JPH0785280A

JPH0785280A - パターン認識装置

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Publication number: JPH0785280A
Application number: JP22623693A
Authority: JP
Inventors: Haruyoshi Toyoda; 晴義豊田; Narihiro Yoshida; 成浩吉田; Naohisa Kosaka; 直久向坂; Yuji Kobayashi; 祐二小林; Tsutomu Hara; 勉原
Original assignee: Hamamatsu Photonics KK
Current assignee: Hamamatsu Photonics KK
Priority date: 1993-09-10
Filing date: 1993-09-10
Publication date: 1995-03-31
Anticipated expiration: 2017-11-18
Also published as: JP3345123B2

Abstract

(57)【要約】【目的】高速かつ高精度に被検像と参照像の同一性を
判断するパターン認識装置を提供する。【構成】被検像と参照像の画素単位の信号（夫々被検
信号、参照信号とする）が像回転部１０１の記憶領域に
入力される。このフレーム単位の参照信号は像回転部１
０１により、回転変換され、像表示装置１０３に投影さ
れる。これらの像はレンズ１０５，１０６により２度フ
ーリエ変換され、レンズ１０６の焦点面１１８に結像す
る。この像を光検出器１１５により検出し、検出した強
度信号に基づいて被検像と参照像の角度を合わせ、位置
信号に基づいて被検像と参照像の位置を合わせ、テンプ
レートマッチングを行うことにより２像の同一性を判断
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は被検像と参照像の照合を
行うパターン認識装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】２つの像の同一性を判断するパターン認
識装置は、印鑑照合や指紋照合などの多くの利用分野が
あり、その認識の精度の向上、認識に要する時間の短縮
が要求されている。

【０００３】これらの認識方法の１つとして、コンピュ
ータ上パターンの照合を行うものが知られている。この
方法は、先ずコンピューターに被検像と参照像を入力
し、続いてこれらの像のバックグランドノイズを取り除
き、細線化、２値化によりＳ／Ｎ比を良くした後、位置
および角度を少しずつずらして両パターンの一致を見る
というものである。

【０００４】一方、像の相関を光演算を用いて求める方
法がいくつか提案されている。特に、空間光変調器を２
つ利用した合同変換相関法（Joint Transform Correlat
ion:ＪＴＣ；「谷田貝、光情報処理におけるフーリエ変
換、光学２１，６，３９２−３９９」）を用いたパター
ン認識装置は高速性に優れている。こうしたパターン認
識装置の要部であるＪＴＣ光相関器の光学系を図１１に
示す。なお、図１２は、この光学系内で得られる像を示
している。

【０００５】このＪＴＣ光相関器では、液晶投影器４０
３に表示された被検像（入力像）と参照像は、レンズ４
０４を介して、同時にＳＬＭ４０９(Spatial Light Mod
ulator：空間光変調素子）に表示される（図１２
（ａ））。このＳＬＭ４０９にハーフミラー４１１を介
してレーザ光を照射することによって、これらの像をコ
ヒーレント像に変換し、このコヒーレント像がレンズ４
０５を通過することによって、レンズ４０５の焦点面に
おかれたＳＬＭ４１０上にフーリエ像（図１２（ｂ））
を形成する。ＳＬＭ４１０にかかれたフーリエパターン
をハーフミラー４１２を介してレーザ光を照射すること
によって読みだし、このパターンをレンズ４０６によっ
てもう一度フーリエ変換することによって、入力パター
ンと参照パターンの相関値に応じた像（以下相関像とす
る）（図１２（ｃ））を得る。相関像はレンズ４０６の
焦点面に配置された光検出器４１５により検出され、こ
の検出データは画像計測装置５００によりモニターされ
る。

【０００６】この相関像は図１２（ｃ）に示すように、
０次光とこの両側に現れる±１次光から構成される。こ
の装置は、上記の相関像の相関度を示す＋１次光あるい
は−１次光の強度が所定の値を越えた場合、参照像と被
検像が同一であると判断するものである。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記のコンピューター
によるパターン認識では、被検像と参照像の位置および
方向が一致していないため、参照像と被検像の位置およ
び角度を少しずつずらして、その都度これらの同一性を
判断するための計算を行う必要があった。このため、非
常に多くの組み合わせについて計算を行う必要があり、
この計算に膨大な処理時間を必要としていた。

【０００８】また、上記の合同相関法によるパターン認
識では、細かな違いや欠けのある場合、相関信号はあま
り影響を受けず、正確なパターン認識を行うことは不可
能であった。

【０００９】本発明はこのような問題に鑑みてなされた
もので、像の同一性を正確かつ高速に判断できるパター
ン認識装置を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】このような問題を解決す
るため、本発明のパターン認識装置は、被検像と参照像
との同一性を判断するパターン認識装置を対象とするも
のであり、(a) 参照像または被検像のいずれかを回転処
理する像回転手段（例えば、デジタル記憶装置と回転演
算装置や空間光変調管）と、(b) 像回転手段で一方が回
転処理された、被検像および参照像を同一平面上の相関
演算の対象となる被演算像に変換して表示する像変換表
示手段と、(c) 像表示手段に表示された被演算像を光学
的に相関演算して相関像を得る光学系と、(d) 相関像を
検出する光検出器と、(e) 光検出器で検出された相関像
に基づいて、被検像と参照像との方向の一致および位置
関係を判定し、テンプレートマッチングを行い、被検像
と参照像との同一性を判断する演算処理手段とを具備す
ることとした。

