a polarization beam splitter, and a weight mask array (Claim 10), the multiple correlation calculation means has a structure in which an identification filter recording material having a transmittance distribution and a refractive index distribution necessary as an identification filter is sandwiched between a mirror and a quarter-wave plate. This aspect also includes a reflection type spatial light modulation element, and the correlation image synthesis means includes the reflection type spatial light modulation element, a polarization beam splitter, and a weight mask array. It is said.
[0014]
Furthermore, the present invention is an image parallel light input device for digitally storing an input image in a semiconductor memory element, which is used as a light detection means in the pattern recognition system using the multiple correlation described above, and includes an image light preprocessing unit and a light receiving unit. An image switching unit for selectively switching between an image input to the image light preprocessing unit and an image fed back inside the image light preprocessing unit. A first spatial light modulation element for writing the image selected by the image switching means, and a second spatial light source for temporarily holding the image written in the first spatial light modulation element A spatial light modulation element; a third spatial light modulation element for converting the image written in the first spatial light modulation element into a binary image; and a binary image of the third spatial light modulation element Reverse the positive and negative light Variable intensity inversion means for adjusting the intensity, image combining means for combining the image output from the second spatial light modulator and the image output from the intensity variable inversion means, and the first Comprising: the second spatial light modulation element; the third spatial light modulation element; and at least one image separating means for inputting the image to the light receiving recording unit. An image parallel light input device (claim 12) is provided.
[0015]
And in this image parallel optical input device, the present invention is such that the light receiving and recording unit converts a light signal into an electric signal, an electric signal amplifying means for amplifying the electric signal from the light receiving element, An image formed by a shift register and a semiconductor memory element (Claim 13), or an image input from the image light preprocessing unit to the light receiving recording unit is an image from the first spatial light modulation device that has passed through the image separation means. (Claim 14) or an image from the third spatial light modulator (Claim 15) is also an aspect thereof.
[0016]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the pattern recognition system using multiple correlation according to the present invention will be described below in more detail with reference to the drawings.
[0017]
【Example】
Example 1
FIG. 3 is a block diagram showing the principal part of a pattern recognition system using multiple correlation according to the present invention.
In the pattern recognition system using multiple correlations exemplified in FIG. 3, the first lens array (1) formed by a plurality of lenses arranged in an array on one plane as the split irradiation means. And a single Fourier transform lens (3) is provided so as to be confocal with each lens of the first lens array (1). Further, an identification filter array (6) and a second lens array (7) are provided as multiple correlation calculation means. The identification filter array (6) is formed by arranging, for example, a plurality of identification filters in which different feature quantities possessed by a certain identification target object are respectively arranged in an array, and a Fourier transform lens (3) Each identification filter is placed on the focal plane. The second lens array (7) is installed at the same plane position as the first lens array (1).
[0018]
Further, the system of FIG. 3 includes an optical writing type spatial light modulation element (8), an optical branching means (4), and a weight mask array (2) as correlation image synthesis means. This optical writing type light modulation element (8) is disposed at a position where a multiple correlation image transmitted through the second lens array (7) is irradiated. The light branching means (4) reflects the multiple correlation image read out by the second readout light (11) and can irradiate the light detection means (9) as a single combined identification pattern image. Installed at position and angle. The weight mask array (2) is disposed on the focal plane of the first lens array (1).
[0019]
The operation of the system of the present invention having the form illustrated in FIG. 3 will be described as follows.
First, the input image is input and recorded in the reflection type image input means (5) which is a spatial light modulation element. The first readout light (10) is irradiated to the first lens array (1) as parallel light from a direction opposite to the direction in which the input image is input, and forms each first lens array (1). The lens is divided into a plurality of readout lights. Each divided readout light passes through the Fourier transform lens (3), and then converges on the reflection type image input means (5), and the recorded input image is duplicated and read out into a plurality of images.
[0020]
  Next, the first readout light including the input image information reflected from the reflective image input means (5) is transmitted again through the Fourier transform lens (3) and recorded in the identification filter array (6).Has beenIrradiated on each feature. Then, correlation calculation between each duplicate input image included in each readout light and each feature amount is performed, and the obtained correlation result passes through the second lens array (7) as a multiple correlation image.
[0021]
Next, after passing through the second lens array (7), the multiple correlation image is incident on the optical writing type light modulation element (8) and recorded, and is parallel to the direction opposite to the incident direction of the multiple correlation image. It is read by the second readout light (11) irradiated as light. The second read light (11) including the read multiple correlation image travels in the direction opposite to the path for executing the correlation calculation, and the second lens array (7) and the identification filter array (6). , And again through the Fourier transform lens (3), and then reflected by the light branching means (4). Then, each correlation image included in the readout light is superimposed and synthesized into one sheet, and is obtained on the light detection means (9) as an identified pattern image. Note that the weight necessary for combining the correlation images into one sheet is adjusted by the weight mask array (2) for the first readout light (10). This identification pattern image is captured as an electrical signal by the light detection means (9), subjected to appropriate processing, and recorded in the semiconductor memory element.
[0022]
Thus, in the pattern recognition system using multiple correlation according to the present invention, pattern recognition can be performed accurately and at high speed.
As in the embodiment illustrated in FIG. 3, in the pattern recognition system using multiple correlation according to the present invention, two readout lights irradiated from a direction opposite to the direction in which the input image is input and the readout light are By using the means to reflect light repeatedly in the same section, several components can be used repeatedly, thereby enabling pattern recognition in one system with fewer components than conventional systems. In particular, only one Fourier transform lens, one weight mask array, and only two spatial light modulators are required, two Fourier transform lenses, two weight mask arrays, and five spaces. Compared to the conventional system shown in FIG. 2, which requires a light modulation element, the number of components is very small. That is, since the number of components is small, the system can be constructed more easily than the conventional system.
[0023]
In the example of FIG. 3, a plurality of lenses as the first lens array (1) and a plurality of lenses as the second lens array (2) are arranged at different positions on the same plane. Needless to say, two lens arrays may be used, and it is therefore necessary to make a fine adjustment to align the optical axes of the first lens array (1) and the second lens array (7) installed separately. Therefore, the system of the present invention can be constructed more easily.
[0024]
In this pattern recognition system using multiple correlation, the reflective image input means (5), which is the first spatial light modulation element, is electrically connected to a reflective liquid crystal display having a mirror or a minute mirror. BSO (Bismuth Silicon Oxicide) having an electrically writable spatial light modulator such as a DMD (Deformable Mirror Device) that deflects and projects an image, a light writable liquid crystal spatial light modulator that switches liquid crystal by a photoconductive film, and a mirror An optical writing spatial light modulation element using an electro-optic crystal such as can be used.
[0025]
