JPH0831134B2 - Optical correlation system and method - Google Patents

Optical correlation system and method

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JPH0831134B2
JPH0831134B2 JP51158789A JP51158789A JPH0831134B2 JP H0831134 B2 JPH0831134 B2 JP H0831134B2 JP 51158789 A JP51158789 A JP 51158789A JP 51158789 A JP51158789 A JP 51158789A JP H0831134 B2 JPH0831134 B2 JP H0831134B2
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JP
Japan
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matched filter
optical
input image
optical correlation
fourier transform
Prior art date
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JP51158789A
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Japanese (ja)
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JPH04503721A (en
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ジー レイブ,ケニース
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Grumman Corp
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Grumman Aerospace Corp
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Publication date
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Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 本発明は、一般に、マッチド・フィルタを用いて物体
識別、目標物の位置および大きさなどの外観情報抽出を
行うロボット視覚、光学相関システムに関し、特に、主
として並行光学処理を利用するロボット視覚システムに
関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION "Industrial Application" The present invention relates generally to robot vision and optical correlation systems that use matched filters to identify objects and extract appearance information such as position and size of targets. In particular, it relates primarily to robot vision systems that utilize parallel optical processing.

「従来の技術」 ロボット視覚システムの研究および応用は、商業およ
び軍用の両分野において、その興味が加速度的に増大し
ている。今日の商業的応用については、機械操作および
生産ラインに関して確認されてきた。先行技術において
は、ロボット・マニュピュレータは、機械のローディン
グおよびアンローディング、部品の積み上げ、塗装やス
ポット溶接等の単純な作業を行なう、比較的大規模な製
造組み立てラインに利用されてきた。これらの機械は、
一般に、非常に特定化されたプログラム命令セットによ
って動作しており、扱われるワークの位置決めや方向付
けはかなり正確に知ることができた。通常、このような
マニュピュレータのプログラミングは比較的複雑であ
り、そのプログラムは、ワームの位置決めが比較的精密
な許容誤差範囲内に保たれる場合のみに有用であった。
"Prior Art" The research and application of robot vision systems is accelerating in both commercial and military fields. Today's commercial applications have been identified with respect to machine operation and production lines. In the prior art, robotic manipulators have been utilized in relatively large scale manufacturing assembly lines that perform simple tasks such as machine loading and unloading, component stacking, painting and spot welding. These machines
Generally, it operates with a very specific program instruction set, and the positioning and orientation of the workpiece to be handled can be known quite accurately. The programming of such manipulators was usually relatively complex and the program was only useful if the worm's positioning was kept within relatively precise tolerances.

近年、さまざまな感覚的な能力を加えることにより、
このようなマニュピュレータの適応性を増加させようと
する試みがなされている。本願発明に関するような視覚
能力に加え、触覚能力および聴覚能力が現在開発されて
いる。測距技術、および構造化光・両眼視覚技術(stru
ctured light and binocular vision techniques)が、
上述したようなロボット視覚システムに用いられてき
た。しかしながら、これらのシステムはいずれも、目標
物の認識および、その位置および方向の決定を行うため
の応用において、特に有益というわけではない。さら
に、周知のロボット視覚システムは、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。
In recent years, by adding various sensory abilities,
Attempts have been made to increase the adaptability of such manipulators. Tactile and auditory abilities are currently being developed in addition to visual abilities as per the present invention. Distance measurement technology and structured light / binocular vision technology (stru
ctured light and binocular vision techniques)
It has been used in robot vision systems as described above. However, neither of these systems is particularly useful in applications for recognizing a target and determining its position and orientation. Furthermore, known robot vision systems require significant processing time from visual detection to confirmation of the presence of a target.