【００１１】

【作用】本発明のパターン認識装置の構成によれば、ま
ず、像回転手段（例えば、デジタル記憶装置と回転演算
装置）により被検像または参照像のいずれかを回転処理
する。つぎに、この被検像と参照像とを像変換表示手段
よって同一平面上の相関演算の対象となる被演算像に変
換する。そして、この被演算像の相関像を光検出器によ
り検出する。続いて、この強度の信号に基づいて、演算
処理手段によって被検像と参照像の一致度および位置関
係を判定した後、テンプレートマッチングを行い、被検
像と参照像との同一性を判断することができる。

【００１２】さらに、本発明のパターン認識装置に複数
の参照像群を登録する保持部を備えることとし、この保
持部に外部から信号が入力されることにより、この信号
に対応した参照像を出力して像回転装置に入力すること
としたので、被検像とこの信号に対応した参照像との同
一性を判断することができる。

【００１３】さらに、像変換表示手段が、回転処理され
た参照像と被検像を同一平面上の像情報として出力する
像提示手段と、この像を相関演算の対象となる像に変換
する像変換手段から構成されることとしても上記と同様
の作用を奏する。

【００１４】また、像回転手段および像変換表示手段
が、前処理空間光変調管を備え、参照像または被検像を
光電面に入力して、電子像に変換した後、この電子像の
電子流を電界中または磁界中を通過させることにより回
転を施し、光の照射によって読みだし可能な像保持面上
に書き込むこととしたので、これらの像の回転に伴う複
雑な計算を必要としない。

【００１５】さらに、演算処理手段は、光検出器で検出
された相関像に基づいて、参照像または被検像に対する
回転の指示を像回転手段に通知することとしたので、参
照像と被検像との方向の情報に基づいて像回転手段を制
御することができる。

【００１６】また、像回転手段を演算処理手段で制御す
る場合、演算処理手段は、まず、像回転手段の回転角度
が所定の値となる時点で、所定の回転角度毎の強度の信
号が所定の値以下の場合は、被検像と参照像が非同一で
あると判断する。次に、回転角度が所定の値となった時
点で、所定の回転角度毎の強度の信号が所定の値よりも
大きい場合は、強度の信号が略最大となるように回転信
号により像回転手段を制御する。そして、強度の信号が
略最大となる角度になった時点で、回転信号と位置の信
号に基づいて、参照像と被検像のテンプレートマッチン
グを行う。これらの像の重なる割合が所定の値以下の場
合は、参照像と被検像は非同一であると判断し、これら
の重なる割合が所定の値より大きい場合は、同一である
こと判断する。

【００１７】また、像回転手段を演算処理手段で制御し
ない場合、演算処理手段は、まず、像回転手段によって
回転させられた被検像または参照像が、所定の回転角度
になった時点で、所定の回転角度毎の強度の信号が所定
の値以下の場合は、参照像と被検像とが非同一であると
判断する。次に、回転角度が所定の値となった時点で、
所定の回転角度毎の強度の信号が所定の値よりも大きい
場合は、強度が略最大となる回転角度を補間計算して求
める。そして、この強度の信号が略最大となる回転角度
の信号と位置の信号に基づいて、参照像と被検像のテン
プレートマッチングを行う。この像の重なる割合が所定
の値以下の場合は、この像は非同一であると判断し、像
の重なる割合が所定の値より大きい場合は、参照像と被
検像は同一であると判断する。

【００１８】

【実施例】以下、本発明の一実施例を添付図面に基づき
説明する。説明において同一要素は同一符号を用い、重
複する説明は省略する。

【００１９】（第１実施例）図１に本発明の第１実施例
に係るパターン認識装置の装置構成を示す。なお、図２
の（ａ）〜（ｃ）に各装置内で得られる像を、図３にこ
の実施例の手順（第１手順）を説明するフローチャート
を示す。以下、このフローチャートを用いて、第１実施
例に係るパターン認識装置の構成を詳説する。なお、フ
ローチャート中の各ステップはステップ番号の頭に
“ｓ”を付して示し、各ステップでの判断の条件が満た
されている場合は“Ｙ”、満たされていない場合は
“Ｎ”を付して示す。

【００２０】まず、被検像と参照像の画素単位の信号
（夫々被検信号、参照信号とする）が像回転部１０１内
の記憶領域に入力される（ステップ２０）。つぎに、こ
の記憶領域内のフレーム単位の参照信号は像回転部１０
１内の回転演算部で、回転変換される。そして、像回転
部１０１から出力された入力信号と回転変換された参照
信号は像提示部１０２内の記憶領域ａと記憶領域ｂに夫
々入力され、１フレームのビデオ信号に変換される。し
かる後、このビデオ信号は像表示装置１０３（例えば、
液晶ディスプレイやＣＲＴ）に入力され、この像表示装
置１０３の像表示面に被検像と参照像が投影される（ス
テップ２１）。