Moreover, as the optical writing type spatial light modulation element (8) which is the second spatial light modulation element, the optical writing type liquid crystal spatial light modulation element which does not have a mirror used as a hydrogenated amorphous silicon photoconductive film switching material. Alternatively, an optical writing type spatial light modulator using a BSO electro-optic crystal can be used.
As the light detection means (9), an imaging device such as a CCD camera or a vidicon, a photodetector for detecting the position of a pattern object such as a RWD (Ring Wedge Detector) or PSD (Position Sensing Device), or the image parallel light of the present invention. An input device or the like can be used.
[0026]
  In the pattern recognition system using multiple correlation according to the present invention, the multiple imaging system proposed by Hamana et al. Is used as the basic optical system. FIG. 4 shows an example of the configuration of the main part of the multiple imaging system proposed by Hamana et al. In FIG. 4, (301) is a first lens array, (302) is a Fourier transform lens, (303) is a spatial light modulator, (304) is a second lens array, and (305) is a multiple imaging plane. is there. In the multiple imaging system illustrated in FIG. 4, the readout light (306) divided by irradiating the first lens array (301) as parallel light passes through the Fourier transform lens (302), and is spatially transmitted. The input image (307) recorded in the light modulation element (303) is duplicated and read out. Then, each duplicate input image is reflected by the spatial light modulation element (303) and is again transformed into a Fourier transform lens (302) And further through the second lens array (304) to form a plurality of duplicate images on the multiple imaging surface (305).
[0027]
  However, with this multiple imaging system alone,IntendedThe above-mentioned purpose is not achieved, and the system configuration with the characteristics as described above is indispensable. This also applies to the following embodiments.
Example 2
  FIG. 5 exemplifies a configuration diagram of a main part of a pattern recognition system using multiple correlation which is one embodiment of the present invention using two readout lights having different wavelengths.
[0028]
In the example of FIG. 5, the dichroic mirror (12) is formed so that the wavelength of the first readout light (10) is transmitted and the wavelength of the second readout light (11) is reflected. ), But the wavelength of the first readout light (10) is transmitted, and the wavelength distribution of the second readout light (11) is uniform. A filter array (6) is provided, and a light writing type spatial light modulation element (13) is disposed as a reflection type image input means. Further, an optical writing type binary spatial light modulator (14) is provided between the dichroic mirror (12) and the light detecting means (9) shown in FIG. 3, and an output image (16) is detected by the light detecting means ( 9). Other configurations are the same as those illustrated in FIG.
[0029]
In the case of this system, the wavelengths of the first readout light and the second readout light are determined by what elements are provided as the optical writing type spatial light modulator (8). For example, in the case where a photo-writing type liquid crystal spatial light modulator that does not have a mirror using a hydrogenated amorphous silicon photoconductive film as a switching material is provided, the light in the vicinity of 650 nm has the highest write sensitivity of the photoconductive film. Is used as the first readout light (10), and light having a low writing sensitivity of the photoconductive film and high transmittance with respect to the photoconductive film is used as the second readout light (11). In this case, the dichroic mirror (12) is configured to transmit light near 650 nm and reflect light above 900 nm, and the identification filter array (6) includes light near 650 nm. Is transmitted and is formed of a dye material having a uniform transmission distribution for light of 900 nm or more. For example, when an optical writing type spatial light modulator using a BSO electro-optical crystal is arranged, light having a high writing sensitivity of the BSO electro-optical crystal near 500 nm is used as the first readout light (10), and the BSO electro-optical crystal is used. Light having a low writing sensitivity of the electro-optic crystal of 650 nm or more is used as the second readout light (11). In this case, the dichroic mirror (12) is configured to transmit light near 500 nm and reflect light above 650 nm, and the identification filter array (6) includes light near 500 nm. Is transmitted and is formed of a dye material having a uniform transmission distribution for light of 650 nm or more.
[0030]
Since such a dichroic mirror (12) and the identification filter array (6) are provided, the progress of the respective readout lights is not hindered. Therefore, pattern recognition using two readout lights in one system. It can be performed.
The optical writing type binary spatial light modulator (14) can optically perform binary processing on an input image and output it as a binary image. Thereby, it is not necessary to perform the binarization processing of the image in the light detection means (9) shown in FIG. 3, so that the processing time can be shortened.
[0031]
The operation of the system of the present invention illustrated in FIG. 5 will be described. First, an input image (15) is inputted and recorded in a light writing type spatial light modulation element (13) as reflection type image input means. The first readout light (10) is applied to the first lens array (1) as parallel light from a direction opposite to the direction in which the input image (15) is input, and the first lens array (1) is irradiated with the first readout light (10). Each lens to be formed is divided into a plurality of readout lights. Each of the divided readout lights passes through the Fourier transform lens (3), passes through the dichroic mirror (12), and then converges on the optical writing type spatial light modulator (13), and a plurality of recorded input images are collected. Duplicate and read the image.
[0032]
Next, the first readout light including the input image information reflected from the optical writing type spatial light modulator (13) is transmitted again through the dichroic mirror (12) and the Fourier transform lens (3), and the identification filter array. Correlation calculation is performed between each duplicate input image and each feature amount which is irradiated onto each feature amount recorded in (6) and included in each readout light. Then, the obtained correlation result passes through the second lens array (7) as a multiple correlation image.
[0033]
The multiple correlation image is transmitted through the second lens array (7) and then recorded by being incident on the optical writing type light modulation element (8), and is converted into parallel light from a direction opposite to the incident direction of the multiple correlation image. Read by the second read light (11) irradiated. The second readout light (11) including the readout multiple correlation image is transmitted through the second lens array (7) and the identification filter array (6), and further transmitted again through the Fourier transform lens (3). This time, it is reflected by the dichroic mirror (12). Then, each correlation image included in the readout light is superimposed and synthesized into one sheet, and is obtained as an identified pattern image on the optical writing type binary spatial light modulator (14). Note that the weight necessary for combining the correlation images into one sheet is adjusted by the weight mask array (2) for the first readout light (10).
[0034]
The identified pattern image is subjected to binary processing by the optical writing type binary spatial light modulator (14) and outputted as an output image (16) of the binary image, and then the light detection means shown in FIG. It is taken in as an electrical signal by (9), subjected to appropriate processing, and recorded in the semiconductor memory element.
In this manner, the pattern recognition system using multiple correlation according to the present invention can perform pattern recognition accurately at high speed, and can be constructed with fewer components.
Example 3
FIG. 6 illustrates a configuration diagram of a main part of a pattern recognition system using multiple correlation, which is an embodiment of the present invention using polarized light as readout light.
[0035]
In the example of FIG. 6, a polarization beam splitter (17) required when polarized light is used and an optical writing type nonlinear spatial light modulator (18) are provided. As the reflection type image input means, as in the example of FIG. 5, a light writing type spatial light modulation element (13) is provided. Further, the polarization beam splitter (17) and the light detection means (9) of FIG. ) Is provided with an optical writing type binary spatial light modulator (14) as in the example of FIG. Other configurations are the same as those illustrated in FIG.
[0036]
FIG. 7 is an enlarged cross-sectional view illustrating the structure of the optical writable nonlinear spatial light modulator (18). As illustrated in FIG. 7, the optically writable nonlinear spatial light modulator (18) mirrors, for example, a nonlinear optical absorption / transmission material (20) whose light absorption characteristics are not linearly related to incident light intensity ( 19) and a quarter wave plate (21).
[0037]