先行技術においては、多くのロボットまたは機械視覚
システムについて、それらの特定の指示された仕事を行
なうための能力が開示および検討されている。これらの
システムは、実際には、通常アナログ手段からなるセン
サと、大方デジタルによる処理および関節制御とが混成
したものである。この技術を更に分割する点は、物体認
識がデジタルであるかアナログであるかの選択である。
デジタルシステムは、しばしば、物体および部品を大き
さや外観により分類するためのビデオ入力およびアルゴ
リズムに依存する。メモリ・ライブラリは、コンピュー
タメモリの容量によってのみ制限される。光学的なシス
テムの数はより少ないが、そのほとんどは、ある程度電
子的な処理に頼っている。
In the prior art, the ability of many robots or machine vision systems to perform their specific directed tasks is disclosed and discussed. These systems are in fact a hybrid of sensors, usually analog means, with mostly digital processing and joint control. A further division of this technique is the choice of whether the object recognition is digital or analog.
Digital systems often rely on video inputs and algorithms to classify objects and parts by size and appearance. Memory libraries are limited only by the amount of computer memory. Fewer optical systems are available, but most rely on some electronic processing.

スパイト(Spight)による米国特許のNo.4,462,046に
は、コンピュータと連携した複数のビデオカメラが使用
され、軸外の複数の光景がプロセッサに記憶される光学
視覚システムが開示されている。ここでは、複数の高速
フーリエ変換像(FFT)が、ビデオ解析およびコンピュ
ータ処理される。このシステムは、最高1秒当たり30フ
レームに制限される。
U.S. Pat. No. 4,462,046 by Spight discloses an optical vision system in which multiple video cameras in conjunction with a computer are used and multiple off-axis views are stored in a processor. Here, multiple Fast Fourier Transform images (FFT) are video analyzed and computed. This system is limited to a maximum of 30 frames per second.

スパイトのシステムに対し、本発明は、光速に近い速
度で光学的かつ並行な処理を行う。多くの異なる目標物
の多くの光景がひとつの複合化マッチド・フィルタ内に
記憶されることが可能であり、これらのフィルタは、複
数の目標物を扱うために特別に設計することができる。
この発明の更に有利な点は、特別に設計されたマルチ・
ホログラフィックレンズにより、多くの目標物および多
くの光景の双方または一方を光学的に並行処理するよう
にできることと、目標物の外観の程度を所望する分解能
で決定できることにある。
For Spite's system, the present invention performs optical and parallel processing at speeds close to the speed of light. Many scenes of many different targets can be stored in one compound matched filter, and these filters can be specially designed to handle multiple targets.
A further advantage of the present invention is the specially designed multi
The holographic lens allows for the optical parallel processing of many objects and / or many scenes, and the degree of appearance of the objects can be determined with a desired resolution.

グルメ(Grumet)による米国特許No.3,779,492は、本
願発明にとって興味のあるものであり、本発明と同様な
マッチド・フィルタ光学相関システムを開示している。
このシステムにおいては、コヒーレントな光学信号処理
装置が、特定の既知の目標物を認識するために用いられ
ている。各マッチド・フィルタ記録部は、高および低空
間周波数を別々に処理する一対のマッチド・フィルタを
有している。それらからの出力は論理AND演算に結合さ
れ、目標物は、正確な大きさや形状、および、細かな特
徴について調べられる。マッチド・フィルタ対の光学的
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、全ての分析可能な光景の回折パターンを有し
ており、すなわち、目標物認識櫛形フィルタバンクを形
成している。この認識バンクの全ての光景は、検出され
た物体の回折パターンに従って同時に光学的に調べら
れ、検出された物体が、上記メモリバンクのいずれかの
光景に記憶された所望の目標物であるか否か決定され
る。
US Pat. No. 3,779,492 to Grumet, which is of interest to the present invention, discloses a matched filter optical correlation system similar to the present invention.
In this system, a coherent optical signal processor is used to recognize a particular known target. Each matched filter recording section has a pair of matched filters for separately processing high and low spatial frequencies. The outputs from them are combined into a logical AND operation, and the targets are examined for exact size and shape and fine features. The matched filter pair optical memory bank has a diffraction pattern of all the analyzable scenes of the target in both azimuth and elevation, i.e. forming the target recognition comb filter bank. ing. All views in this recognition bank are simultaneously optically examined according to the diffraction pattern of the detected object to determine whether the detected object is the desired target stored in any view of the memory bank. Is decided.

