JPH0272336A - 光学的相関処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、光計Δ−１、或いは、光情報処理装置等に利
用される光学的相関処理装置に関するものである。

〔発明の概要〕

本発明は、少なくとも、コヒーレント光を発生させる手
段と、比較すべき２つの画像情報をコヒーレント画像に
変換させる手段と、非線形光学結晶等の位相共役波を発
生させる手段と、前記位相共役波により前記２つの画像
の和と差の画像パターンを得る手段と、前記和と差の画
像パターンを夫々フーリエ変換させるレンズと、前記レ
ンズからの光を夫々受光する手段と、前記受光後の２つ
の画像パターンを再び前記コヒーレント画像に変換させ
る手段に移す手段により、比較すべき２つの画像情報の
自己相関ピークを消去させ、相互相関ピークのみを抽出
する事で、入力画像の相対位置に依らず、しかも極めて
Ｓ／Ｎ良く相互相関ピークを得る事のできる光学的相関
処理装置を提供するものである。

〔従来の技術〕

従来の相関検出方法には、２つの方法があった。

１つは、旧来より知られている［■関フィルタをホログ
ラフィで作製する方法と、他の１つは、２つのコヒーレ
ント画像のレンズによるフーリエ変換の強度パターンを
再びフーリエ変換し、自己ｔｍ関と相互相関を同時に得
る方法である。（特開昭５７−１３８６１６．５７−２
１０３１６．５８−〔発明が解決しようとする課題〕 しかしながら、前者の方法では、比較画像のフーリエ変
換パターンのホログラフィを作製する必要があり、手間
が多く、又、適した空間変調器がない為、写真に撮るな
ど実時間性に乏しかった。

一方、後者の方法では、比較画像を液晶テレビに描くな
どの方法を撮る事により、草丈時間的動作が可能になっ
たが、２つの比較画像を実質上、空ｌ５ｊｌ的に分離さ
せておく必要があり、その分、光学系が大きくなるか、
分解能を下げる必要があった。

又、２つの比較画像の一方が、他方に対して動いている
場合など、極端に視野領域がせばめられ、精密な位置合
わせなどに利用できなかった。

〔課題を解決するための手段〕

上述の問題点を解決する為に、本発明の光ト目関器では
、少なくとも、コヒーレント光を発生させる手段と、比
較すべき２つの画（象情報をコヒーレント画像に変換さ
せる手段と、非線形光学結晶等の位相共役波を発生させ
る手段と、前記位相共役波を発生させる手段により前記
２つの画像の和と差の画像パターンを得る手段と、前記
用と差の画像パターンを夫々フーリエ変換させるレンズ
と、前記レンズからの光を夫々受光する手段と、前記受
光後の２つの画像パターンを再び前記コヒーレント画像
に変換させる手段に移す手段により、Ｆ０互相関ピーク
のみを得る様にした。

〔作用〕

上記の様に、２つの画像の和と差のフーリエ変換パター
ンの夫々の強度パターンを、光学的に位相し位相共役波
により１８０°だけずらせて重ねた後、さらにフーリエ
交換させるので、自己柱１関ピークを消失させ相互相関
ピークのみを高いＳ／Ｎ比で検出できるので、入力画像
の相対位置に依らず、精確に、２つの画像の位置関係を
把える事ができると共に、位相共役波を用いて、差算、
並びに位を目ずらしを行っているので、外乱に強い安定
な演算ができる。

〔実施例〕

以下、本発明をその実施例に基づいて詳しく説明する。

第１図は、本発明に係わる光相関器の一例を示す図であ
る。アルゴンイオンレーザ等のレーザ１により発生され
たコヒーレント光１ａを、ビームエキスパンダー２によ
り、ビーム径を拡げ平行光とし、ビームスプリッタ３を
経て、ビームスプリッタ４に入射させる。ビームスプリ
ッタ３．４の透過率、並びに反射率は、各々５０％とす
る。