In the system illustrated in FIG. 6, first, polarized read light (22) as first read light that is linearly polarized light that can be transmitted by the polarization beam splitter (17) is transmitted by the first lens array (1). After being divided and transmitted through the Fourier transform lens (3), it is transmitted through the polarization beam splitter (17), and the input image (15) recorded in the optical writing type spatial light modulator (13) is duplicated into a plurality of copies. Read out.
[0038]
The polarized readout light (22) including the input image (15) information is reflected, passes through the polarization beam splitter (17) and the Fourier transform lens (3) again, and is applied to the identification filter array (6). . Then, a correlation calculation is performed, and the correlation calculation result is transmitted through the second lens array (7) and is irradiated as a multiple correlation image to the optical writing nonlinear spatial light modulator (18).
[0039]
In this optical writing type non-linear spatial light modulator (18), first, polarized read light (22) including multiple correlation images is converted into circularly polarized light by passing through the ¼ wavelength plate (21) shown in FIG. Converted. The converted circularly polarized light is transmitted through the nonlinear light absorbing / transmitting material (20), reflected by the mirror (19), again transmitted through the nonlinear light absorbing / transmitting material (20), and the quarter wave plate (21 ) Again, it is converted into linearly polarized light orthogonal to the original linearly polarized light, that is, linearly polarized light reflected by the polarizing beam splitter (17), and is output as second readout light.
[0040]
The polarized read light as the second read light including the multiple correlation image is transmitted again through the second lens array (7), the identification filter array (6), and the Fourier transform lens (3), and then polarized. It is now reflected by the beam splitter (17). Then, each correlation image is superimposed and synthesized as a single identification pattern image on the optical writable binary spatial light modulator (14), and an output image (16) as a binary image is detected by light. Output to the means.
[0041]
As described above, in the pattern recognition system using the multiple correlation of the present invention illustrated in FIG. 6, the polarization readout which is the linearly polarized light transmitted through the polarization beam splitter (17) is transmitted by the optical writing type nonlinear spatial light modulator (18). Since the light can be converted into linearly polarized light orthogonal to the original linearly polarized light, that is, linearly polarized light reflected by the polarizing beam splitter (17), pattern recognition can be performed with a single polarized light reading light. Since a device for irradiating light is not required, the system can be configured more easily.
[0042]
The optical writing type spatial light modulator (13) needs to have a function of modulating the light intensity and phase without changing the state of the polarized read light when the input image (15) is input as it is. However, as such a light writing type spatial light modulation element (13), a photoconductive film is used as a switching means and a phase change liquid crystal using a smectic / nematic phase change, or a nematic liquid crystal or a ferroelectric in a polymer is used. An optically writing type spatial light modulation element using a polymer net liquid crystal in which a conductive liquid crystal is dispersed or a polymer dispersed liquid crystal as a light modulation material can be used. Further, when the input image (15) is input with positive / negative reversal input, a photoconductive film is used as a switching means, a nematic liquid crystal, a ferroelectric liquid crystal or the like is used as a light writing type liquid crystal spatial light modulator using a light modulation material An optically writing spatial light modulator using an electro-optic crystal such as BSO can be used.
Example 4
FIG. 8 exemplifies a main configuration diagram of a pattern recognition system using multiple correlation, which is one embodiment of the present invention using polarized light as readout light, as in the example of FIG.
[0043]
The example of FIG. 8 also includes a polarization beam splitter (17) required when using polarized light, and a light writing type spatial light modulation element (13) as a reflection type image input means. An optical writing type binary spatial light modulator (14) is provided between the splitter (17) and the light detecting means.
As a feature of this example, unlike the example of FIG. 6, a reflective spatial light modulation element (23) is provided.
[0044]
FIG. 9 is an enlarged cross-sectional view illustrating the structure of the reflective spatial light modulator (23). As illustrated in FIG. 9, the reflective spatial light modulator (23) includes, for example, an identification filter recording material (24) having a transmittance distribution and a refractive index distribution necessary as an identification filter, and a mirror (19) and 1 / 4 wave plate (21). In this identification filter recording material (24), for example, a plurality of different feature quantities possessed by a certain identification target object are recorded as in the identification filter array (6) illustrated in FIG. 3, FIG. 5 or FIG. Yes.
[0045]
In the reflective spatial light modulator (23), the first read light including the duplicate input image reflected by the optical writing spatial light modulator (13) and transmitted through the polarization beam splitter (17) and the Fourier transform lens is obtained. When polarized read light (22) is incident, it is converted into circularly polarized light by the quarter-wave plate (21), passes through the identification filter recording material (24), and is subjected to correlation calculation with each feature amount. . The circularly polarized light including the multiple correlation image obtained as a result of the calculation is reflected by the mirror (19), passes through the identification filter recording material (24) and the quarter wavelength plate (21) again, and returns to the original linearly polarized light. Is converted into orthogonal linearly polarized light. The polarized read light as the second read light including the multiple correlation image travels in the direction opposite to the incident direction, passes through the Fourier transform lens (3) again, and this time by the polarization beam splitter (17). Reflected. And it forms on the optical writing type | mold binary spatial light modulation element (14) as one identification pattern image which each correlation image was superimposed, and was combined, and the optical detection means as an output image (16) of a binary image Is output. The weighting of each correlation image for output image synthesis can be adjusted by the weight mask array (2) that adjusts the readout light intensity.
[0046]
As described above, in the pattern recognition system using the multiple correlation of the present invention illustrated in FIG. 8, the identification filter array (6), the second lens array (7), and the reflective spatial light modulator ( The optical processing according to 18) can be performed by one reflective spatial light modulator (23). For this reason, a system can be easily constructed with fewer components.
Example 5
In the pattern recognition system using multiple correlation according to the present invention, a semiconductor laser array different from the lens array can be used as the split irradiation means for splitting the first readout light into a plurality of parts and irradiating the Fourier transform lens. .
[0047]
FIG. 10 exemplifies a configuration diagram of a main part when this semiconductor laser array is used for the first irradiation optical system for irradiating the first readout light.
In FIG. 10, the semiconductor laser array (401) is formed by a plurality of semiconductor lasers. The Fourier transform lens (402) is the same as the Fourier transform lens (3), and the emission point of each semiconductor laser constituting the semiconductor laser array (401) is on the front focal plane of the Fourier transform lens (402). It is arranged.
[0048]
In this case, since it is not necessary to divide the readout light into a plurality of lights using a lens array or the like, it is not necessary to correct the light intensity distribution. In addition, by adjusting the output of the semiconductor laser array (401), the light quantity of the duplicate input image can be individually adjusted, so that the duplicate image can be made uniform. For this reason, the error for each correlation calculation with respect to each duplicate image can be reduced, and more accurate pattern recognition can be performed.
[0049]
Furthermore, since the weight for each multiple correlation image can be adjusted by adjusting the output of the semiconductor laser array (401), the systems of Embodiments 1 to 4 (FIGS. 3, 5, 6, and 8). The weight mask array (2) can be omitted, and the first lens array (1) can also be omitted. Therefore, the optical information processing system of the present invention can be constructed with fewer components.
Example 6
FIG. 11 illustrates a configuration diagram of a main part of another example in which a semiconductor laser array is used for the first irradiation optical system for irradiating the first reading light.
