JPH04503721A - Optical correlation system and method - Google Patents
Optical correlation system and methodInfo
- Publication number
- JPH04503721A JPH04503721A JP51158789A JP51158789A JPH04503721A JP H04503721 A JPH04503721 A JP H04503721A JP 51158789 A JP51158789 A JP 51158789A JP 51158789 A JP51158789 A JP 51158789A JP H04503721 A JPH04503721 A JP H04503721A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- matched filter
- optical
- normalization
- input image
- optical correlation
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Landscapes
- Image Analysis (AREA)
- Holo Graphy (AREA)
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。 (57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.
Description
【発明の詳細な説明】 光学相関システムおよびその方法 技術分野 本発明は、一般に、ロボット視覚および目標物の存在を検出するマツチド・フィ ルタを用い、該目標物の位置および大きさなどの外観の情報を抽出する光学相関 システムに関し、特に、平行光学処理を主に利用するロボット視覚システムに用 いて好適な光学相関システムに関する。[Detailed description of the invention] Optical correlation system and method Technical field The present invention generally relates to robot vision and a matted field for detecting the presence of objects. Optical correlation that extracts appearance information such as the position and size of the target object using a router. systems, particularly for robot vision systems that primarily utilize parallel optical processing. and a preferred optical correlation system.
従来の技術 ロボット視覚システムの研究および利用は、商業活動および軍用活動の両方にお いて、その興味とともに加速的に増大している一分野である。現在の商業利用は 、機械操作および生産ラインに対して確認されている。先行技術においては、ロ ボット・マニニビル−タは、塗装やスポット1接を含む単純な作業を行なう比較 的に大規模な組み立てラインに利用された。これらの機械は、一般に、高水準の プログラム命令の組みによって動作しており、取扱われた部材の位置決めや方同 付けはかなり正確でありた。通常、上述したマユ1ビル−タのプログラミングは 比較的、複雑であり、プログラムは部材の位置決めが比較的、正確な許容@差内 に保たれる場合のみに有用である。Conventional technology The research and use of robotic vision systems has implications for both commercial and military operations. This is a field that is rapidly increasing in interest. Current commercial use , confirmed for machine operations and production lines. In the prior art, The Bot Manini builder is a comparative model that performs simple tasks including painting and spot contact. was used for large-scale assembly lines. These machines are generally of high standard. It operates according to a set of program instructions, and the positioning and direction of the handled parts are determined. The markings were quite accurate. Normally, the programming of the Mayu 1 builder mentioned above is The program is relatively complex and allows the positioning of parts to be within relatively accurate tolerances. useful only if kept at .
近年、さまざまな感覚上の能力の増加によって上述したマニ二ビ一レー夕の柔軟 性を増加させようとする試みがなされている。触覚能力および聴覚能力が、本願 発明に関わるような視覚能力に加えて現在、開発されている。ランデ(gang s)が発見し、かつ制作した光および双眼鏡視覚技術(llght and b inocular visiontechn14ues)が上述したロボット視 覚システムに用いられている。しかしながら、これらのシステムは、特に、目標 物の存在確認、およびその目標物の位置および方向の決定を要求する応用に育盛 であるものはない。さらに、周知のロボフ)視覚システムは、視覚による探知か ら目標物の存在を確認するまでにかなりの処理時間を必要とする。多くのロボッ トまたは機械視覚システムが、特別な目的の仕事を行なうためのそれらの能力に 関して、先行技術内に開示、分析されている。In recent years, the increase in various sensory abilities has increased the flexibility of the manicure Attempts have been made to increase sex. Tactile and auditory abilities are In addition to the visual abilities involved in inventions, they are currently being developed. Rande (gang) Light and binocular vision technology discovered and created by (llight and b) The robot vision described above by inocular vision technology 14ues) It is used in the sensory system. However, these systems specifically Developed into applications that require confirmation of the existence of an object and determination of the location and orientation of that target. There is nothing that is. Furthermore, the well-known Lobov) visual system It takes a considerable amount of processing time to confirm the existence of a target object. many robots or machine vision systems in their ability to perform special purpose tasks. This is disclosed and analyzed in the prior art.
これらのシステムは、通常、アナログ装置からなるセンサと、デジタルからなる 処理および関節制御とが混成している。この技術のさらなる分岐点は、デジタル とアナログとによる目標物の認識の選択である。デジタルシステムは、しばしば 、大きさおよび外観に対応する目標物および部分を解決するビデオ大刀およびア ルゴリズムに頼っている。記憶ライブラリは、コンビ二一タメモリの容量によっ てのみ限定される。幾つかの光学的なシステムの殆どは電子処理にある程度、頼 っている。These systems typically consist of sensors consisting of analog devices and digital There is a mix of processing and joint control. A further branch of this technology is the digital This is a selection of target object recognition using analog and analog methods. Digital systems are often , video taikan and tools that solve targets and parts corresponding to their size and appearance. It relies on algorithm. The storage library depends on the capacity of the computer memory. limited only. Most of the several optical systems rely to some extent on electronic processing. ing.
スパイト(Splgbt)による米国特許のNo、 4.462.046には、 コンビ二一夕に制御されたビデオカメラやオフ−軸の視界がコンビ二−タ内のブ ロセフサに記憶されている光学視覚システムが開示されている。高速フーリエ変 換(FFT)は、コンピュータ内でビデオ分析およびビデオ処理を行なう。この 上うなシステムでは、せいぜい1秒当たり3oフレームに制限される。U.S. Patent No. 4.462.046 by Speight (Splgbt) A video camera and an off-axis view are controlled by the combination unit. An optical vision system stored in a Losefsa is disclosed. fast fourier transformation FFT performs video analysis and processing within a computer. this Such systems are limited to at most 3o frames per second.