「発明が解決しようとする課題」 本発明は、いくつかの重要な事項に関して、グルメ
(Grumte)によるシステムとは異なり、かつ、それより
発展したものである。本発明の一実施例においては、マ
ッチド・フィルタ・アレイ(配列)の光学相関出力を受
けるための逆フーリエ変換レンズ・アレイを用い、各光
学相関出力は、個別の検出器へ導かれる。グルメは、こ
れに代わり、係る全ての出力を共通の検出器に導く単レ
ンズ29を示している。また、本発明は、個々のマッチド
・フィルタから正規化された出力信号が生まれるように
するための正規化手段を提供する。一方、グルメは、信
号の正規化の必要性を全く認識していない。上記個々の
検出器によれば、各出力信号を別々に増幅させることが
でき、各々の増幅器をその処理経路(チャンネル)の独
立した正規化のために用いることができるという利点が
ある。グルメはまた、各マッチド・フィルタが独立した
個々の角度応答曲線を有し、それが作られて目標とする
物体についての外観情報を決定するために利用できると
いうことをも認識していない。
"Problems to be Solved by the Invention" The present invention differs from, and evolves from, the Grumte system in several important respects. In one embodiment of the invention, an inverse Fourier transform lens array is used to receive the optical correlation outputs of the matched filter array, each optical correlation output being directed to a separate detector. Gourmet instead shows a single lens 29 that directs all such outputs to a common detector. The invention also provides a normalization means for producing a normalized output signal from the individual matched filters. Gourmet, on the other hand, is completely unaware of the need for signal normalization. The individual detectors described above have the advantage that each output signal can be amplified separately and each amplifier can be used for independent normalization of its processing path (channel). Gourmet also does not recognize that each matched filter has an independent individual angular response curve that can be created and used to determine appearance information about the targeted object.

本発明の動作の総括的な原理は、物体が認識され、そ
の大きさ、位置および外観が決定され、制御用に信号が
生成されることである。このシステムは、物体の認識、
その大きさの決定、その物体の位置の決定、任意の角度
の外観の決定、および物体速度の決定を可能にする光学
的マッチド・フィルタの特性を利用するものであり、そ
れらは、必要ならば連続した観測を通して行える。
The general principle of operation of the present invention is that an object is recognized, its size, position and appearance are determined and signals are generated for control. This system recognizes objects,
It takes advantage of the properties of an optical matched filter that allows it to determine its size, its position, its appearance at any angle, and its velocity. It can be done through continuous observation.

このような点に基づき、本発明は、入力像と1つ以上
のマッチド・フィルタに記憶された光学情報とを光学的
に比較し、該入力像についての識別および外観情報を提
供するシステムを提供する。
In view of these points, the present invention provides a system for optically comparing an input image with optical information stored in one or more matched filters to provide identification and appearance information about the input image. To do.

「課題を解決するための手段および作用」 入力像は空間光変調器に入射され、該像はコヒーレン
トな放射光を空間的に変調する。多重ホログラフィック
レンズには、空間的に変調された放射ビームが入射さ
れ、該ビームの複数のフーリエ変換像のアレイを得るた
めに多数のフーリエ変換が行なわれる。このフーリエ交
換像のアレイは対応するマッチド・フィルタ・アレイに
入射され、各マッチド・フィルタは、ある目標物の外観
光景のフーリエ変換ホログラムを有し、そのマッチド・
フィルタの経路における光学相関信号を通し、該光相関
信号は前記空間的に変調された放射ビームのフーリエ変
換像とマッチド・フィルタに記録されたフーリエ変換像
との相関の程度に依存する。そして、逆フーリエ変換レ
ンズ手段は、上記マッチド・フィルタ・アレイの複数の
光学相関出力を受け、各光学相関出力について逆フーリ
エ変換を行なう。そして、検出手段は、各光学相関出力
の逆フーリエ変換像を検出し、各光学相関出力を表す検
出出力信号を生成する。
"Means and Actions for Solving the Problem" An input image is incident on a spatial light modulator, which spatially modulates coherent emitted light. A spatially modulated radiation beam is incident on the multiple holographic lens and a number of Fourier transforms are performed to obtain an array of Fourier transform images of the beam. This array of Fourier-exchanged images is incident on the corresponding matched filter array, each matched filter having a Fourier transform hologram of the outside sight of an object, and its matched
Through the optical correlation signal in the path of the filter, the optical correlation signal depends on the degree of correlation between the Fourier transform image of the spatially modulated radiation beam and the Fourier transform image recorded in the matched filter. Then, the inverse Fourier transform lens means receives a plurality of optical correlation outputs of the matched filter array and performs an inverse Fourier transform on each optical correlation output. Then, the detection means detects the inverse Fourier transform image of each optical correlation output and generates a detection output signal representing each optical correlation output.