[0050]
The semiconductor laser array (401) is formed by a plurality of semiconductor lasers, and a lens array (403) is provided in front of the laser beam traveling direction of the semiconductor laser array (401). The Fourier transform lens (402) is the same as the Fourier transform lens (3), and the lens array (403) is the same as the first lens array (1).
[0051]
  With this configuration, the divergence angle of the laser light emitted from the semiconductor laser array (401) can be adjusted by the lens array (403), and the optical conditions can be optimized. Further, similarly to the first irradiation optical system of FIG. 10 in the fifth embodiment, by adjusting the output of the semiconductor laser array (401), the light quantity of each duplicate input image can be individually adjusted, so that the duplicate image is uniform. The weight masks in the systems of Embodiments 1 to 4 can be adjusted.array(2) can be omitted.
[0052]
For this reason, the optical information processing system which can be constructed | assembled with fewer components and can perform pattern recognition correctly is provided.
Example 7
In the present invention, as shown in FIG. 12, a semiconductor laser array (401) may be used for the second irradiation optical system for irradiating the second readout light constituting the correlation image synthesizing means. This is formed by a plurality of semiconductor lasers. The lens array (403) and the light writing type spatial light modulation element (404) are the same as the second lens array (7) and the light writing type spatial light modulation element (in the system of Examples 1 and 2 (FIGS. 3 and 5)). It is the same as 8). However, the optical writing type spatial light modulation element (404) is an optical writing type liquid crystal spatial light modulation element that does not have a mirror using a hydrogenated amorphous silicon photoconductive film as a switching material or light using a BSO electro-optic crystal. A transmissive spatial light modulation element that reads an image with transmitted light, such as a writing spatial light modulator.
[0053]
The distance between the semiconductor laser array (401) and the lens array (403) is such that each laser beam irradiated by the semiconductor laser array (401) and transmitted through the lens array (403) is a light-writing type spatial light modulator ( 404) is adjusted and installed such that the light emitting point of each semiconductor laser constituting the semiconductor laser array (401) becomes the front focal position of the lens array (403). .
[0054]
With this configuration, by adjusting the output of the semiconductor laser array (401), the light quantity of the multiple correlation image read by the second read light irradiated by the semiconductor laser array (401) is made uniform, and weight adjustment is performed. Since it can be performed, more accurate pattern recognition can be performed. The system of the present invention can be constructed with fewer components.
Example 8
FIG. 13 shows an example in which a reflective spatial light modulator is used in the second irradiation optical system for irradiating the second readout light.
[0055]
In FIG. 13, a lens array (403), a light writing type spatial light modulator (404), and an identification filter array (407) are the second lens array in the system of the first and second embodiments (FIGS. 3 and 5). (7), the optical writing type spatial light modulator (8), and the identification filter array (6) are the same. However, the optical writing type spatial light modulation element (404) is a reflection type spatial light modulation element.
[0056]
In the second irradiation optical system of this example, one irradiation unit is constituted by the flat half mirror (405) and the semiconductor laser (406), and this irradiation unit corresponds to each lens of the lens array (403). A plurality of arrays are arranged at positions corresponding to.
In each of these irradiation units, first, the laser light as the second readout light emitted from the semiconductor laser (406) is reflected by the flat half mirror (405), and is parallel light by each lens constituting the lens array (403). Is collimated. The readout laser light that has become the parallel light is irradiated to each of the portions where the multiple correlation images of the light writing type spatial light modulation element (404), which is a reflection type spatial light modulation element, are stored, and each correlation image is read out. , Reflected. The reflected readout laser light travels through the flat half mirror (405). In this way, the second readout optical system emits the second readout light to read out the multiple correlation image.
[0057]
FIG. 14 shows an enlarged example of the structure of the irradiation unit constituting the second irradiation optical system. For example, as shown in FIG. 14, the semiconductor laser (406), the flat half mirror (405), and the lens (408) are integrally attached to the support base (409). The laser light is arranged in advance so as to be parallel light through the lens (408).
[0058]
In the second irradiation optical system constituted by a plurality of the irradiation units described above, when the optical writing type spatial light modulator (404) is of a reflection type, the second correlation light is irradiated and the multiple correlation image is read out. Further, by adjusting the output of each semiconductor laser, the light quantity of the multiple correlation image can be made uniform and the weight can be adjusted, so that more accurate pattern recognition can be performed. The system of the present invention can be constructed with fewer components.
[0059]
The difference from the second irradiation optical system illustrated in FIG. 12 of Example 7 is that the light writing type spatial light modulation element (404) installed in the system is a transmission type or a reflection type. This is the same in that the light quantity of the multiple correlation image and the weight adjustment can be performed by adjusting the output of the semiconductor laser.
Example 9
FIG. 15 shows another example of the second irradiation optical system for irradiating the second reading light when a reflective spatial light modulation element is used as the writing spatial light modulation element. .
[0060]
In the example of FIG. 15, the optical writing type spatial light modulation element (404) is a reflection type spatial light modulation element, and one irradiation is performed by the concave half mirror (410) and the semiconductor laser (406). It constitutes a unit. The irradiation units are arranged in a plurality of arrays at positions corresponding to the respective lenses of the lens array (403).
[0061]
  In each irradiation unit, first, laser light as second readout light emitted from the semiconductor laser (406) is converted into a concave half mirror (410) And collimated to parallel light. The readout laser light that has become the parallel light is irradiated to each of the portions where the multiple correlation images of the light writing type spatial light modulation element (404), which is a reflection type spatial light modulation element, are stored, and each correlation image is read out. , Reflected. The reflected readout laser light travels through the concave half mirror (410) and the lens array (403) and the identification filter (407). In this way, the second readout optical system emits the second readout light to read out the multiple correlation image.
[0062]
FIG. 16 illustrates an enlarged example of the structure of the irradiation unit. In FIG. 16, a semiconductor laser (406) and a concave half mirror (410) are integrally attached to a support base (409), and laser light from the semiconductor laser (406) is received by the concave half mirror (410). It is arranged in advance so as to be reflected and become parallel light.
[0063]
When the optical writing type spatial light modulator (404) is of a reflective type, the second irradiation optical system having the above example can irradiate the second readout light and read the multiple correlation image. By adjusting the output of each semiconductor laser, the light quantity of the multiple correlation image can be made uniform and the weight can be adjusted, so that more accurate pattern recognition can be performed. And the system of this invention can be constructed | assembled with still fewer components.
Example 10
The pattern recognition system using multiple correlation according to the present invention is characterized in that, for example, the pattern recognition is performed by performing the multiple correlation calculation in the example as described above. The light detection for recording the output image shown in FIG. A new measure is also provided in terms of means (9). That is the image parallel light input device. Therefore, the image parallel light input device of the present invention will be described in more detail below.
[0064]
FIG. 17 shows an example of the configuration of the main part of the image parallel optical input device of the present invention. In FIG. 17, (501) is an image switching means, (502) is a first spatial light modulation element, (503) is a first image separation means, (504) is a second spatial light modulation element, (505) ) Is the third spatial light modulator, (506) is the second image separating means, (507) is the variable intensity inversion means, (508) is the image synthesizing means, (509) is the image light preprocessing section, (510) ) Is a light receiving and recording unit.