スパイトの7ステムに対して、この発明は、その光学的な処理を光速に近い速度 て実行する。多くの興なる目標物の多くの外観は、単一複合マツチド・フィルタ 内に記録され、それらのフィルタは、複数の目標物を操作するために特別にデザ インされている。さらに、この発明の有利な点は、ポログラム・レンズが多くの 目標物および多くの景色(VIIJS)の双方または一方を光学的に並行して処 理するように特別にデザインされたことと、目標物の外観の程度が所望する分解 能で測定できることにある。This invention enables optical processing of Speight's 7 stems at speeds close to the speed of light. and execute it. Many appearances of many interesting objects can be achieved with a single compound matt filter. and their filters are specially designed to handle multiple targets. It's been in. Additionally, an advantage of this invention is that porogram lenses can Optically parallel processing of objects and/or many scenes (VIIJS) be specifically designed to handle the desired decomposition and the degree of target appearance desired. It lies in the fact that it can be measured in terms of ability.
グルメ(Grumet)による米国特許No、 3.779.492は、本願発 明にとって重要であり、すなわち本発明と同様なマツチド・フィルタ相関システ ムを開示している。U.S. Patent No. 3.779.492 by Grumet This is important for the The system is disclosed.
このなかでは、フヒーレントな光学信号処理装置が、周知の目標物に対して用い られている。上述の77チド・フィルタは、1組のマツチド・フィルタを備えて おり、このマツチド・フィルタは、別々に、空間に広がる高周波および低周波を 処理する。この出力は、論理的なAND操作で結合され、目標物は、正確な大き さと外観に対して、同じくらい微細な特徴のために調べられる。マツチド・フィ ルタの組の光学的なメモリバンクは、目標物の方位角および仰角の双方における 、すなわち目探物認m櫛形フィルタバンクを形成する、目標物の分解可能な全て の面(VIEW)の回折パターンを含んでいる。上記認識バンクの全ての面は、 検出された対象がメモリバンク内の面のいくつかに記録されると、該対象が所望 する目標物であるか否かを判定するために、検出された対象の回折パターンに応 じて、光学的に、かつ対称的に調査される。In this, coherent optical signal processing equipment is used for well-known targets. It is being The above-mentioned 77-tide filter comprises a pair of matched filters. This matched filter separately detects high and low frequencies spread across the space. Process. The outputs are combined with a logical AND operation, and the target is It is examined for minute features as well as appearance. Matsutido Fi The optical memory bank of router sets is , that is, all the decomposable objects of the target form the visual detection m-comb filter bank. It includes a diffraction pattern of the plane (VIEW). All aspects of the above recognition bank are Once the detected object is recorded in some of the planes in the memory bank, the object is In order to determine whether the target is a target that are investigated optically and symmetrically.
発明の開示 この発明は、グルメ(Grumet)によるシステムを、いくつかの重要な事項 に関して向上させ、異ならせたものである。この発明の一実施例は、71チド・ フィルタのアレイの光学相関出力を授受するために逆フーリエ変換レンズ配列を 提供し、各光学相関出力が分割された検出器へ導かれる。グルメは、これに代わ り、共通の検出器上の出力の全てを検出する単レンズ29を図示している。また 、この発明は、正規化された信号を生成するために、独立したマツチド・フィル タの各々に対して正規化手段を提供する。また、グルメは、信号の正規化の必要 性を十分に理解していない。上記分割された検出器は、各出力信号を別々に増幅 し、各増幅器がその処理チャンネルの独立した正規化のために用いられるという 有利な点がある。また、グルメは、各マツチド・フィルタが、独立した別々の角 のある反応曲線を有し、公式化され、対象についての外観の情報を測定するため に応用できるということを理解していない。Disclosure of invention This invention improves the system by Grumet in several important respects. It has been improved and made different. One embodiment of this invention is 71 days. An inverse Fourier transform lens array to receive and receive the optical correlation output of the array of filters. and each optical correlation output is directed to a separate detector. Gourmet is an alternative to this. A single lens 29 is shown which detects all of the outputs on a common detector. Also , this invention uses independent matched filters to generate a normalized signal. Provide normalization means for each of the data. Gourmet also requires signal normalization. I don't fully understand sex. The above split detector amplifies each output signal separately and that each amplifier is used for independent normalization of its processing channel. There are advantages. In addition, Gourmet allows each mattified filter to have its own independent corner. has a reaction curve, is formulated, and is used to measure appearance information about a subject. do not understand that it can be applied to
この発明の操作の全体的な原理は、対象が認識され、その大きさ、位置および外 観が測定され、制御のための信号が生成されることにある。このシステムは、連 続した視野を通して、対象の同定、その大きさの測定、その対象の位置の測定、 外形の凹凸の測定および、もし必要ならば対象の速度の測定を可能にするために 光学的なマツチド・フィルタの特性を応用する。The overall principle of operation of this invention is that an object is recognized, its size, position and external The goal is to measure the visual field and generate signals for control. This system Identify the object, measure its size, measure the position of the object, and To be able to measure the irregularities of the contour and, if necessary, the velocity of the object. Apply the characteristics of optical matched filters.