1つの好適な実施例によれば、入力像についての外観
情報を決定するために、複数の検出(器)出力信号が、
それらの信号の相対的な振幅を比較する処理回路におい
て電子的に処理される。この処理回路は、各検出出力信
号用の正規化増幅回路、正規化された各検出出力信号を
対応するデジタル信号へ変換するアナログ/デジタル変
換器、およびこれら複数のデジタル信号の振幅を比較す
る比較回路を備えている。この比較回路の出力は、「右
移動用」もしくは「左移動用」のロボット制御用信号を
生成する論理回路において処理される。
According to one preferred embodiment, a plurality of detector output signals are used to determine appearance information about the input image.
It is processed electronically in a processing circuit that compares the relative amplitudes of the signals. The processing circuit includes a normalization amplifier circuit for each detection output signal, an analog / digital converter for converting each normalized detection output signal into a corresponding digital signal, and a comparison for comparing the amplitudes of the plurality of digital signals. It has a circuit. The output of this comparison circuit is processed in a logic circuit that generates a "right movement" or "left movement" robot control signal.

本発明は、光学相関システムにおいて、個々のマッチ
ド・フィルタ経路(チャンネル)の出力を正規化する必
要性を認識するものである。正規化は、各マッチド・フ
ィルタの経路の検出器に対する個々の正規化増幅器など
により、電子的に行うことができる。その場合、各正規
化増幅器のゲインは、複数の独立したマッチド・フィル
タの複数の出力における相違を補償するように設定され
る。一方、正規化を、各マッチド・フィルタの経路を通
って処理される光の振幅を調整する、レーザの出力パワ
ーを調整する、各マッチド・フィルタの経路の光学路に
減衰フィルタ(回転偏光フィルタが使用可能)を設ける
等して、光学的に行うことも可能である。
The present invention recognizes the need to normalize the output of individual matched filter paths (channels) in optical correlation systems. The normalization can be done electronically, such as by individual normalization amplifiers to the detectors in each matched filter path. In that case, the gain of each normalization amplifier is set to compensate for the difference in the outputs of the independent matched filters. On the other hand, normalization involves adjusting the amplitude of the light processed through each matched filter path, adjusting the laser output power, and attenuating filters (rotating polarization filters in the optical path of each matched filter path). It can also be performed optically, for example, by providing (usable).

この正規化機能はまた、各マッチド・フィルタの個々
の角度応答に関係付けられ、本発明は、各マッチド・フ
ィルタが、それぞれ独立した、通常マッチド・フィルタ
毎に異なる角度応答曲線を有することを認めるものであ
る。したがって、角度応答曲線は、個々のマッチド・フ
ィルタについて実験的に求められる。全ての角度応答曲
線に関する最大振幅信号は、これらの角度応答曲線を正
規化するために本質的に等しく設定される。そして、各
々の正規化された角度応答曲線に対する光景の角度領域
が決定される。これにより、このシステム用に望まれる
全ての角度検出応答をもたらすために要求されるマッチ
ド・フィルタの数の決定が可能になる。
This normalization function is also related to the individual angular response of each matched filter, and the present invention recognizes that each matched filter has its own independent, typically different, angular response curve for each matched filter. It is a thing. Therefore, the angular response curve is empirically determined for each matched filter. The maximum amplitude signals for all angular response curves are set essentially equal to normalize these angular response curves. Then, the angular region of the scene for each normalized angular response curve is determined. This allows for the determination of the number of matched filters required to produce all the angle sensing responses desired for this system.