【００２１】ここで、像回転部１０１で行われる回転変
換とは、像表示装置１０３に投影される参照像を所定の
座標系において回転させるような変換である。なお、被
検像と参照像は、予め等倍率で表示されるように設定さ
れる。

【００２２】このように像表示装置１０３の像表示面に
投影された像にＪＴＣによる相関演算を施す（ステップ
２２）。すなわち、像表示装置１０３に表示された被検
像とと参照像は、像表示装置１０３の前面に対向して設
けられた液晶ＳＬＭ１０９の書き込み面に、像表示装置
１０３と液晶ＳＬＭ１０９との光路間に設けられたレン
ズ１０４を介して書き込まれる（図２（ａ））。ここ
で、レーザー光源１１６から照射されたレーザー光は、
レンズ１０８、レンズ１０７を通過した後、ハーフミラ
ー１１４、１１１によって順次反射され液晶ＳＬＭ１０
９の読みだし面に照射される。

【００２３】液晶ＳＬＭ１０９に書き込まれた像は、こ
のレーザー光が液晶ＳＬＭ１０９の読み出し面に照射さ
れることによって読み出され、コヒーレント像に変換さ
れる。

【００２４】この変換されたコヒーレント像は、液晶Ｓ
ＬＭ１０９の前面に対向して設けられた液晶ＳＬＭ１１
０の書き込み面に、液晶ＳＬＭ１０９と液晶ＳＬＭ１１
０との光路間に設けられたレンズ１０５を介してフーリ
エ像（図３（ｂ））として書き込まれる。このとき、レ
ーザー光源１１６から照射されたレーザー光は、レンズ
１０８、レンズ１０７を通過した後、ハーフミラー１１
４を透過し、ミラー１１３、ハーフミラー１１２によっ
て順次反射されて液晶ＳＬＭ１１０の読みだし面に照射
される。このレーザー光の照射によって、液晶ＳＬＭ１
１０の書き込み面に書きこまれたフーリエ像は読み出さ
れ、液晶ＳＬＭ１１０の読みだし面に対向して設けられ
たレンズ１０６によって再度フーリエ変換され、このフ
ーリエ変換された像（以下相関像）（図３（ｃ））が、
レンズ１０６の焦点面１１８に設けられた光検出器１１
５（例えば、位置検出素子（ＰＳＤ）やホトダイオード
（ＰＤ））上に表示される。光検出器１１５では、相関
像の相関ピークの強度（以下相関値）および位置を検出
している。

【００２５】このようにしてＪＴＣによる相関演算が行
われた後（ステップ２２）、演算処理部１１７では次の
ような作用をする。

【００２６】まず、光検出器１１５で検出した相関値が
しきい値（例えば自己相関値の５０％）以下の場合（ス
テップ２３Ｎ）、像回転部１０１に回転信号を入力し
（図１中Ｌ１）、参照像を許容回転角（例えば、６度）
ずつ回転させる（ステップ２４）。このときの回転角が
３６０度以下の場合（ステップ２５Ｎ）には再び像回転
部１０１により参照像を相関値がしきい値より大きくな
るまで回転させる。なお、回転角の初期値は０度とす
る。相関値がしきい値以下であり（ステップ２３Ｎ）、
かつ回転角が３６０度を越えた場合（ステップ２５Ｙ）
は、被検像と参照像は非同一像と判断する（ステップ３
３）。

【００２７】つぎに、相関値がしきい値を越えた場合
（ステップ２３Ｙ）、像回転部１０１に回転信号を入力
し（図１中Ｌ１）、相関ピーク強度が大きくなる方向に
参照像を微少回転させる（ステップ２６）とともに、Ｊ
ＴＣによる相関演算を行い（ステップ２７）、相関値が
前の相関値よりも小さくなるまで（ステップ２８Ｙ）、
微少回転（ステップ２６）を続ける。

【００２８】そして、相関値が前の相関値よりも小さく
なったとき、光検出器１１５により相関ピークの位置を
検出する（ステップ２９）。しかる後、この位置の信号
に基づいて、テンプレートマッチングを行うために、被
検像と参照像が重なるようにフレーム単位毎の参照信号
と入力信号の座標変換を行う（ステップ３０）。被検像
と参照像の重なった割合（相関値）がしきい値以下の場
合（ステップ３１Ｎ）、被検像と参照像は非同一像と判
断し（ステップ３３）、相関値がしきい値より大きい場
合（ステップ３１Ｙ）、被検像と参照像は、同一像と判
断する（ステップ３２）。

【００２９】ここで、テンプレートマッチング（ステッ
プ３０）の原理は、２枚のフィルムを重ね合わせること
と同じである。すなわち、被検像（入力パターン）と参
照像（参照パターン）を重ねて、ＸＯＲ（排他的論理
和）をとり、同一部分と重なる部分の面積をそれぞれ計
算することによって、２つのパターンの同一性を判断す
る。この場合の相関値としきい値の大小の判断（ステッ
プ３１）は、重なった面積に対して重ならなかった面積
の比で行い、しきい値は、必要な精度により決定する。