ここに述べられた技術のとおりに、この発明は、入力された映像についての同定 およびその外観の情報をもたらすために、1つまたはそれ以上のマツチド・フィ ルタに記憶された光学的な情報と入力された映像とを光学的に比較するためのシ ステムを提供する。この入力映像は空間に広がる光変調器に入射され、コヒーレ ント光に変調される。複数の多重ホログラフィックレンズは、それに入射する空 間的に変調された放射ビームを有し、空間的に変調された放射ビームの複数の組 からなるフーリエ変換の配列を得るために、多重フーリエ変換を行なう。マツチ ド・フィルタに一致する配列は、対象の外観のフーリエ変換ナログラムからなる 各マツチ゛ド・フィルタとともに、それに入射するフーリエ変換の配列を有する 。As described herein, the present invention provides identification of input video. and one or more mattified fibres, to provide information on its appearance. A system for optically comparing the optical information stored in the router with the input video. Provide the stem. This input image is incident on an optical modulator that spreads out in space, and the coherence is modulated into light. Multiple multiplexed holographic lenses having a spatially modulated radiation beam, and a plurality of sets of spatially modulated radiation beams; Multiple Fourier transforms are performed to obtain an array of Fourier transforms consisting of . Matsushi The array matching the defilter consists of a Fourier transformed narogram of the object's appearance. With each matched filter, we have an array of Fourier transforms incident on it. .
また、各マツチド・フィルタは、マツチド・フィルタによって記録されたフーリ エ変換とともに、上記空間的に変調された放射ビームのフーリエ変換の相関の度 合いに依存する光学相関信号を通す。逆フーリエ変換レンズ・アレイは、マツチ ド・フィルタのアレイの光学相関出力を授受し、各光学相関出力に対して逆フー リエ変換を行なう。そして、検出器アレイは、各光学相関出力の逆フーリエ変換 を検出し、各光学相関出力を表す検出出力信号を生成する。Each matted filter also has a Fourier value recorded by the matted filter. The degree of correlation of the Fourier transform of the spatially modulated radiation beam above, along with the E transform It passes an optical correlation signal that depends on the alignment. The inverse Fourier transform lens array is transmits and receives the optical correlation outputs of the array of optical filters, and generates an inverse filter for each optical Perform the Rie transform. The detector array then performs the inverse Fourier transform of each optical correlation output. and generate a detection output signal representing each optical correlation output.
先の実施例によれば、検出出力信号は、入力映像に関する外観情報を測定するた めに、該信号の相対的な振幅を比較する処理回路において電気的に処理される。According to the previous embodiment, the detection output signal is used to measure appearance information about the input video. The signals are then electrically processed in a processing circuit that compares their relative amplitudes.
上記処理回路は、各検出出力信号に対する正規化増幅回路、各正規化された検出 出力信号をそれに一致したデジタル信号へ変換するためのアナgグ/デジタル変 換器および上記デジタル信号の振幅を比較するための比較器を備えている。The above processing circuit includes a normalization amplifier circuit for each detection output signal, a normalization amplifier circuit for each detection output signal, and a normalization amplifier circuit for each detection output signal. Analog/digital conversion to convert the output signal to a matching digital signal. and a comparator for comparing the amplitudes of the digital signals.
比較器の出力は、右移動または左移動するロボットの制御信号を生成する論理回 路において処理される。The output of the comparator is a logic circuit that generates a control signal for the robot to move right or left. processed in the road.
この発明は、光学相関システムにおlする分割されたマツチド・フィルタ・チャ ンネルの出力を正規化することが必要であることを明確にする。正規化は、各マ ツチド・フィルタ・チャンネルの検出器に対する分割された正規化増幅器によっ て、電気的に達成することができる。ここでは、各正規化増幅器のゲイ/は、複 数の独立したマツチド・フィルタの出力の差を補正するために設定される。代わ りに、正規化は、各独立したマツチド・フィルタ・チャンネルを通して処理され た光の振幅を調整することで、またはレーザの出力電力を調整することで、ある いは各マツチド・フィルタ・チャンネルの光路に回転自在に設けられた偏向フィ ルタからなる減衰フィルタによって光学的に達成できる。The present invention provides a split mated filter channel for use in an optical correlation system. Make it clear that it is necessary to normalize the output of the channel. Normalization is The divided normalization amplifier for the detector in the filter channel This can be accomplished electrically. Here, the gain/gain of each normalization amplifier is is set to compensate for differences in the outputs of a number of independent matched filters. substitute In other words, normalization is processed through each independent matched filter channel. By adjusting the amplitude of the transmitted light or by adjusting the output power of the laser, Alternatively, a deflection filter is rotatably installed in the optical path of each mated filter channel. This can be achieved optically by an attenuation filter consisting of a filter.
正規化関数は、通常、各マツチド・フィルタに対する差である、独立した角度反 応曲線と結び付けることができる。したがって、角度反応曲線は、各々の独立し たマツチド・フィルタに対して経験的にめられる。全ての角度反応曲線に対する 最大振幅信号は、角度反応曲線を正規化するために、等しく設定される。そして 、各正規化された角度反応曲線に対する視野の角度領域が決定される。これによ って、/ステムのための、所望された全体に渡る角度検出反応を生成することが 要求されたマツチド・フィルタの数が決定される。The normalization function is usually an independent angular inverse that is the difference for each matched filter. can be linked to the response curve. Therefore, the angular response curves This is empirically determined for matched filters. for all angular response curves The maximum amplitude signals are set equal to normalize the angular response curve. and , the angular region of the visual field for each normalized angular response curve is determined. This is it thus producing the desired overall angular sensing response for the /stem. The number of matched filters requested is determined.
図面の簡単な説明 図1は、この発明におけるティーチングに用いられ、かつ、操作の通常の原理を 示すロボット視覚システムの典型的な実施例の構成を示す透視斜視図である。Brief description of the drawing Figure 1 is used for teaching in this invention and shows the usual principle of operation. 1 is a transparent perspective view showing the configuration of an exemplary embodiment of the robot vision system shown in FIG.