「実施例」 本発明に関する多くの要素およびコンセプトがしばし
ば記述用に用いられており、これらは、本発明の機能お
よび総括的な動作原理を理解するために必須なものであ
る。従って、これらのコンセプトのうちのいくつかの性
質および特性を、以下にまず、便宜的に述べる。
"Examples" Many elements and concepts relating to the present invention are often used for descriptive purposes, and these are essential for understanding the function and the general operating principle of the present invention. Therefore, the nature and properties of some of these concepts are first described for convenience below.

まず、ホログラフィックレンズ(HL)は、拡散する点
放射光源からの放射光と平行放射ビームとの干渉パター
ンを記録し、点光源のホログラムを生み出すことによっ
て作製される。(フィルム上等に記録および処理された
後の)ホログラフィックレンズが照射されると、そのホ
ログラフィックレンズは点光源を再生し、すなわち、そ
れはレンズのように振舞う。もし、初めに記録過程が繰
り返し行われるならば、点光源ホログラムの列、もしく
は多重ホログラフィックレンズ(MHL)と呼ばれるもの
がフィルム上に記録される。
First, a holographic lens (HL) is created by recording the interference pattern of the emitted light from a diffusing point source and a collimated beam of radiation to create a hologram of the point source. When a holographic lens (after being recorded and processed, such as on a film) is illuminated, it reproduces a point source, ie it behaves like a lens. If the recording process is repeated at the beginning, an array of point source holograms, or what is called a multiple holographic lens (MHL), is recorded on the film.

本発明は、入力された空間変調されたレーザ放射ビー
ムの複数のフーリエ変換像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ット角、位
置および焦点距離に関する可能な複数の配置の1つを利
用する。一般に、係るアレイに対する特定の要求は、着
目される特定の課題によって決まる。要するに、ホログ
ラフィックレンズは、レーザビームにより照射された場
面(シーン)もしくは目標物のフーリエ変換像(FT)を
取り出し、また、多重ホログラフィックレンズは、多数
のフーリエ変換像を同時に取り出す。多重ホログラフィ
ックレンズ・アレイは通常、対応する多重マッチド・フ
ィルタ・アレイと連携して使用される。
The present invention provides an array of multiple Fourier transform images of an input spatially modulated laser radiation beam,
Utilizes one of several possible arrangements for offset angle, position and focal length of a multiple holographic lens array. In general, the particular requirements for such arrays will depend on the particular problem of interest. In short, the holographic lens takes out a Fourier transform image (FT) of a scene or a target illuminated by a laser beam, and the multiple holographic lens simultaneously takes out a large number of Fourier transform images. Multiple holographic lens arrays are commonly used in conjunction with corresponding multiple matched filter arrays.

一般に、レンズが、空間的に変調された(すなわち、
景色や物体等が記録されたフィルムを通過することによ
って空間的に変調されたような)平行ビームによって照
射されると、そのレンズはそのフィルム上の物体のフー
リエ変換像を焦点上に生成する。これはレンズの基本的
は特性である。そして、そのフーリエ変換像が、同一の
光源からの平行(または参照)ビームと干渉すると、干
渉パターンが生じる。これは、フーリエ変換ホログラ
ム、またはマッチド・フィルタ(MF)と呼ばれる。それ
は、入力された物体の光学的な空間フィルタである。任
意の場面(シーン)がシステムに取り入れられると、マ
ッチド・フィルタは、それ(そのマッチド・フィルタ)
が作製された物体を抽出して送り出す。そして、マッチ
ド・フィルタを通過した信号は、逆リーリエ変換され、
“相関”面(検出器等で信号が検出される面)が生じ
る。マッチド・フィルタに記録された目標物が存在した
場合には鋭い相関信号が生じるのに対し、目標物が存在
しない場合の信号は、この相関面において、広範で低い
相関信号となる。
Generally, the lens is spatially modulated (ie,
When illuminated by a collimated beam (such as spatially modulated by passing a scene, object, etc. through the recorded film), the lens produces a Fourier transform image of the object on that film on the focus. This is the basic characteristic of the lens. Then, when the Fourier transform image interferes with a parallel (or reference) beam from the same light source, an interference pattern occurs. This is called a Fourier transform hologram, or matched filter (MF). It is an optical spatial filter of the input object. When an arbitrary scene (scene) is introduced into the system, the matched filter
The created object is extracted and sent out. Then, the signal that has passed through the matched filter is subjected to inverse Lielier transform,
A "correlation" surface (a surface where a signal is detected by a detector or the like) is generated. A sharp correlation signal is generated in the presence of the target recorded in the matched filter, whereas the signal in the absence of the target is a wide and low correlation signal in this correlation plane.