【００３０】また、テンプレートマッチングのもう一つ
の例としては、ノイズやぼけの影響を低減するために参
照パターンを細線化し、その像が入力パターンに含まれ
る割合で判断する方法もある。

【００３１】なお、参照信号および被検信号は像回転部
１０１から演算処理部１１７に入力してもよい。また、
像回転部１０１、像提示部１０２、像表示装置１０３、
演算処理部１１７は、１台のコンピューターで行うこと
ができる。コンピューター内で座標変換を行う方法とし
ては、従来からの回転の１次変換を用いればよい。この
座標変換の式は、変換される前の座標を（ｘ，ｙ）、変
換後の座標を（Ｘ，Ｙ）とすれば次式で与えられる。た
だし、θは像の重心を原点としたときの像の回転角度で
ある。

【００３２】

【数１】

【００３３】なお、液晶ＳＬＭ１０９，１１０では入力
された光の強さに応じて、レーザー光の位相を変化させ
ている。上記第１実施例では液晶ＳＬＭ１０９，１０１
を用いているが、これは強度変調型ＳＬＭを用いても同
様の演算が可能である。ただし、この強度変調型ＳＬＭ
を用いる場合は、ハーフミラー１１１，１１０は偏光ビ
ームスプリッタであることが必要である。

【００３４】被検像と参照像が略同一であり、これらの
像の回転角度が略一致している場合は、相関像（図３
（ｃ））は０次光とこの両側の±１次光とから構成され
る。この±１次光の強度および位置（０次光と１次光の
間隔）を測定することにより、被検像と参照像の回転角
度差と位置を夫々検出する。なお、図４は、この１次光
を測定するために、図１におけるレンズ１０６の焦点面
１１８に投影される相関像に、光検出器１１５としてＰ
ＳＤを設置した場合の平面図である。０次光像１２０の
両側には、１次光像１２１と−１次光像１１９が投影さ
れており、−１次光像１１９の焦点面にＰＳＤが配置さ
れている。このように、＋１次光と−１次光は、０次光
に対して点対称の位置にあり、強度も等しいため、必ず
しも両方を測定する必要はない。

【００３５】続いて、被検像と参照像の回転角度差と相
関像の±１次光の相関ピーク強度値との関係を図５に示
す。図５から明らかなように、角度許容誤差は、像の種
類によるが、例えば印鑑の印の場合、相関ピーク強度値
の最大値の５０％が得られるのは、回転角度差が約±３
度前後のずれまでである。すなわち、この傾向は像の種
類によらず略同一であり、角度許容誤差が±３度程度の
時は、例えば、６度おきに参照像または被検像を回転
し、これらの相関ピーク強度値を順に比較すればよい。
同一像であれば、いずれかの角度において相関ピークが
現れる。

【００３６】以上のように本発明の第１実施例では、ま
ず、像回転部１０１に入力された参照像の参照信号を回
転変換し、ＪＴＣを用いてこれらの像の相関像を求め
る。次に、この相関像の相関ピークの位置および強度を
光検出器１１５で検出し、検出した強度の信号に基づい
て、強度信号が最大となるように演算処理部１１７によ
り回転信号を像回転部１０１に入力して２像の回転角度
をあわせる。そして、相関ピークの位置の信号に基づい
て、２像を重ね合わすようにテンプレートマッチングを
行うことで、これらの同一性を判断することができる。

【００３７】なお、本実施例では参照像を回転させて、
これと被検像の同一性を判断したが、これは、参照像の
代わりに被検像を回転させてもよい。

【００３８】（第２実施例）本発明の第２実施例に係る
パターン認識装置は、図１に示した第１実施例と装置構
成が同一であり、演算処理部１１７での処理手順が異な
る。

【００３９】図６は、本実施例に係るパターン認識装置
の手順（第２手順）を示すフローチャートである。第２
手順では、第１手順と同様に回転させられた被検像と参
照像をＪＴＣによって相関演算し、相関像に変換する。
（ステップ７０〜７４）。

【００４０】この後、演算処理部１１７は以下のように
動作する。まず、演算処理部１１７は、この各回転角に
おける相関像の相関値を記憶した後（ステップ７５）、
参照像の回転角が３６０度以下であると判断した場合は
（ステップ７６Ｎ）、像回転装置１０１に回転信号を入
力して、参照像を許容回転角（例えば、６度おき）ずつ
回転させる（ステップ７７）。

【００４１】つぎに、回転角が３６０度より大きいと判
断し（ステップ７６Ｙ）、最大相関値がしきい値以下で
あると判断した場合は（ステップ７８Ｎ）、参照像と被
検像は非同一像と判断し（ステップ８６）する。また、
回転角が３６０度より大きいと判断し（ステップ７６
Ｙ）最大相関値がしきい値よりも大きいと判断した場合
は（ステップ７８Ｙ）、最も相関値の大きい角度からそ
の両側角度のうち相関値の大きい角度に向かって被検像
または参照像のいずれかを微小回転させる（ステップ７
９）。