図2は、空間に広がった周波数帯の幅に対するマツチド・フィルタの角度感度を 示す説l!I!図である。Figure 2 shows the angular sensitivity of the matched filter to the width of the frequency band spread in space. A theory to show! I! It is a diagram.
図3aおよび図3bは、所定のスケールサイズでの、映像の回転に対するマツチ ド・フィルタの感度を示す説明図である。Figures 3a and 3b show the matches for image rotation at a given scale size. FIG. 2 is an explanatory diagram showing the sensitivity of a filter.
図4は、対象物の向きの効果を示す単純な対象物体の平面図である。FIG. 4 is a plan view of a simple target object showing the effect of object orientation.
図5は、図4に示す対象物体の回転の効果を説明するためのフーリエ変換を示す 説明図である。Figure 5 shows a Fourier transform to explain the effect of rotation of the target object shown in Figure 4. It is an explanatory diagram.
図6は、マツチド・フィルタの角度Il!i度および、さらに特別な、対象物体 が取り得る3つの向きに対する3つのマツチド・フィルタの相関信号の角度感度 を示す図である。FIG. 6 shows the angle Il! of the matched filter. i degrees and more special objects of interest Angular sensitivity of the correlation signals of the three matched filters for the three possible orientations FIG.
図7は+7方同の角度からの画像がマツチド・フィルタ上へ記録されたシステム における相関信号を示す図である。Figure 7 shows a system in which images from the same angles in +7 directions are recorded on a matt filter. It is a figure showing the correlation signal in .
図8は、位置制御信号を生成するための信号処理回路を育する位置制御システム の構成を示すブロック図である。Figure 8 shows a position control system that develops a signal processing circuit for generating position control signals. FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of FIG.
図9は、分割されたアレイを有する検出器を備えた他の実施例の構成とともに、 各マツチド・フィルタ・チャンネルの出力を正規化するための光学的技術を示す 斜視図である。FIG. 9 shows the configuration of another embodiment with a detector having a segmented array. Demonstrates optical techniques for normalizing the output of each matched filter channel FIG.
図10は、対象物体に対して注目する興なる方向から見た面のためのMFメモリ バンクを用意するための構成の典型的な例を示す図である。Figure 10 shows the MF memory for the plane viewed from the direction of focus on the target object. FIG. 3 is a diagram showing a typical example of a configuration for preparing banks.
図11は、マツチド・フィルタの全ての角度感度曲線が振幅および角度のレンジ において等しいという理想的な状況下における角度感度曲線を示す図である。Figure 11 shows that all angular sensitivity curves of the matched filter have a range of amplitude and angle. FIG. 4 is a diagram showing an angular sensitivity curve under an ideal situation in which the angles are equal.
図12は、各マツチド・フィルタの角度感度曲線が振幅および角度の両レンジに おいて興なるという実際的な状況下における角度W&度曲線を示す図である。Figure 12 shows the angular sensitivity curves of each matched filter in both amplitude and angle ranges. FIG. 3 is a diagram illustrating an angle W & degree curve under a practical situation in which
図13は、各マツチド・フィルタに対して興なる角度レンジを得る、各曲線の振 幅のピークが等しい図12に示す感度曲線の正規化された角度感度曲線を示す図 である。Figure 13 shows the oscillation of each curve to obtain an interesting angular range for each matched filter. A diagram showing a normalized angular sensitivity curve of the sensitivity curve shown in FIG. 12 with equal width peaks. It is.
詳細な説明 この発明に関する要件および概念の多くがこの記述に用いられており、この発明 の操作の機能および一般的な原理の理解のために絶対必要なものである。さらに 、これらの概念のいくつかの特性が、以下に、冒頭に述べられている。detailed description Many of the requirements and concepts related to this invention are used in this description, and this invention is essential for understanding the functions and general principles of operation. moreover , some characteristics of these concepts are mentioned below at the beginning.
ホログラフィックレンズ(ML)は、拡散点放射源からの広がつな放射線と、点 源のホログラムを生成する平行放射ビームとの干渉パターンを記録することによ って作成される。ホログラムレンズが(フィルム上で記録され、処理された後に )照されると、そのホログラムレンズは点源を再生し、すなわち、それはレンズ のように振舞う。もし、記録する過程が初期に繰り返されると、点源のホログラ ムの列、または多重ホログラムレンズ(MHL)は、フィルム上に記録される。A holographic lens (ML) combines continuous radiation from a diffuse point source with a point By recording the interference pattern with a collimated beam of radiation that produces a hologram of the source. is created. After the hologram lens is recorded on film and processed ) When illuminated, that hologram lens reproduces a point source, i.e. it act like If the recording process is repeated initially, the point source hologram An array of hologram lenses, or multiple hologram lenses (MHL), is recorded on the film.
本願発明は、空間的に変調された入力、すなわちレーザ放射ビームのフーリエ変 換のアレイを生成するために、多重ホログラフィックレンズアレイのオフセブト 角度、位置および焦点距離におけるいくつかの分布の1つを利用する。一般に、 アレイの特別な要求は、注意が向けられている特定の問題によって決定される。The present invention utilizes a spatially modulated input, i.e. a Fourier transform of a laser radiation beam. Offset of multiplex holographic lens array to produce an array of One of several distributions in angle, position and focal length is utilized. in general, The particular requirements of the array will be determined by the particular problem being addressed.