ビームスプリッタ４で反射した光は、液晶テレビなどの
空間変調器６に描かれた第１の入力画１象６ａを経て、
ミラー８により反射され、レンズ１０゜ミラー１１を経
て、ＢａＴｉＯ３などの非線形光学結晶１２に入射され
、人力画像６ａを、結晶の表面に結像させる。一方、ビ
ームスプリッタ４を透過した光は、前記入力画ｆ１６ａ
と光学的に等価な点に置かれた液晶テレビなどの空間変
調器５に描かれた第２の入力画像５ａを経て、ミラー７
により反射され、レンズ９を経て、前記非線形光学結晶
１２に入射され、入力画像５ａを、結晶の表面に結像さ
せる。非線形光学結晶１２としてＢａＴｉｅ、を用いた
場合には、Ｃ軸に垂直な面に対して、前記第１の人力画
像６ａを約１５°位、前記第２の人力画像５ａを約１９
″位で入射させるのが望ましい。この非線形光学結晶１
２て発生された位相共役波は、入射経路と同じ経路を経
てビームスプリッタ４、並びにビームスプリッタ３に入
射される。この時、０ｐｔｉｃａｌ　Ｅｎｇｌｎｅｅｒ
ｉｎｇ　Ｈａｙ　’　８８　Ｖｏｌ、２７　Ｎｏ、５３
８５に示されている様に、ビームスプリッタ４を経て入
射された軸に対し、垂直な方向に出射された光は、人力
画像５ａ、６ａの位置をビームスプリッタ４で折り返し
た点Ａに結像し、強度としては、 ＩＡ　−Ｉｔ　ＩＥＩ２１ρ１２ＲＴＩＴ＋　（Ｘ、Ｙ
）−Ｔ２（Ｘ、Ｙ）　＋２−（１）を与える。一方、ビ
ームスプリッタ４を経て、入射された軸方向に出射され
た光、即ち、ビームスプリッタ３により反射され、入射
された軸方向に対し垂直な方向に出射された光は、同様
に、入力画像５ａ、６ａの位置をビームスジ１ルソタ３
て折り返した点Ｂに結像し、強度としては、ＩＢ　＝Ｉ
＋　Ｒ＋　ＩＥＩ２１ρｌ　２１　ＴＴＩ　（Ｘ、Ｙ）
　−ＲＴ２　（Ｘ、Ｙ）　ｌ　２・・・（２）を与える
。

（１）式、（２）式において、Ｉ＋、Ｒ＋は夫々ビーム
スプリッタ３の透過率、反射率を表し、Ｔ、Ｒは、夫々
ビームスプリッタ４の透過率、反射率を表す。又、ρは
、位相共役鏡の反射係数を表す。又、Ｅは、入射光の振
幅を表す。又、ＴとＴ２は入力画１象５．６の透過分布
を表す。

さて、ビームスプリッタ３と４の透過率と反射率を夫々
５０％にすると、 ＩＡ　−１／ｇ　ｌ　Ｅ　１２１ρｌ　２１　Ｔ、　（
Ｘ、Ｙ）　−Ｔ２　（Ｘ、Ｙ）　＋　２　　　・・・（
４）ＩＢ−１／１ＢＩＥ１２１ρ１２１Ｔｌ（Ｘ、Ｙ）
−Ｔ２（Ｘ、Ｙ）＋２・−（５）となる。

こうして、点Ａに結像された画像は、入力画像５ａ、６
ａの差となり、一方、点Ｂに結像された画像は、入力画
像５ａ、６ａの和となる。

次に、フーリエ変換レンズ１３．１４を夫々、点Ａと点
Ｂが前焦点となる位置に配置すると、後焦点面は、夫々
の画像のフーリエ変換面となる。

この位置にＣＯＤ等の受光素子１５．１６を置き、さら
に受光素子の感度を、左方の入力がない時に、両方の受
光素子１５．１６の出力が同じになる様に調整しておく
。この結果、フーリエ変換面での強度は、 ｌｘ’　−ａ　ｌ　Ｆ　（Ｔ＋　（Ｘ、Ｙ）　　Ｔ２（
Ｘ、Ｙ）　）　ＲＩｅ　’　−Ｑ　Ｉ　Ｆ　（Ｔ＋　（
Ｘ、Ｙ）　＋Ｔ２　（Ｘ、Ｙ）　）　１２となる。（６
）式（７）式においてαは、比例定数で、入力光強度位
相共役鏡の反射係数、受光素子感度等によって決定され
る量である。

次に、受光素子１５．１６で受光された夫々のフーリエ
変換画像を、コンピュータのフレームメモリ１７に送り
画像を蓄積する。この画像を再び、液晶テレビ等の空間
変調器５．６に、夫々のフーリエ変換の強度パターンの
画像を書き込む。以後・・・（６） ・・・（７） のプロセスは、上記したので、省略するが、非線形光学
結晶１２で、発生された位相共役波により、再び、点Ａ
には、フーリエ変換同志の差の画像が、ＩＡ　　−１３
（Ｆ　（Ｔ、　（Ｘ、Ｙ）　Ｔ２ｖ（Ｘ、Ｙ）　＋ＴＩ
ｖ（Ｘ、Ｙ）　Ｔ２（Ｘ、Ｙ））・・・（８） として、又、点Ｂには、同様にして、フーリエ変換同志
の和の画像が、 １、　−β（Ｆ　（Ｔ＋　（Ｘ、Ｙ）　２＋７２　（Ｘ
、Ｙ）　２）として出力され、これが再び、レンズ１３
．１４により、フーリエ変換されるので、受光素子１５
．１６の出力は、 ■〆’ｏｃＴｌ　（Ｘ、Ｙ）　＊Ｔ２　（Ｘ、Ｙ）Ｉｓ
　””Ｔ＋　（Ｘ、Ｙ）　＊Ｔ＋　（Ｘ、Ｙ）　＋Ｔ２
　（Ｘ、Ｙ）☆Ｔ２（Ｘ、Ｙ）となる。