【００４２】すなわち、例えば６度おきに入力または参
照像を回転させている場合に、相関値（相関ピーク強度
値）が、ｉ番目（６×ｉ度）の時に最大値をとり、ｉ−
１番目（６×（ｉ−１）度）の時に最大値に続いて大き
い値をとるのであれば、微小回転はｉ番目（６×ｉ度）
からｉ−１番目（６×（ｉ−１）度）に向けて行う。こ
の時、微小回転角度を、現在の角度θ_iにおける相関値
Ｐ_iと１回前の角度θ_i-1における相関値Ｐ_i-1とから
求める（ニュートン法）。具体的には、この値を回転指
数とし、回転角指数＝（Ｐ_i−Ｐ_i-1）／（θ_i−θ_i-1）と定義する。この回転角指数が大きい時は、最大値に遠
いことになるので、大きい回転角（例えば１度）を採用
する。ピーク（最大値）が近づくほどこの回転角指数が
小さくなるため、それに合わせて微小回転角を小さくし
ていく。そして、予め微小回転角の最小値を決めてお
き、それ以下になった時点をピークとする。

【００４３】この微小回転を行った後、ＪＴＣによる相
関演算を再び行い（ステップ８０）、ｉ番目の相関値が
ｉ−１番目の相関値よりも大きいときは（ステップ８１
Ｙ）、微小回転を行い、相関値が前の角度の相関値以下
であると判断した場合は（ステップ８１Ｎ）、この回転
角度での相関値が最大値であると判断して、参照像と被
検像の間には、角度差はないと判断する。

【００４４】しかる後、光検出器１１５により相対位置
を検出し（ステップ８２）、これらの相対位置をもとに
参照像と被検像の平行移動によってテンプレートマッチ
ングを行う（ステップ８３）。

【００４５】テンプレートマッチング（ステップ８３）
を行った後、被検像と参照像の重なる割合（相関値）が
しきい値よりも大きいと判断した場合（ステップ８４
Ｙ）、参照像と被検像は同一像と判断し（ステップ８
５）、相関値がしきい値以下であると判断した場合（ス
テップ８４Ｎ）は、参照像と被検像は非同一像と判断す
る（ステップ８６）。

【００４６】以上のように、本発明の第２実施例では、
最大値となる回転角度の検出において、ニュートン法な
どの制御技術を用いたので、高精度に最大値となる回転
角度を求めることができる。

【００４７】（第３実施例）本発明の第３実施例に係る
パターン認識装置は、第２実施例と同様に、図１に示し
た第１実施例と装置構成が同一であり、演算処理部１１
７での処理手順が異なる。

【００４８】図７は、本実施例に係るパターン認識装置
の手順（第３手順）を示すフローチャートである。第３
手順では、第１、第２手順と同様に回転させられた被検
像と参照像をＪＴＣによって相関演算し、相関像に変換
することによって被検像と参照像の同一性を判断する
が、相関ピークの強度の最大値が得られる角度を補間計
算によって求めるため、演算処理部１１７が像回転部１
０１への回転信号の入力（図１中Ｌ１）を必要としない
ことに相違がある。

【００４９】まず、第２手順と同様に、回転させられた
被検像と参照像をＪＴＣによって相関演算し、相関像に
変換し（ステップ９０〜９４）、この各回転角における
相関値を演算処理部１１７で記憶しながら、参照像の回
転角が３６０度より大きくなるまで回転させる（ステッ
プ９５〜９７）。

【００５０】ここで、光検出器１１５で検出した相関ピ
ークの強度の最大値（最大相関値）がしきい値以下であ
る場合（ステップ９８Ｎ）は、参照像と被検像は一致し
ないと判断し（ステップ９６）、最大相関値がしきい値
よりも大きい場合（ステップ９８Ｙ）は、最大相関値の
角度を補間計算（最大相関とその両側の角度における相
関値から極大点を近似計算）する（ステップ９９）。す
なわち、回転角度φがａ，ｂ，ｃであるときにこれに対
応する相関値ＹがＡ，Ｂ，Ｃである場合には、例えば、
Ｙ＝Ｋ₁（φ−Ｋ₂）²−Ｋ₃で表される放物線の関数
にこれらの値を代入して、近似的に最大相関値の得られ
る角度をφ＝Ｋ₂として求める。

【００５１】この最大相関値の得られる角度では、参照
像と被検像の間には、角度差はないと判断する。

【００５２】この後、光検出器１１５により相対ピーク
の位置を検出し（ステップ１０２）、これらの位置の信
号をもとに参照像と被検像の平行移動によってテンプレ
ートマッチングを行う（ステップ１０３）。このテンプ
レートマッチングを行った場合の像の相関値がしきい値
より大きい場合（ステップ１０４Ｙ）、参照像と被検像
は同一像と判断し（ステップ１０５）、相関値がしきい
値以下の場合（ステップ１０４Ｎ）は、参照像と被検像
は非同一像と判断する（ステップ１０６）。

【００５３】以上のように本発明の第３実施例によれ
ば、相関ピークの強度の最大値が得られる角度を補間計
算によって求めるため、演算処理部１１７が像回転部１
０１への回転信号の入力（図１中Ｌ１）を必要としな
い。