要するに、ホログラフィックレンズは、景色または目標物体を照し出すレーザビ ームのフーリエ変換(FT)をとる。また、ホログラフィックレンズは、フーリ エ変換の多重セットを同時にとる。多重ホログラフィックレンズアレイは、通常 、マツチド・フィルタの類似の多重アレイに結合される。In short, a holographic lens is a laser beam that illuminates a landscape or target object. Take the Fourier transform (FT) of the system. In addition, the holographic lens Take multiple sets of transformations simultaneously. Multiple holographic lens arrays are typically , combined into a similar multiplex array of matched filters.
レンズが空間的に変調された平行なビームによって照射されると(すなわち、ビ ームが景色、目標物などのフィルムを通すことによって空間的に変調されると) 、レンズは目標物のフーリエ変換をフィルム上の焦点に生成する。これはレンズ の基本的な特性である。フーリエ変換が同一の光源からの平行(または参照)ビ ームに干渉されると、干渉パターンが生じる。これは、フーリエ変換ホログラム 、またはマツチド・フィルタ(MF)と呼ばれる。それは、入力された対象の光 学的な空間フィルタである。任意の情景がシステムを通して再生されると、マツ チド・フィルタは、上記のことを行なうために、対象を拾い出し通過させる。フ ィルタによって通過したしのぐは、再び、フーリエ変換され、′相関”面が生じ る。When the lens is illuminated by a spatially modulated parallel beam (i.e. (when the image is spatially modulated by passing the film through the scenery, objects, etc.) , the lens produces a Fourier transform of the target to a focal point on the film. this is a lens This is the basic characteristic of Parallel (or reference) views from the same light source whose Fourier transforms When interfered with by a system, an interference pattern is created. This is a Fourier transform hologram , or called a matched filter (MF). It is the input target light It is a scientific spatial filter. When any scene is played through the system, the pine The Tido filter picks out objects and passes them through to do the above. centre The signal passed through the filter is Fourier transformed again, creating a ``correlation'' surface. Ru.
もし、マツチド・フィルタの目標物があるならば、鋭い相関信号が生じるのに対 して、目標物がないならばブロードな小さい相関信号が相関面に生じる。If there is a matched filter target, a sharp correlated signal will result, whereas Therefore, if there is no target, a broad small correlation signal will be generated on the correlation surface.
この発明は、対象の回転または大きさに対するマツチド・フィルタの@度を用い ている。それらの外観(すなわち、対象が興なる角度で、または翼なる距離で、 または具なる大きさ)のいずれかが変化すると、相関信号が変化する。This invention uses the degree of the matched filter for the rotation or size of the object. ing. their appearance (i.e. at the angle at which the object appears, or at the distance at which it appears), or a specific magnitude) changes, the correlation signal changes.
図1は、この発明の技術に従ったマツチド・フィルタのメモリバンクに用いられ る光学相関器の構成を示す透視斜視図である。目標物lOは光学相関器に対する 動き回る入力で、入力レンズ12によって空間光変調器(SLM)14上に映像 化される。この空間変調器(SLM)14は、レーザ16からのレーザビーム上 へ映像を空間的に変調する。映像は#118およびビーム分割器20によって上 記空間変調器14へ直接入力される。空間的に変調されたレーザビームは、多重 ホログラフィックレンズ22によってフーリエ変換され、マツチド・フィルタ( MFs)24の対応するアレイへ向けられる。逆フーリエ変換レンズアレイ26 は、MFs24の出力を逆フーリエ変換し、その出力を検出器アレイ28へ供給 する。その出力信号は、出力制御信号を生成するために、30(詳細は後述する )で電気的に処理される。FIG. 1 shows a memory bank used in a matched filter according to the technique of the present invention. FIG. 2 is a transparent perspective view showing the configuration of an optical correlator. The target lO is relative to the optical correlator With a moving input, an image is projected onto a spatial light modulator (SLM) 14 by an input lens 12. be converted into This spatial modulator (SLM) 14 is arranged on the laser beam from the laser 16. spatially modulate the image. The image is uploaded by #118 and beam splitter 20. The signal is directly input to the spatial modulator 14. The spatially modulated laser beam is multiplexed Fourier transform is performed by the holographic lens 22, and the matched filter ( MFs) 24 to corresponding arrays. Inverse Fourier transform lens array 26 performs an inverse Fourier transform on the output of the MFs 24 and supplies the output to the detector array 28. do. The output signal is 30 (details will be described later) in order to generate an output control signal. ) is electrically processed.
71チド・フィルタは、入力された目標物の大きさ、角度および位置に対する感 度であるところの特徴と有するフーリエ変換(FT)本ログラムである。これら のパラメータは、予想された目標物の外観をカバーする角度とレンジ線のセット を指示するために、予め設定される。検出器は、場所を分析するために、所望す る程度に仕切られている。マツチド・フィルタの構成において、ホログラフィッ ク・フリンジは、特別な空間的に広がりをもつ周波数で視覚的に最適化されてお り、これは要求されたサイズおよび(または)外観感度を満足するであ、ろう。71 Tido filter is sensitive to the size, angle and position of the input object. This is a Fourier transform (FT) program with the characteristics of degrees. these The parameters of are the set of angle and range lines that cover the expected target appearance. is set in advance to instruct. The detector is located at the desired location to analyze It is partitioned to the extent that In the mated filter configuration, holographic The optical fringes are visually optimized with special spatially spread frequencies. This will satisfy the required size and/or appearance sensitivity.