[0065]
In the example of the image parallel light input device of the present invention illustrated in FIG. 17, for example, as the image switching means (501), a shutter for switching passage / blocking of an image input to the image light preprocessing unit, A shutter for switching between passing and blocking of the image fed back inside the image light pre-processing unit, a beam splitter for guiding the passed image to the first spatial light modulation element (502), and the like are provided. Further, the image separation means (503) (506) includes a beam splitter for separating light including input image information into two light beams, and the intensity variable inversion means (507) is used for positive / negative reversal. An analyzer, a variable ND filter for intensity adjustment, and the like are provided. Furthermore, the image composition means (508) includes a mirror, a lens, and the like. An irradiation optical system including a semiconductor laser for irradiating light for reading an image written in each spatial light modulator is provided, and a light receiving recording unit (510) as illustrated in FIG. 18 is provided. ing.
[0066]
FIG. 18A, which is a main part configuration diagram illustrating the light reception recording unit (510), is a configuration diagram of a light reception pixel corresponding to one pixel provided with a Schmitt trigger as an electric signal amplification unit. FIG. 18B is a configuration diagram of a light receiving pixel corresponding to one pixel provided with a buffer as an electric signal amplifying means, and FIG. 18C is a configuration diagram of the light receiving pixels corresponding to all pixels.
[0067]
In the light receiving recording unit (510), for example, a light receiving pixel (518) in which a light receiving element (511), a Schmitt trigger (512), a shift register (513), and a semiconductor memory element (514) are arranged in order is two-dimensionally arranged. In addition, a signal line (516) and an address line (517) may be connected between the light receiving pixels (518).
[0068]
Therefore, the operation of the above image parallel light input device will be described in detail. First, FIG. 19 shows the first spatial light modulator and the third used in the image parallel light input device of the present invention illustrated in FIG. FIG. 19 is a relationship diagram of input light intensity and output light intensity showing input / output characteristics for each feedback of the spatial light modulation element in FIGS. 19A, 19B, and 19C, respectively. The input / output characteristics of the first spatial light modulator (502) with respect to the third feedback are shown. FIGS. 19D, 19E, and 19F show the first time, the second time, and the third time, respectively. The input / output characteristics of the third spatial light modulator (506) with respect to the feedback are shown.
[0069]
First, in order to obtain n-th bit data, correlation image synthesis in the pattern recognition system using the multiple correlation of the present invention input to the first spatial light modulator (502) via the image switching means (501). The light intensity of the identification pattern image from the means I₁(n), the output light intensity from the first spatial light modulator (502) at that time is expressed as O₁(n) and the light intensity of the image input to the second spatial light modulator (504) is represented by I₂(n) The output light intensity from the second spatial light modulator (504) at that time is expressed as O₂(n) and the light intensity of the image input to the third spatial light modulator (505) is represented by I_Three(n) The output light intensity from the third spatial light modulator (505) at that time is expressed as O_Three(n).
[0070]
Further, the maximum light intensity when digitizing the light intensity of the identification pattern image data input to the first spatial light modulator (502) is expressed as I.₁(1)_maxAnd the output of the first spatial light modulator (502) at that time is O₁(1)_maxAnd In order to indicate feedback for obtaining the n-th bit data, the maximum light intensity when digitizing the light intensity of the image data input to the first spatial light modulator (502) at that time is expressed as I₁(n)_maxAnd the output of the first spatial light modulator (502) at that time is O₁(n)_maxAnd This I is added to the first spatial light modulator (502).₁(n)_maxThe intensity of the light input to the second spatial light modulator (504) is₂(n)_max, The output light intensity of the second spatial light modulator (504) at that time is expressed as O₂(n)_maxIn addition, the intensity of light input to the third spatial light modulator (505) is expressed as I_Three(n)_maxThe output light intensity of the third spatial light modulator (505) at that time is expressed as O_Three(n)_maxAnd
[0071]
Here, in order to simplify the explanation of the operation of the present invention, the image switching means (501), the first image separation means (503), the second image separation means (506), and the image composition means (508). It is assumed that there is no change in image intensity due to. Even with this assumption, the operation of the apparatus of the present invention is basically unchanged.
With this assumption, I₂(n)_max= O₁(n)_max, I_Three(n)_max= O₁(n)_maxIt becomes. When the input / output characteristics of the first spatial light modulation element (502) and the second spatial light modulation element (504) are linear and the inclination is 1, I₁(n)_max= O₁(n)_max= I₂(n)_max= O₂(n)_max= I_Three(n)_maxIt becomes.
[0072]
Therefore, the identification pattern image from the correlation image synthesizing means of the optical information processing system according to the present invention has a linear input / output characteristic as shown in FIG. 19A via the image switching means (501). In this case, the identification pattern image written to the first spatial light modulation element (502) by the image switching means (501) is written to the first image separation means (503). Input and split into two images. Then, one of the two separated identification pattern images is written into the third spatial light modulation element (505) which is a binary spatial light modulation element with variable sensitivity, and the threshold θ = I_Three(1)_maxA binarization process is performed at / 2, and converted into a binarized image. The input / output characteristics of the third spatial light modulator (505) at this time are as shown in FIG._Three(1)_max/ 2 makes a non-linear change in a stepwise manner. The binarized image is input to the second image separation means (506) and separated into two images, and one of the separated two binarized images is received by the light receiving recording unit (510). Is input. This binarized image is output after being converted into a binary value that changes nonlinearly in a stepwise manner with the threshold θ, as shown in FIG. 19D, in the third spatial light modulator (505). First, the most significant bits 0 and 1 of the digitally converted data can be obtained, and the intensity becomes 1-bit digital data.
[0073]
Next, the other identification pattern image separated by the first image separation means (503) is written into the second spatial light modulation element (504) and inputted to the image composition means (508). The other binarized image separated by the second image separation means (506) is positive / negative inverted by the variable intensity inversion means (507), adjusted to an appropriate light intensity, and binary positive / negative inversion. After being converted into an image, it is input to the image composition means (508). The appropriate light intensity of this binary positive / negative reversal image is O₂(1)_max/ 2. Then, the sum of the binary positive / negative inverted image and the binarized image is obtained by the image synthesizing means (508) to form a first sum image. This first sum image is written into the first spatial light modulator (502) via the image switching means (501). At this time, the image switching means (501) blocks the input identification pattern image from the correlation image synthesizing means in the optical information processing system of the present invention, and only the sum image is input to the first spatial light modulator (502). The The input / output characteristics of the first spatial light modulator (502) at this time are as follows. As shown in FIG. 19B, an appropriate constant light intensity is present only in the low light intensity portion of the first identification pattern image. It becomes a sawtooth waveform. Thereafter, the sum image written in the first spatial light modulation element (502) is input to the first image separation means (503) and again separated into two images. Then, one of the two separated sum images is written into the third spatial light modulator (505), and the binarization threshold θ = (3/4) I_Three(2)_maxIs converted into a binary image. This binarization threshold θ = (3/4) I_Three(2)_maxCorresponds to the light intensity at the center of the saw-tooth waveform shown in FIG. 19B, and the input / output characteristics of the third spatial light modulator (505) at this time are shown in FIG. 19E. Thus, the threshold θ = (3/4) I_Three(2)_maxA non-linear change in steps. Then, this binarized image is input to the second image separation means (506) and separated again into two images.
[0074]