【００５４】（第４実施例）図８は、本発明の第４実施
例に係るパターン認識装置の構成図である。本実施例
は、図１に示したパターン認識装置において、像の回転
およびコヒーレント像への変換を前処理空間光変調管
（ＰＳＬＭ）で行う構成としたものである。すなわち、
図１に示した像回転部１０１、像提示装置１０２、像表
示装置１０３、レンズ１０４、液晶ＳＬＭ１０９に代え
てＰＳＬＭ２１８，２１９を用いた例である。ＰＳＬＭ
は、像表示面に電気光学結晶を有し、入力された像を電
子レンズにより拡大・縮小または回転させることのでき
る装置である。

【００５５】まず、被検像はレンズ２２１を介してＰＳ
ＬＭ２１９内の光電面に入力され、電子像に変換され
る。その後、ＰＳＬＭ２１９内に印加された磁界により
電子像の電子流は回転させられ、ＰＳＬＭ２１９の前面
に設けられたＳＬＭに書き込まる。同様にして、参照像
はレンズ２２０を介して回転され、ＰＳＬＭ２１８に書
き込まれる。

【００５６】つぎに、これらの像は、図１に記載の第１
実施例と同様にレーザー光源１１６からのレーザー光に
よりコヒーレント像に変換され、レンズ１０５によりフ
ーリエ変換され、液晶ＳＬＭ１１０に書き込まれる。こ
の液晶ＳＬＭ１１０に書き込まれた像は、レーザー光源
１１６から出射されたレーザー光が液晶ＳＬＭ１１０の
読みだし面に照射されることにより読み出され、読み出
された像がレンズ１０６を通過することによって再度フ
ーリエ変換され、焦点面１１８に相関像として結像す
る。

【００５７】そして、この相関像の相関ピークの位置お
よび強度の信号は、演算処理部２１７に入力され、この
強度の信号に基づいて、第１実施例と同様に、この強度
の信号が最大となるように演算処理部２１７はＰＳＬＭ
２１８，２１９に回転信号を入力し、ＰＳＬＭ２１８，
２１９に書き込まれる像のいづれかの回転を制御する。

【００５８】しかる後、位置の信号に基づいてテンプレ
ートマッチングを行い、被検像と参照像の同一性を判断
する。また、演算処理部２１７は、被検像と参照像が予
め等倍率でＰＳＬＭ２１８，２１９に書き込まれるよう
にＰＳＬＭ２１８，２１９を制御する。

【００５９】なお、像の同一性の判断にあたっては、上
記第１〜３実施例と同様の手順（第１〜３手順）を用い
ればよい。

【００６０】このように、本発明の第４実施例では、Ｐ
ＳＬＭ２１８，２１９を用いることにより像の回転を制
御することとしたので、第１実施例と同様に被検像と参
照像の同一性を判断できる。また、この像の回転には、
ＰＳＬＭ２１８，２１９を用いているため、回転に必要
な複雑な座標変換の計算を必要としないため、高速に像
回転を行うことが可能である。なお、回転機能は少なく
ともＰＳＬＭ２１８またはＰＳＬＭ２１９のいづれかが
有していればよい。

【００６１】（第５実施例）図９は、本発明の第５実施
例に係るパターン認識装置の構成図である。本実施例
は、本発明の第１〜３実施例に係るパターン認識装置を
印鑑照合装置に応用した例である。

【００６２】図９は、本発明の第１〜３実施例の装置構
成に加えて、図１における像回転部１０１と演算処理部
１１７に被検信号を入力する印入力部３０２（例えば、
イメージスキャナやＣＣＤ）、参照信号を入力する登録
画像保持部３０１、口座番号の入力によって参照像を像
回転部１０１に出力する口座番号入力部３０２を備えて
いる。また、図１における光検出器１１５は相関ピーク
の位置を検出する半導体位置検出素子（ＰＳＤ）３１５
と強度を検出するホトダイオード（ＰＤ）３１６に分け
て示してある。なお、図１０に第５実施例の手順を示す
フローチャートを示す。この手順は、第１実施例に係る
第１手順（図３）において、参照像と被検像の登録およ
び入力ステップをさらに付加したものである。以下、こ
のフローチャートに基づき、図９に示した第５実施例の
構成を説明する。

【００６３】まず、被検像は印入力部３０３より入力さ
れ（ステップ５０）、画素単位の被検像の信号（被検信
号）に変換されて出力される。また、登録画像保持部３
０１には、予め印入力部（例えばキーボート）３０３よ
り入力された参照像と、口座番号入力部３０２より入力
された口座番号とが登録されている。

【００６４】つぎに、口座番号入力部３０２から口座番
号が入力されることによって（ステップ５２）、登録画
像保持部３０１から画素単位の参照像の信号（参照信
号）が出力される（ステップ５１）。このようにして出
力された参照信号と被検信号は像回転部１０１に入力さ
れる。

【００６５】そして、これらは、第１実施例と同様の経
路で処理され、ＰＤ３１６で検出された相関ピークの強
度の情報に基づいて、参照像と被検像との回転角度差を
一致させ（角度合わせ）、ＰＳＤ３１５で検出された位
置信号を基づいて被検像と参照像とが重なるようにテン
プレートマッチングを行い、これら２像の同一性を判断
する（ステップ５３〜６４）。