両要求は同時に満足されることはないため、複数の独立したMFsが本発明にお いては用いられる。異なる所定の応用の性質は、重要な具なるMF感度を要求す る。Since both requirements cannot be satisfied at the same time, multiple independent MFs are used in the present invention. It is often used. The nature of different given applications may require MF sensitivity to be an important factor. Ru.
マツチド・フィルタは、大きさ、波長、記録媒体の厚さ、フーリエ変換レンズの 焦点距離、コントラスト比、オーバラブプ、配置および空間周波数を有する複雑 なホログラフィック構造である。その特徴の各々は、以下に述べる制限された、 または量的な71チド・フィルタに対するアプローチを用いて説明される。Matched filters are characterized by their size, wavelength, recording medium thickness, and Fourier transform lens. Complexity with focal length, contrast ratio, overlap, alignment and spatial frequency It is a holographic structure. Each of its features is limited to the following: or described using an approach to quantitative 71-tide filters.
(a)まず、最初に、複雑な目標物のマツチド・フィルタにおいては、相関マト リックスが現像され、典型的なマトリックスは以下に示される。(a) First, in a matched filter for a complex target, the correlation matrix A typical matrix is shown below.
90 93 97 96−−−一旦」−=1上−一−ニュー 96 93 9ニ ーl貝−ビーム比 R 信号 y軸は振幅伝達(0から1.0の光伝搬量で、密度の逆数)である。光学的な露 光時間は、しばしば実際上のパラメータとして用いられ、右側に示されている。90 93 97 96---Once''-=1 top-1-new 96 93 9-ni -L shell-beam ratio R signal The y-axis is the amplitude transfer (the amount of light propagation from 0 to 1.0, which is the reciprocal of the density). optical dew Phototime is often used as a practical parameter and is shown on the right.
X輪は、参照ビームを信号ビーム比によって割った、符号Rで示される比である 。The X wheel is the ratio of the reference beam divided by the signal beam ratio, denoted by the symbol R. .
実際には、ビーム比はさまざまな露光時間として与えられる。これは、相関器の シャッターで簡単に実現でき、この手順は、以下に述べられる。これは値の列を 発生する。そして、新たなビーム比Rが+3(IBまたは2倍以上に決定され、 その手順が繰返される。In practice, the beam ratio is given as different exposure times. This is the correlator's This can be easily realized with a shutter, and this procedure is described below. This creates a column of values Occur. Then, the new beam ratio R is determined to be +3 (IB or 2 times or more, The procedure is repeated.
マトリックス内の値は、マツチド・フィルタを作るために用いられた写真感板が 光学的相関器内で、露光され、現像され、乾燥され、***された後に得られた 相関値のピーク値である。マトリックスの現像は、長く、時間を消費するプロセ スであり、材料や目標物などに依存する。この図は、マツチド・フィルタの複雑 な特性のために、所定の与えられた材料で作成されたマツチド・フィルタが複雑 で、詳細なプロセスであることを示している。The values in the matrix are based on the photosensitive plate used to make the matt filter. Obtained after being exposed, developed, dried and **** in an optical correlator This is the peak value of the correlation value. Matrix development is a long and time consuming process. It depends on the material, target, etc. This figure shows the complexity of a matted filter. Due to its properties, matt filters made of a given material are complex. This shows that it is a detailed process.
(b)開発された箪2の基準はシステム基準Sと称する。(b) The developed standard for the bench 2 is called the system standard S.
ここで、λ(mm)およびF (mm)は、各々、マツチド・フィルタの操作波 長であり、レンズの焦点距離である。小さなSの値は、パラメータのさまざまな 感度を制御するのに容易であり、小さなSでは位置問題も容易である。Here, λ (mm) and F (mm) are the operating waves of the matched filter, respectively. is the focal length of the lens. A small value of S means that a variety of parameters It is easy to control the sensitivity and with small S the position problem is also easy.
システム基準Sは、広がりを示し、MFは媒体上に散乱される(したがって、バ ンド幅、必要とされる露光時間など、)。The system reference S indicates the spread and the MF is scattered on the medium (therefore the buffer window width, required exposure time, etc.).
(C)容量Cに関する箪3の基準は記録するために写真感板上に置かれた71チ ド・フィルタの数を示すべく、現像された。(C) Kan 3's criterion for capacity C is 71 chips placed on a photosensitive plate for recording. developed to show the number of filters.
容量C鱒定数x3−P−G/((Δν)N−F・λ)ICは1cm角当りのマツ チド・フィルタの容量である。Capacity C trout constant x3-P-G/((Δν)N-F・λ) IC is pine per 1 cm square This is the capacity of the filter.
Sは分離スペクトラム要素であり(フーリエ変換は180°対称であるため、マ ツチド・フィルタの半分または全てが使用できる)、lまたは2の値をとる。S is a separate spectral element (since the Fourier transform is 180° symmetric, the map half or all of the filters can be used), take the value l or 2.
Pは所定の場所における重複したフィルタの数である。これは30までの値をと ることができるが、控え目に言ってPは約4の値をとる。P is the number of duplicate filters at a given location. This accepts values up to 30. However, conservatively speaking, P takes a value of about 4.
Gは幾何学的なパ1牛ング要素であり、記録されるための目標物の混合に依存し 、1と1.5の間の値をとる。G is a geometric parameter and depends on the mixture of objects to be recorded. , takes a value between 1 and 1.5.
λ、Fはすでに述べた。実際的な値は、それぞれ0.45μm≦λ≦2μm。λ and F have already been described. Practical values are 0.45 μm≦λ≦2 μm, respectively.
および25≦F≦1500cmである。and 25≦F≦1500cm.
N・Δνはマツチド・フィルタのバンド幅である。N·Δν is the bandwidth of the matched filter.