Then, one of the two separated binarized images is input to the light reception recording unit (510). Since this binarized image is based on a duplicate image of the identification pattern image input first, the binary image shown in FIG. 19 (e) is used in the third spatial light modulator (505). Since it is converted into a value and output, bit data next to the most significant bit of the previously obtained digital data, that is, second-bit digital data is obtained.
[0075]
Further, even when digital data of the third bit is obtained, the binarized image is similarly converted into an appropriate light intensity O by the intensity variable inversion means (507).₂(2)_maxIs converted into a binary positive / negative inverted image adjusted to / 4, and the sum of the first sum image and the other separated sum image is taken by the image synthesizing means (508) to obtain a second sum image. . Then, this second sum image is written into the first spatial light modulator (502) via the image switching means (501). The input / output characteristics of the first spatial light modulator (502) at this time are as follows. As shown in FIG. 19 (c), the light intensity of the first sum image is appropriate and constant only at two places where the light intensity is low. A sawtooth waveform with more blades added. Then, this second sum image passes through the first image separation means (503) and is binarized by the third spatial light modulation element (505) θ = (7/8) I._Three(3)_maxBecomes a binarized image. This binarization threshold θ = (7/8) I_Three(3)_maxCorresponds to the light intensity at the center of the sawtooth waveform shown in FIG. 19 (c), and the input / output characteristics of the third spatial light modulator (505) at this time are shown in FIG. 19 (f). Thus, the threshold θ = (7/8) I_Three(3)_maxA non-linear change in steps. The binarized image is input to the light receiving and recording unit (510) through the second image separation means (506). Since this binarized image is based on the first sum image, the third spatial light modulator (505) converts the binarized image into a binary image as shown in FIG. Therefore, the next bit data of the previously obtained digital data, that is, the third bit digital data is obtained.
[0076]
Also at this time, separated images of the sum image and the binarized image are obtained by the first image separation means (503) and the second image separation means (506), respectively, and when obtaining the digital data of the next bit, A separate image is used.
Thus, by repeating this feedback n times, the input two-dimensional identification pattern image data can be obtained as n-bit two-dimensional digital image data.
[0077]
The light intensity of the binary positive / negative inverted image when obtaining the n-th bit image data is O₂(n-1)_max/ 2^n-1And the binarization threshold θ is Σ_{m = 1} ⁿ[I_Three(n)_max/ 2^m].
The binarized image data is expressed as n-bit light intensity as temporal serial data, and is received in each light receiving pixel (518) constituting the light receiving recording section shown in FIG. 18 for each pixel. The light signal is converted into an electrical signal by the light receiving element (511), further amplified by the Schmitt trigger (512) or the buffer (515), and input to the shift register (513), and the temporal serial data is n-bit parallel data. After being converted to, it is recorded in the semiconductor memory element (514). This processing in each light receiving pixel (518) is performed in parallel, and n-bit two-dimensional digital image data is recorded.
[0078]
The n-bit image data stored in each of the light receiving pixels (518) arranged two-dimensionally in this way is synchronized with the address line (517) and is transmitted to the computer or the like via the signal line (516). The data is transferred to an external data processing device and subjected to image processing.
For example, the image parallel light input device as described above is provided as a light detection means in the pattern recognition system using multiple correlation according to the present invention, so that the processing time of the entire system, that is, the pattern is recognized after the image is identified. Processing up to storage in the storage element can be performed at a very high speed.
Example 11
FIG. 20 shows a configuration example of an image parallel light input device corresponding to FIG.
[0079]
In the example of FIG. 20, a first lens (602), a first shutter (603), and a first beam splitter (604) are sequentially provided as image switching means, and further, the first beam. A second shutter (622) is provided in the other light path to the splitter (604).
A first spatial light modulation element (605) is disposed behind the first beam splitter (604). In order to irradiate the first spatial light modulation element (605) with read light, a second spatial light modulation element (605) is provided. The irradiation optical system comprising the beam splitter (606), the first polarizer (609), the first collimator lens (608), and the first semiconductor laser (607) is the first spatial light modulator (605). Is provided on the reading side.
[0080]
A first analyzer (610) is provided on the rear side, and a second lens (611) and a third beam splitter (612) are sequentially provided as first image separation means.
A third spatial light modulator (623) is provided in one of the two optical paths of the third beam splitter (612), and the third spatial light modulator (623). Optical system composed of a sixth beam splitter (627), a third polarizer (626), a third collimator lens (625), and a third semiconductor laser (624) Is provided on the reading side of the third spatial light modulator (623).
[0081]
On the rear side, a fourth lens (628) and a seventh beam splitter (629) are sequentially provided as second image separation means.
A fourth analyzer (633) is arranged in one of the two optical paths by the seventh beam splitter (629), and a light receiving recording unit (634) is arranged behind the fourth analyzer.
[0082]
A second spatial light modulation element (613) is disposed on the other of the two optical paths by the third beam splitter (612), and the second spatial light modulation element. In order to irradiate the readout light to (613), it comprises a fourth beam splitter (617), a second polarizer (616), a second collimator lens (615), and a second semiconductor laser (614). An irradiation optical system is provided on the reading side of the second spatial light modulator (613).
[0083]
On the rear side, a second analyzer (618) is provided.
A third analyzer (630) and a variable ND filter (631) are provided as variable intensity inversion means in the other of the two optical paths by the seventh beam splitter (629). They are also arranged in order.
Further, on the optical path of the seventh beam splitter (629), a second mirror (632) is provided behind the variable ND filter (631), and on the optical path of the third beam splitter (612). A second beam splitter (619) is provided behind the second analyzer (618), and the direction is changed by the second mirror (632) and the fifth beam splitter (619) so that the same path is obtained. A third lens (620) and a first mirror (621) are provided on the optical path. The second mirror (632), the fifth beam splitter (619), the third lens (620), and the first mirror (621) are provided as constituting image combining means.
[0084]
The operation of the image parallel light input device illustrated in FIG. 20 will be described below.
In order to obtain n-th bit data, the light intensity of the identification pattern image input to the first spatial light modulation element (605) from the correlation image synthesizing means in the optical information processing system of the present invention is expressed as I.₁(n) The output light intensity from the first spatial light modulator (605) at that time is expressed as O₁(n) and the light intensity of the image input to the second spatial light modulator (613) is represented by I₂(n) The output light intensity from the second spatial light modulator (613) at that time is expressed as O₂(n) and the light intensity of the image input to the third spatial light modulator (623) is represented by I_Three(n) The output light intensity from the third spatial light modulator (623) at that time is expressed as O_Three(n).
[0085]
Further, the maximum light intensity when digitizing the light intensity of the identification pattern image input to the first spatial light modulator (605) is expressed as I.₁(1)_maxAnd the output light intensity of the first spatial light modulator (605) at that time is O₁(1)_maxAnd In order to indicate feedback for obtaining n-th bit data, the maximum light intensity when digitizing the light intensity of the image data input to the first spatial light modulator (605) at that time is expressed as I₁(n)_maxAnd the output light intensity of the first spatial light modulator (605) at that time is O₁(n)_maxAnd This I is added to the first spatial light modulator (605).₁(n)_maxIs input, the light intensity of the image input to the second spatial light modulator (613) is expressed as I.₂(n)_max, The output light intensity from the second spatial light modulator (613) at that time is O₂(n)_maxIn addition, the light intensity of the image input to the third spatial light modulator (623) is expressed as I_Three(n)_max, The output light intensity from the third spatial light modulator (623) at that time is O_Three(n)_maxAnd
[0086]
Further, for example, in the apparatus shown in FIG.₁(1)_maxAnd I_Three(1)_maxThe relationship with
[0087]
[Expression 1]