ここで、☆は、相関演算を表わす。

この様に、受光素子１５からは、相互相関出力のみを、
受光素子１６からは、自己相関出力の２１を得る事がで
きる。

従って、受光素子１５上には、自己相関の光強度は全く
現われないので、２つの比較画像の一方・・・（９） ・・・（１０） ・・・（Ｕ） が他方に対して動いている場合においても、相互相関ピ
ークが、自己相関ピークに埋もれる事がなくなる。この
為、常に目標を追尾する事が可能であり、目標の絶対位
置座標を導出でき、精密な位置合わせなどに利用できる
。又、スペックルや各素子上のゴミなどにより、式（６
）、式（７）に同時に乗ったノイズ等が消去されるので
、擬似的な相関ピークなどによる識別誤りがなくなると
同時に、Ｓ／Ｈの高い検出が可能となる。

第２図は、この発明の光相関器の他の実施例の構成図で
ある。

前記実施例において用いられた液晶テレビなどの空間変
調器５．６を入力画像を透過度分布の形で記録した写真
フィルム１８．１つとし、受光素子１５．１６の替わり
に、出力像を透過度分布の形で記録できる写真フィルム
２０．２１とする。

出力１！１を得るまでの手続きは、前記実施例と同じな
ので省略する。この場合、出力「象が描かれた後、写真
フィルム２０．２１を移動させ、写真フィルム１８．１
つの替わりに配置して、再び前記実施例と同様の手続き
で出力像を得れば、自己ｔ［１関ピークと相互相関ピー
クを分離して得る事ができるのは、前記実施例と同じで
ある。この場合、例えば、物体内部の欠陥や人体内部を
撮影したＸ線写真の乾板を、入力像とする事で、実時間
性は、失なわれるものの特殊な波長域での情報を得る事
ができる。又、写真乾板の分解能、コントラスト比は、
通常、液晶等の空間変調器に比べ高いので、より細部の
一致度を瞬時にして比較できる。

〔発明の効果〕

以上述べた様に、ホログラフィなどの手段を用いず、自
己相関項を消去し、相互相関項のみを検出できるので、
任意に運動する目標物を常に追尾でき、目標の絶対位置
座標を導出でき、精密な位置合わせなどに利用できる。

又、各素子のゴミや傷、或いは、スペックルなどの雑音
が除去され、高いＳ／Ｎて、相互相関を得る事ができる
。

実施例の構成図。

第２図は、本発明に係る光学的相関処理装置の他の実施
例の構成図。

・・・レーザ ・・◆ビームエキシパンダー ・・・ビームスプリッタ ・・・空間変調器 １・・ミラー ・・・レンズ ・・・非線形光学結晶 ・争・フーリエ変換レンズ ・・・受光素子 拳・・フレームメモリ ２０．２１ 舎争争写真フィルム 以上 １　・　・　・　・ ２　・　・　・　・ ３．４　・　・ ５．６・　・ ７．８、１ ９、１０　・ １２　・　・　・ １３、１４ １５、１６ １７　・　・　・ １８、１９．

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に係る光学的相関処理装置の出願人　
セイコー電子工業株式会社

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　２次元画像中から、コヒーレントな光学相関処理を施
   し、所要の目的物を自動的に識別する光学的相関処理装
   置において、少なくとも、コヒーレント光を発生させる
   手段と、比較すべき２つの画像情報をコヒーレント画像
   に変換させる手段と、非線形光学結晶等の位相共役波を
   発生させる手段と、前記位相共役波により前記２つの画
   像の和と差の画像パターンを得る手段と、前記和と差の
   画像パターンを夫々フーリエ変換させるレンズと、前記
   レンズからの光を夫々受光する手段と、前記受光後の２
   つの画像パターンを再び前記コヒーレント画像に変換さ
   せる手段に移す手段とを具備してなる事を特徴とする光
   学的相関処理装置。