Nは自動相関値の96%を得るために使われたΔνの倍数である。Δνは通常、 マツチド・フィルタがホログラフィックコントラスト比に対して最適値をとる周 波数帯に設定される。N is the multiple of Δν used to obtain 96% of the autocorrelation value. Δν is usually The period at which the matched filter takes the optimum value for the holographic contrast ratio. set to the wave number band.
この表現はマツチド・フィルタの複雑さを例示しており、要素の全ては、それら を作成する際、それらが複雑で、正確な正規化を行なうための要求がある際には 熟考されなければならない。This representation illustrates the complexity of a matted filter; all of the elements are , when they are complex and there is a requirement to perform accurate normalization. must be thought through.
特別な装置が角度方向、大きさおよびフントラストに対するマツチド・フィルタ の感度を測定するために設計された。加えて、上述した基準は、マツチド・フィ ルタの各グループへ与えられなければならず、例えば、Δνおよび角度感度は関 連づけられ、一方の変化が他方に影響を与える。また、写真の露光時間Δtは、 Δνおよび角度感度に影響を与える。次に、システム基準の値を考えてみる。λ またはF、あるいは両方が変化すると、Δνおよび角度感度のように、Sが変化 この連続した処理の間、FTは、図5aに示すようなもので開始する。眺めのす る。一般に、要求されたMFの数は、目標物を解析したいほうの(8)目標物正 規化の後、チャンネル信号R,CおよびLの各々は、変換器42A〜42Dかつ 不適当である。したがって、正規化が各マブチド・フィルタの品質に従ってァビ ングモータを駆動することによるように、周知の技術である。先の実施例で図1 0は、目樟物のマブチド・フィルタ(MF)68の配置を示す。この図にィルタ が遮断されている間、1つのフィルタの機能を許可するのにアバーチャさらに、 容具なる方向からの目標物の眺めは、それ自身が角度スケール感度を有する持具 なマツチド・フィルタを生じる。ロボット視覚システムにおいては、容具なる方 向からの目標物の眺めのマツチド・フィルタは、各マツチド・フィルタが翼なり 、興なる信号を発生すると、新たな目標物のマツチド・フィルタとして扱われる 。したがって、正規化は、同一の標準、すなわち正確に配置されたマツチド・フ ィルタに対して要求される。さらに、正規化は、角度感度によって影響を受ける ため、従来の技術によっては記載されていない補正が必要とされる。Special equipment provides matched filters for angular direction, size and load designed to measure the sensitivity of In addition, the criteria mentioned above For example, Δν and angular sensitivity must be given to each group of routers. They are linked, and changes in one affect the other. In addition, the exposure time Δt of the photograph is Affects Δν and angular sensitivity. Next, let's consider the value of the system standard. λ or F, or both, S changes, like Δν and angular sensitivity. During this continuous process, the FT begins as shown in Figure 5a. Look out Ru. In general, the number of required MFs is determined by the number of (8) target After normalization, each of the channel signals R, C and L is transmitted to the converters 42A-42D and It's inappropriate. Therefore, the normalization is performed according to the quality of each mabutide filter. This is a well-known technique, such as by driving a running motor. In the previous example, Figure 1 0 indicates the placement of the lactate mabutide filter (MF) 68. Filter this image In addition, an averter is used to allow the functionality of one filter while the filter is blocked. The view of the target from the direction of the object is a tool that itself has angular scale sensitivity. produces a matched filter. In the robot vision system, the object is When viewing a target from the opposite direction, each matted filter acts as a wing. , when an interesting signal is generated, it is treated as a matched filter for a new target. . Therefore, normalization is based on the same standard, i.e. exactly placed matt required for the filter. Additionally, normalization is affected by angular sensitivity Therefore, corrections not described in the prior art are required.
例えば、移動L−C−Hのためのロボフトンステムに対して、マツチド・フィル タは、左側、中央、右側の眺めの各々に対して組み立てられなければならない。For example, for the Robofton stem for moving L-C-H, mattified fill The data must be assembled for each of the left, center, and right views.
そして、角度感度曲線は、正規化するための反応曲線であるワーキング反応曲線 を生成するために、各マツチド・フィルタに対して発生されなければならない。And the angular sensitivity curve is the working response curve which is the response curve to normalize must be generated for each matched filter to generate .
角度反応曲線は、中央位置からの眺めに対して発生され、そして、各マツチド・ フィルタに対する角度反応曲線が異なるように、左側および右側からの眺めに対 して用いられる。An angular response curve is generated for the view from the central position and for views from the left and right so that the angular response curves for the filter are different. It is used as
要求されたMFの数は、各独立したフィルタの反応に依存する。例えば、特定の 目標物に対するマツチド・フィルタは、図11の突出部の1つによって示される ような角度反応を示すかも知れない。もし、これが上部からの眺めで、回転した 時に目標物が常に同じように見えるならば、各反応は同一に見え、そのため、3 60°をカバーするための完全なメモリは、図11に示されるような1くい垣” 反応を有するであろう。反応は全て等しい広がりで、かつ高さである。The number of MFs required depends on the response of each independent filter. For example, certain A matched filter for the target is indicated by one of the protrusions in FIG. It may show a similar angular response. If this is the view from the top, rotated If the target always looks the same, each response will look the same, so 3 A complete memory to cover 60° is one fence as shown in Figure 11. will have a reaction. All reactions are of equal extent and height.