It can be expressed as. Where α is the slope of the input / output characteristics of the first spatial light modulator (605), the intensity of the first semiconductor laser (607), the transmittance of the first polarizer (609), and the first detection. Β is a product of the transmittance of the second beam splitter (606) and the transmittance of the second lens (611).
[0088]
First, the two-dimensional identification pattern image (601) from the correlation image synthesizing means in the optical information processing system of the present invention is in a state where the first shutter (603) is open and the second shutter (622) is closed. The first lens (602) forms an image on the first spatial light modulator (605) via the first shutter (603) and the first beam splitter (604) and writes the image. The input / output characteristics of the first spatial light modulator (605) are linear.
[0089]
The identification pattern image written in the first spatial light modulator (605) is emitted from the first semiconductor laser (607), collimated into parallel light by the first collimator lens (608), and the first polarized light. It is read out by the reading light made only by the linearly polarized light component by the child (609). The read identification pattern image becomes a light intensity image by passing through the first analyzer (610) having the polarization axis rotated by 90 degrees with respect to the first polarizer (609). .
[0090]
The identification pattern image that is the light intensity image is transmitted through the second lens (611), separated into two light beams by the third beam splitter (612), and provided on each optical path. An image is formed and written on the second spatial light modulator (613) and the third spatial light modulator (623).
The identification pattern image written in the third spatial light modulation element (623), which is a threshold device capable of binarizing the input image with an appropriate threshold value, is obtained by the third spatial light modulation element (623). The light intensity is converted into a binarized image. The binarization threshold θ at this time is I_Three(1)_max/ 2.
[0091]
The binarized image by the third spatial light modulation element (623) is emitted from the third semiconductor laser (624), collimated into parallel light by the third collimator lens (625), and the third polarizer ( In 626), the readout light is read out with only the linearly polarized light component.
The read binarized image passes through the fourth lens (628), is separated into two light beams by the seventh beam splitter (629), and travels through the respective optical paths. One of them passes through the fourth analyzer (633) and is input to the light receiving recording unit (634), and the most significant bit of the two-dimensional identification pattern image data whose light intensity is converted into digital data is obtained.
[0092]
Next, the other identification pattern image separated by the third beam splitter (612) is written in the second spatial light modulator (613), emitted from the third semiconductor laser (624), 3 is collimated into parallel light by the collimator lens (625), and is read out by the readout light converted to only the linearly polarized light component by the third polarizer (626). The read image passes through the second analyzer (618), and is irradiated on the third lens (620) by the fifth beam splitter (619).
[0093]
The other binarized image separated by the seventh beam splitter (629) is a third analyzer (with a polarization axis in the same direction as the third polarizer (626)). 630) and is converted into a positive / negative inverted image. Furthermore, this positive / negative inverted image is transmitted through the variable ND filter (631), the light intensity is changed, and becomes a binary positive / negative inverted image with variable intensity. The light intensity of the binary positive / negative inverted image at this time is γ / 2. This γ is the product of the reflectance of the sixth beam splitter (627) and the transmittance of the seventh beam splitter (629). When the reflectance and transmittance of these beam splitters are equal, γ = 1. The binary positive / negative inverted image is irradiated to the third lens (620) by the second mirror (632).
[0094]
Then, in the third lens (620), the identification pattern image from the second spatial light modulator (613) and the binary positive / negative inverted image are superimposed to obtain a first sum image. The direction of this sum image is changed by the first mirror (621), and is written again to the first spatial light modulation element via the second shutter (622) and the first beam splitter (604). At this time, the first shutter (603) is closed and the second shutter (622) is in an open state, so that an image from the first lens (602) is not input and the first sum image is displayed. Only be entered.
[0095]
The first sum image written in the first spatial light modulator (605) is read out in the same manner as described above, and the first analyzer (610), the second lens (611), and the third image are read out. The data is written to the third spatial light modulator (623) via the beam splitter (612). The first sum image is binarized by the third spatial light modulator (623) with a threshold value higher than the threshold value when the identification pattern image is binarized first. The binarization threshold θ at this time is (3/4) I_Three(2)_maxIt is.
[0096]
The binarized image is read in the same manner as described above, and is received through the fourth lens (628), the seventh beam splitter (627), and the fourth analyzer (633). (634), the bit data next to the most significant bit of the two-dimensional identification pattern image data whose light intensity is converted into digital data, that is, the second bit of digital data is obtained.
[0097]
Similarly, by repeating such feedback, the input two-dimensional identification pattern image data can be obtained as n-bit two-dimensional digital image data.
The n-bit digital image data obtained in this way is recorded in the semiconductor memory element (514) by the light receiving recording unit (634) having the configuration illustrated in FIG.
[0098]
The image parallel light input device of the present invention illustrated in FIG. 20 is a two-dimensional / one-dimensional conversion and A / D for an identification pattern image input from a correlation image synthesizing means in a pattern recognition system using multiple correlations of the present invention. Since all the conversion processing can be performed by the optical system, the input image information can be stored in the semiconductor memory element in a very short time.
[0099]
Therefore, the entire pattern recognition system using multiple correlation according to the present invention, that is, the process from identifying the pattern image to storing it in the semiconductor memory element can be performed at a very high speed.
Of course, the present invention is not limited to the above examples. Various details are possible.
[0100]
【The invention's effect】
As described above in detail, the pattern recognition system using multiple correlation according to the present invention provides a new optical information processing system that can perform pattern recognition accurately and at high speed while reducing the number of components of the multiple optical system. Provided. By reducing the number of parts, precise adjustment becomes easy, system construction is simplified, and cost can be reduced.
[0101]
Further, the image parallel light input device which is a light detection means in the pattern recognition system using multiple correlation according to the present invention can greatly reduce the processing time required for two-dimensional / one-dimensional conversion and A / D conversion. Therefore, the entire pattern recognition system using multiple correlations, that is, the process from identifying the pattern image to storing it in the semiconductor memory element can be performed at a very high speed.
[Brief description of the drawings]
FIGS. 1A, 1B, 1C, and 1D are explanatory diagrams of a conventional optical information processing system for pattern recognition.
FIGS. 2A and 2B are main part configuration diagrams illustrating a conventional optical information processing system using a multiple correlation optical system. FIGS.
FIG. 3 is a block diagram showing the principal part of an embodiment of a pattern recognition system using multiple correlation according to the present invention.
FIG. 4 is a main part configuration diagram illustrating a multiple imaging optical system by Hamana et al.
FIG. 5 is a block diagram illustrating a main part of a pattern recognition system using multiple correlation, which is an embodiment of the present invention, using two readout lights having different wavelengths.
FIG. 6 is a block diagram illustrating the main part of a pattern recognition system using multiple correlation, which is an embodiment of the present invention using polarized light as readout light.
7 is an enlarged cross-sectional view illustrating the structure of the optically writable nonlinear spatial light modulator in FIG. 6. FIG.
FIG. 8 is a block diagram illustrating the main part of a pattern recognition system using multiple correlation, which is another embodiment of the present invention using polarized light as readout light;
9 is an enlarged cross-sectional view illustrating the structure of the reflective spatial light modulator in FIG.
FIG. 10 is a main part configuration diagram showing an example of a first irradiation optical system in a pattern recognition system using multiple correlation according to the present invention.
FIG. 11 is a main part configuration diagram showing another example of the first irradiation optical system in the pattern recognition system using multiple correlation according to the present invention;
FIG. 12 is a schematic diagram showing an example of a second irradiation optical system when a transmissive spatial light modulator is used as a light writing spatial light modulator in the pattern recognition system using multiple correlation according to the present invention; FIG.
FIG. 13 is a block diagram showing an example of a second irradiation optical system when a reflective spatial light modulator is used as the optical writing spatial light modulator in the pattern recognition system using multiple correlation according to the present invention. FIG.
14 is an enlarged configuration diagram illustrating the irradiation unit constituting the second irradiation optical system of FIG. 13 in an enlarged manner.
FIG. 15 is a diagram showing another example of the second irradiation optical system when a reflective spatial light modulation element is used as a light writing spatial light modulation element in the pattern recognition system using multiple correlation according to the present invention. FIG.
16 is an enlarged configuration diagram illustrating an irradiation unit constituting the second irradiation optical system of FIG. 15 in an enlarged manner.
FIG. 17 is a main part configuration diagram showing an example of an image parallel light input device according to the present invention;
FIG. 18 is a main part configuration diagram illustrating the configuration of the light receiving and recording unit in the image parallel optical input device of the present invention, and FIG. 18 (a) corresponds to one pixel provided with a Schmitt trigger as an electric signal amplifying means. It is a block diagram of a light receiving pixel, (b) is a block diagram of the light receiving pixel corresponding to 1 pixel provided with the buffer as an electric signal amplification means, (c) is a light receiving pixel corresponding to all the pixels. It is a block diagram
19 is an input light intensity showing input / output characteristics for each feedback of the first spatial light modulation element and the second spatial light modulation element used in the image parallel light input device of the present invention illustrated in FIG. 17; It is a relationship diagram with output light intensity, (a), (b), (c) shows the input / output characteristics of the first spatial light modulator for the first, second, and third feedback, respectively. (D), (e), and (f) show the input / output characteristics of the second spatial light modulator for the first, second, and third feedback, respectively.
FIG. 20 is a main part configuration diagram illustrating a specific configuration of an image parallel light input device according to the invention;
[Explanation of symbols]
1 First lens array
2 Weight mask array
3 Fourier transform lens
4 Optical branching means
5 Reflective image input means
6 Identification filter array
7 Second lens array
8 Optical writing type spatial light modulator
9 Light detection means
10 First readout light
11 Second readout light
12 Dichroic mirror
13 Optical writing type spatial light modulator
14 Optical writing type binary spatial light modulator
15 Input image
16 Output image
17 Polarizing beam splitter
18 Optical writing type non-linear spatial light modulator
19 Mirror
20 Nonlinear light absorption / transmission materials
21 1/4 wave plate
22 Polarized readout light
23 Reflective spatial light modulator
24 Identification filter recording material
101 Input side
102 First Fourier transform lens
103 Identification filter
104 Second Fourier transform lens
105 Photodetector
201 Input image
202 Imaging lens
203 1st spatial light modulation element
204 lens
205 first lens array
206 Second spatial light modulator
207 First Fourier transform lens array
208 Identification filter array
209 Second Fourier transform lens array
210 Spatial light modulator with first nonlinear response
211 first weight mask array
212 Spatial light modulator with second nonlinear response
213 second weight mask array
214 Spatial Light Modulator with Third Nonlinear Response
301 first lens array
302 Fourier transform lens
303 Spatial Light Modulator
304 Second lens array
305 Multiple imaging plane
306 Reading light
401 Semiconductor laser array
402 Fourier transform lens
403 Lens array
404 Optical writing type spatial light modulator
405 Flat half mirror
406 Semiconductor laser
407 Identification filter array
408 lens
409 Support stand
410 concave half mirror
501 Image switching means
502 first spatial light modulator
503 1st image separation means
504 Second spatial light modulator
505 Third spatial light modulator
506 Second image separation means
507 Strength variable inversion means
508 Image composition means
509 Image light pre-processing unit
510 Light-receiving and recording unit
511 light receiving element
512 Schmitt trigger
513 Shift register
514 memory
515 buffer
516 signal line
517 Address line
518 Light receiving pixel
601 Identification pattern image
602 first lens
603 1st shutter
604 first beam splitter
605 First spatial light modulator
606 Second beam splitter
607 First semiconductor laser
608 First collimator lens
609 first polarizer
610 First analyzer
611 Second lens
612 Third beam splitter
613 Second spatial light modulator
614 Second semiconductor laser
615 Second collimator lens
616 Second polarizer
617 Fourth beam splitter
618 Second Analyzer
619 Fifth beam splitter
620 Third lens
621 first mirror
622 Second shutter
623 Third spatial light modulator
624 Third semiconductor laser
625 Third collimator lens
626 Third polarizer
627 Sixth beam splitter
628 Fourth lens
629 Seventh beam splitter
630 Third Analyzer
631 Variable ND filter
632 second mirror
633 Fourth Analyzer
634 Light-receiving recording unit
635 Fifth Analyzer