【００６６】なお、演算処理部１１７は、上記一連の処
理をする処理部と処理の結果を表示する結果表示部に分
けて構成されてもよい。また、参照信号および被検信号
は像回転部１０１から演算処理部１１７に入力してもよ
い。また、像回転部１０１、像提示部１０２、像表示装
置１０３、演算処理部１１７、登録画像保持部３０１
は、１台のコンピューターで行うことができる。

【００６７】以上のように本発明の第５実施例では、ま
ず、印入力部３０３より参照像の参照信号を像回転部１
０１と演算処理部１１７に入力すると同時に、口座番号
入力部３０２より、顧客の口座番号を入力して口座番号
に対応する参照像を登録画像保持部３０１で記憶する。
そして、口座番号の入力によって参照信号を像回転部１
０１に出力して、実施例１と同様に像の同一性を判断す
ることとしたので、銀行などでの印鑑の照合の際、顧客
の口座番号を入力するだけで速やかに印入力部３０３か
ら読取った被検像と口座番号に対応する参照像の照合を
行うことができる。

【００６８】なお、第５実施例では、像回転部１０１に
より、参照像の回転を行ったが、これは第４実施例と同
様にＰＳＬＭ等の電子レンズを用いて行っても良い。

【００６９】また、像回転は登録画像保持部３０１に予
め回転させた複数の参照像を登録しておき、この参照像
を読み出すことによって、像を回転させてもよい。

【００７０】また、この実施例の手順は、第１手順に参
照像と被検像の登録および入力ステップをさらに付加し
たが、これは第２、３実施例の第２、第３手順にこのよ
うなステップを付加しても実現できる。

【００７１】なお、本発明は上記実施例に限定されるも
のではなく、種々の変形が可能である。

【００７２】例えば、本発明の第１〜第５実施例では液
晶ＳＬＭに書き込まれた像をレンズ１０９，１１０を介
してフーリエ変換したが、これらは、像を光学的にフー
リエ変換するものであれば良く、強度変調型のＳＬＭ書
き込んだ像をこれにレーザー光を照射することによって
読みだし、この像を偏光ビームスプリッタを介してレン
ズを通過させることによってフーリエ変換しても良い。
また、被検像や参照像を書き込んだフィルムにレーザー
光を透過させた後、レンズを通過させることによってフ
ーリエ変換してもよい。

【００７３】また、第５実施例では、像回転部１０１
は、印入力部３０３から入力した像の信号を回転させた
が、これは印を押された紙面等をステッピングモータ等
で回転させることとしてもよい。

【００７４】また、像回転手段として、１〜５実施例で
はコンピュータや電子レンズをもちいたが、これは、Ｄ
ＯＶＥプリズムによって像を回転させてもよい。

【００７５】なお、本発明の第１〜４実施例では、被検
像と参照像の２像を像表示装置１０３に、第２実施例で
はＰＳＬＭ２１８，２１９に投影したが、これは複数の
像をこれらに投影することとしてもよい。

【００７６】

【発明の効果】以上詳細に説明した通り、本発明によれ
ば、像回転手段により被検像と参照像とを回転処理して
これらの像の相関像を光学的に求め、この像に基づいて
演算処理手段でテンプレートマッチングを行うこととし
たので、従来のコンピューターによるテンプレートマッ
チングのように、被検像と参照像の重ね合わせに伴う煩
雑な計算を必要とせず、高速に被検像と参照像の同一性
を判断できる。

【００７７】また、本発明は、参照像群を登録する保持
部を備えているため、この信号と参照像を対応させて管
理することができ、参照像と被検像との同一性を判断す
る場合に、この信号を入力するだけで、簡単かつ迅速に
参照像を引用してパターン認識をすることが可能であ
る。

【００７８】さらに、参照像または被検像をＰＳＬＭに
より回転させることとすれば、像回転に伴う複雑な計算
を行わずに像回転を行うことができるため、したがっ
て、高速にパターンの認識を行うことが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例を示すパターン認識装置の
構成を示す図である。