ここで、移動するロボット部を考える。ロボット部は、異なる方向の眺めから考 察されるならば、図12に示す反応のセットが得られるであろう。独立した反応 が3db反応(すなわち、基本線がピークレベルの172に位置する)の間は、 大きさで変化する角度幅および相関信号のピークが異なる高さであることに注意 する必要がある。これらは、異なる眺めは、他におけるエネルギより1つの眺め における沢山のエネルギを有しているために、生じる。Now, consider a moving robot part. The robot part is considered from different directions. If so, the set of reactions shown in FIG. 12 would be obtained. independent reaction is a 3db response (i.e., the baseline is located at 172 of the peak level). Note that the angular width varies in magnitude and that the peaks of the correlated signal are at different heights. There is a need to. These are different views, more energy in one view than in another. This occurs because it has a lot of energy.
実質的な結果は、それらの振幅が共通のレベルへ移動させなければならない。For practical results, their amplitudes must be moved to a common level.
これは上述したように、正規化増幅器によって電気的に成し遂げるか、あるいは 、マツチド・フィルタ写真乾板を一様な暗い状況に置き、これを選択的に露光す ることによって光学的に成し遂げる。This can be accomplished electrically by a normalizing amplifier, as described above, or , a matt filter photographic plate is placed in a uniformly dark situation and then selectively exposed to light. This is accomplished optically by
そして、結果としての反応は、図13に示すように生じる。数字は、アラビア数 字で表されている。一方、ピーク値は等しい。特定の角度範囲に対して要求され たマツチド・フィルタの数は、角度反応が図13に示されるように正規化された 後、決定される。The resulting reaction then occurs as shown in FIG. numbers are arabic numbers It is expressed in letters. On the other hand, the peak values are equal. required for a specific angular range. The number of matched filters was normalized so that the angular response was shown in Figure 13. It will be decided later.
ロボット視覚システムのための本願発明の実施例およびその変形例が詳細に記述 される一方、この発明の開示と技術が、この分野における技術で代えられること は当然のことである。Embodiments of the present invention and variations thereof for robot vision systems are described in detail. However, the disclosure and technology of this invention may be replaced by technology in this field. is a matter of course.
浄書(内容に変更なし) 制御 FIG、3b FIG、7 FIG、IO 目標物体に対する全ての外観のためのMFメモリバンク等しく間隔の角度反応 FIG、 l l 補正された際の回転による角度反応 FIG、 13 手続補正書(方式) 平成4年3月3Q日Engraving (no changes to the content) control FIG. 3b FIG.7 FIG, I.O. MF memory bank equally spaced angular responses for all appearances to the target object FIG, l l Angular response due to rotation when corrected FIG. 13 Procedural amendment (formality) March 3rd, 1992
Claims (10)
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
PCT/US1989/004396 WO1991005314A1 (en) | 1988-08-25 | 1989-10-03 | Robotic vision, optical correlation system |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH04503721A true JPH04503721A (en) | 1992-07-02 |
JPH0831134B2 JPH0831134B2 (en) | 1996-03-27 |
Family
ID=22215270
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP51158789A Expired - Lifetime JPH0831134B2 (en) | 1989-10-03 | 1989-10-03 | Optical correlation system and method |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH0831134B2 (en) |
Family Cites Families (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3779492A (en) * | 1971-10-18 | 1973-12-18 | Grumman Aerospace Corp | Automatic target recognition system |
JPS5412064B2 (en) * | 1972-08-01 | 1979-05-19 | ||
JPS57117073A (en) * | 1981-01-13 | 1982-07-21 | Ricoh Co Ltd | Optical pattern recognition device |
JPS58134375A (en) * | 1982-02-04 | 1983-08-10 | Mitsubishi Electric Corp | Optical correlative processor |
-
1989
- 1989-10-03 JP JP51158789A patent/JPH0831134B2/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH0831134B2 (en) | 1996-03-27 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US4958376A (en) | Robotic vision, optical correlation system | |
US4637056A (en) | Optical correlator using electronic image preprocessing | |
US5282067A (en) | Self-amplified optical pattern recognition system | |
US6486982B1 (en) | System for making a hologram of an image by manipulating object beam characteristics to reflect image data | |
DE2627079C3 (en) | ||
US5274716A (en) | Optical pattern recognition apparatus | |
US5185815A (en) | Multiple target correlator system | |
US4924507A (en) | Real-time optical multiple object recognition and tracking system and method | |
CN106768280A (en) | A kind of vibration detection device based on multi-wavelength lensless fourier transform digital hologram | |
US4099249A (en) | Doppler processing method and apparatus | |
CN107255525B (en) | Method and system for measuring spatial correlation structure of partially coherent light | |
US4584484A (en) | Microscope for producing high resolution images without precision optics | |
WO1988009488A1 (en) | Compact continuous wave wavefront sensor | |
US5016976A (en) | Modified compact 2f optical correlator | |
JPH04503721A (en) | Optical correlation system and method | |
US7092344B2 (en) | Apparatus for creating a multi-dimensional data signal | |
USH331H (en) | Large memory acousto-optically addressed pattern recognition | |
CN104535171A (en) | Micro-vibration long-distance real time image detecting system based on image surface digital holography | |
US5598485A (en) | Apparatus for performing a joint fourier tranform utilizing apertures of low correlation | |
JPS60181877A (en) | Optical correlator | |
US20050052982A1 (en) | Virtual head for generating a multi-dimensional data signal | |
US4529310A (en) | Device for detection of center of rotation of rotating object | |
SU529734A1 (en) | Device for multichannel processing of bidimensional signals | |
Srivastava et al. | A digital imaging multi-slit spectrograph for measurement of line-of-sight velocities on the Sun | |
JPS6127724B2 (en) |