Claims

An optical information processing system for pattern recognition,
Reflective image input means for storing an input image and reflecting the first readout light ;
The first readout light is irradiated from the direction opposite to the direction in which the input image is input, divided into a plurality of parts, and then the reflective image input unit is illuminated from a plurality of angles via a Fourier transform lens, and the reflection is performed. Split irradiation means for reproducing the input image recorded in the mold image input means by a plurality of divided first read lights into a plurality of images, and
Each duplicate input image included in the first readout light reflected from the reflection-type image input means and traveling through the Fourier transform lens, and each image representing different feature amounts of the identification target object recorded in advance It performs multiple correlation operation, and multiple correlation operation means for obtaining a multi-correlation image,
The multi-correlation image included in the second readout light that travels in the direction opposite to the traveling direction of the first readout light that travels reflected by the reflective image input means and passes through the Fourier transform lens is reflected and focused. by the correlation image synthesizing means for synthesizing as one of the identification pattern image,
Photodetection means for storing the identification pattern image synthesized by the correlation image synthesis means in the semiconductor memory element ;
A pattern recognition system using multiple correlation, characterized by comprising:

2. The pattern recognition system according to claim 1, wherein an optical writing type binary spatial light modulator is provided between the correlation image synthesis means and the light detection means.

3. The pattern recognition system using multiple correlation according to claim 1 or 2, wherein an optical writing type spatial light modulation element is provided as the reflection type image input means.

The pattern recognition system using multiple correlation according to any one of claims 1 to 3, wherein the divided irradiation means includes a lens array.

2. The split irradiation means has an irradiation optical system comprising a semiconductor laser array, or an irradiation optical system comprising a semiconductor laser array and a lens array provided in front of the semiconductor laser array in the laser beam traveling direction. A pattern recognition system using any one of the multiple correlations 3 to 3.

Irradiation comprising a plurality of irradiation units in which the correlation image synthesizing means is composed of an irradiation optical system comprising a semiconductor laser array, or a semiconductor laser and a flat or concave half mirror installed with respect to the light emitting point of the semiconductor laser. 6. A pattern recognition system using multiple correlation according to claim 1, comprising an optical system.

The multiple correlation calculation means has an identification filter array arranged on the focal plane of the Fourier transform lens, and a second lens array arranged at the same plane position as the first lens array in the divided irradiation means. A pattern recognition system using the multiple correlation according to claim 1.

8. The pattern recognition system using multiple correlation according to claim 1, wherein the correlation image synthesizing unit includes an optical writing type spatial light modulation element, an optical branching unit, and a weight mask array.

The multiple correlation calculation means is disposed on the focal plane of the Fourier transform lens, has a transmittance distribution necessary for performing correlation calculation with respect to the wavelength of the first readout light, and the second readout light. An identification filter array formed of a dye material having a uniform transmittance distribution with respect to the wavelength of the second lens array, and a second lens array disposed at the same plane position as the first lens array in the divided irradiation means And a correlation image synthesizing means is formed so as to transmit the wavelength of the first writing light and reflect the wavelength of the second reading light. 6. The pattern recognition system using multiple correlation according to claim 1, further comprising a dichroic mirror and a weight mask array.

The optical writing type nonlinearity in which the correlation image synthesizing means has a structure in which a light absorption / transmission material whose light absorption and transmission characteristics are not linearly related to the incident light intensity is sandwiched between a mirror and a quarter-wave plate. 8. A pattern recognition system using multiple correlation according to claim 1, comprising a spatial light modulator, a polarization beam splitter, and a weight mask array.

The multiple correlation calculation means has a reflective spatial light modulator having a structure in which an identification filter recording material having a transmittance distribution and a refractive index distribution necessary for an identification filter is sandwiched between a mirror and a quarter-wave plate. 6. The pattern recognition system using multiple correlation according to claim 1, wherein the correlation image synthesizing means includes the reflective spatial light modulator, a polarization beam splitter, and a weight mask array.

12. An image parallel light input device for digitally storing an input image in a semiconductor storage element, used as light detection means in the pattern recognition system using multiple correlation according to claim 1, comprising: an image light pre-processing unit; A light reception recording unit, and the image light pre-processing unit selectively switches between an image input to the image light pre-processing unit and an image fed back inside the image light pre-processing unit. Means, a first spatial light modulation element for writing the image selected by the image switching means, and a second for temporarily holding the image written in the first spatial light modulation element A spatial light modulation element, a third spatial light modulation element for converting an image written in the first spatial light modulation element into a binary image, and binarization of the third spatial light modulation element Invert the image positively and negatively Intensity variable reversing means for adjusting to light intensity, image combining means for combining the image output from the second spatial light modulation element and the image output from the intensity variable reversing means, It comprises at least one image separating means for inputting an image written in one spatial light modulation element to the second spatial light modulation element, the third spatial light modulation element, and the light receiving recording unit. An image parallel optical input device.

13. The image according to claim 12, wherein the light receiving recording section comprises a light receiving element for converting an optical signal into an electric signal, an electric signal amplifying means for amplifying the electric signal from the light receiving element, a shift register, and a semiconductor memory element. Parallel optical input device.

13. The image parallel light input device according to claim 12, wherein the image input from the image light pre-processing unit to the light receiving recording unit is an image from the first spatial light modulation element that has passed through the image separation unit.

The image parallel light input device according to claim 12, wherein the image input from the image light preprocessing unit to the light receiving recording unit is an image from the third spatial light modulator.