【図２】図１の装置内で得られる像を示す図である。

【図３】本発明の第１および第２実施例のパターン認識
装置で被検像と参照像の同一性を判断する際のフローチ
ャートである。

【図４】相関像にＰＳＤが設置された状態を説明する説
明図である。

【図５】被検像と参照像との回転角度と相関像の相対強
度との関係を示す図である。

【図６】本発明の第２実施例に係るパターン認識装置で
被検像と参照像の同一性を判断する際の手順を示すフロ
ーチャートである。

【図７】本発明の第３実施例に係るパターン認識装置で
被検像と参照像の同一性を判断する際の手順を示すフロ
ーチャートである。

【図８】本発明の第４実施例に係るパターン認識装置の
構成を示す図である。

【図９】本発明の第５実施例に係るパターン認識装置の
構成を示す図である。

【図１０】本発明の第５実施例に係るパターン認識装置
で被検像と参照像の同一性を判断する際の手順を示すフ
ローチャートである。

【図１１】合同変換相関法を説明する説明図である。

【図１２】図１１の装置内で得られる像を示す図であ
る。

【符号の説明】

１０１…像回転部、１０２…像提示部、１０３…像表示
装置、１０４，１０５，１０６，１０７，１０８，２２
０，２２１，４０４，４０５，４０６…レンズ、１０
９，１１０…液晶ＳＬＭ、１１１，１１２，１１４，４
１１，４１２…ハーフミラー、１１３…ミラー、１１
５，４１５…光検出器、１１６…レーザー光源、１１
７，２１７…演算処理部、１１８…焦点面、１１９…−
１次光、１２０…０次光、１２１…１次光、２１８，２
１９…ＰＳＬＭ、３０１…登録画像保持部、３０２…口
座番号入力部、３０３…印入力部、３１５…ＰＳＤ，３
１６…ＰＤ、４０９，４１０…ＳＬＭ、４０３…液晶投
影器、５００…画像計測装置。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者小林祐二静岡県浜松市市野町1126番地の１浜松ホトニクス株式会社内 (72)発明者原勉静岡県浜松市市野町1126番地の１浜松ホトニクス株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被検像と参照像との同一性を判断するパ
ターン認識装置であって、前記参照像または前記被検像のいずれかを回転処理する
像回転手段と、前記像回転手段で一方が回転処理された、前記被検像お
よび前記参照像を同一平面上の相関演算の対象となる被
演算像に変換して表示する像変換表示手段と、前記像表示手段に表示された前記被演算像を光学的に相
関演算して相関像を得る光学系と、前記相関像を検出する光検出器と、前記光検出器で検出された前記相関像に基づいて、前記
被検像と前記参照像との方向の一致および位置関係を判
定し、テンプレートマッチングを行い、前記被検像と前
記参照像との同一性を判断する演算処理手段と、を備え
ることを特徴とするパターン認識装置。
【請求項２】複数の参照像群を登録する保持部を備え、
外部からの信号が前記保持部に入力されることにより、
前記保持部が前記信号に対応した前記参照像を出力し、
前記像回転装置に入力することを特徴とする請求項１に
記載のパターン認識装置。
【請求項３】前記像変換表示手段が、前記像回転手段
で回転処理された前記被検像および前記参照像を同一平
面上の像情報として出力する像提示手段と、前記像提示
手段から出力された前記像情報を入力して相関演算の対
象となる像に変換して表示する像変換手段と、から構成
されることを特徴とする請求項１に記載のパターン認識
装置。
【請求項４】前記像回転手段が、デジタル化された前
記被検像のデータと前記参照像のデータとを記憶するデ
ジタル記憶装置と、前記デジタル記憶装置内の被検像の
データと参照像のデータとにそれぞれ独立に回転演算を
施す回転演算装置と、から構成されることを特徴とする
請求項１に記載のパターン認識装置。
【請求項５】前記像回転手段および像変換表示手段
が、前記参照像または前記被検像の光電面への入力によ
り生じた電子流を、内部に発生した電界中または磁界中
を通過させて前記参照像に回転を施し、光の照射によっ
て読みだし可能な像保持面上に書き込む前処理空間光変
調管を備えることを特徴とする請求項１に記載のパター
ン認識装置。
【請求項６】前記演算処理手段が、前記像回転手段によって回転させられた前記被検像また
は参照像が、所定の回転角度になった時点で、所定の回
転角度毎の前記強度の信号が所定の値以下の場合は、前
記参照像と前記被検像とが非同一であると判断し、前記回転角度が所定の値となった時点で、所定の回転角
度毎の前記強度の信号が所定の値よりも大きい場合は、
前記強度が略最大となる回転角度を補間計算して求め、前記略最大となる回転角度の信号と前記位置の信号に基
づいて、参照像と被検像のテンプレートマッチングを行
い、前記参照像と前記被検像の重なる割合が所定の値以下の
場合は、参照像と被検像は非同一であると判断し、前記参照像と前記被検像の重なる割合が所定の値より大
きい場合は、参照像と被検像は同一であると判断する、
ことを特徴とする請求項１に記載のパターン認識装置。
【請求項７】前記演算処理手段が、前記光検出器で検
出された前記相関像に基づいて、前記参照像または前記
被検像に対する回転の指示を前記像回転手段に通知する
ことを特徴とする請求項１に記載のパターン認識装置。
【請求項８】前記演算処理手段が、前記像回転手段の回転角度が所定の値となる時点で、所
定の回転角度毎の前記強度の信号が所定の値以下の場合
は、前記被検像と前記参照像が非同一であると判断し、前記回転角度が所定の値となった時点で、所定の回転角
度毎の前記強度の信号が所定の値よりも大きい場合は、
前記強度の信号が略最大となるように回転信号により像
回転手段を制御し、前記強度の信号が略最大となる角度になった時点で、前
記回転信号と前記位置の信号に基づいて、前記参照像と
被検像のテンプレートマッチングを行い、前記参照像と前記被検像の重なる割合が所定の値以下の
場合は、参照像と被検像は非同一であると判断し、前記参照像と前記被検像の重なる割合が所定の値より大
きい場合は、参照像と被検像は同一であると判断する、
ことを特徴とする請求項７に記載のパターン認識装置。