本発明では、物体の回転またはスケール・サイズに対
するマッチド・フィルタの感度を利用する。これら外観
のいずれかが変化すると(すなわち、物体が、MFが作製
された時とは異なる角度、または、異なる距離にある場
合であり、すなわち、スケール・サイズが異なる場
合)、相関信号が変化する。
The present invention takes advantage of the matched filter's sensitivity to object rotation or scale size. If any of these appearances change (ie the object is at a different angle or different distance than when the MF was created, ie different scale sizes), the correlation signal changes .

図1は、この発明の技術による、マッチド・フィルタ
のメモリバンクを使用した光学相関器の比較的シンプル
な構成例を示す図である。目標物10は、光学相関器への
入力を通り過ぎて移動するものであり、入力レンズ12に
よって空間光変調器(SLM)14上に映像化(結像)され
る。この空間変調器(SLM)14は、鏡18とビーム・スプ
リッタ20とで指向されてきたレーザ16からのレーザビー
ムに対し、上記映像を空間変調する。この空間的に変調
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、対応するマッチド・フィル
タアレイ(MFs)24へ向けられる。そして、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。そして、そ
の出力信号は、出力制御信号を生成するために、要素30
(詳細は後述する)で電気的に処理される。
FIG. 1 is a diagram showing a relatively simple configuration example of an optical correlator using a matched filter memory bank according to the technique of the present invention. The target 10 moves past the input to the optical correlator and is imaged (imaged) on the spatial light modulator (SLM) 14 by the input lens 12. The spatial modulator (SLM) 14 spatially modulates the image with respect to the laser beam from the laser 16 which is directed by the mirror 18 and the beam splitter 20. This spatially modulated laser beam is transmitted by the multiple holographic lens 22.
Fourier transform by and directed to the corresponding matched filter array (MFs) 24. Then, the 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. The output signal is then used to generate an output control signal in element 30.
(The details will be described later).

マッチド・フィルタは、入力される目標物の大きさ、
角度方向および入力位置に対して敏感な特性を有するフ
ーリエ変換(FT)ホログラムである。これらのパラメー
タは、予想される対象物の複数の外観をもたらす角度と
範囲(大きさ)との境界の組を規定するために、予め設
定することができる。また、検出器は、位置を所望に程
度まで分析するために分割して設けることもできる。
The matched filter is the size of the input target,
It is a Fourier transform (FT) hologram having characteristics sensitive to the angular direction and the input position. These parameters can be preset to define a set of angle-range (size) boundaries that result in multiple expected object appearances. The detectors can also be provided in separate pieces to analyze the position to the desired degree.

マッチド・フィルタの製作においては、ホログラフィ
ック・フリンジ(ホログラムの縞)の鮮明度は、上記大
きさ、および(または)方向の感度の要求を満足するで
あろう特定の空間周波数に最適化されている。両者の要
求が同時に満足されることはありそうもないので、本発
明においては、複数の独立したMFが用いられる。それぞ
れ異なる特定の応用分野の性質は、一般に、かなり異な
るMF感度を要求する。
In the production of matched filters, the sharpness of the holographic fringes (hologram stripes) is optimized for the particular spatial frequency that will meet the above size and / or directional sensitivity requirements. There is. Since it is unlikely that both requirements will be met at the same time, multiple independent MFs are used in the present invention. Different specific application properties generally require significantly different MF sensitivities.

マッチド・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、
オーバラップ、配置、および空間周波数の各要素を有す
る複雑なホログラフィック構造を有している。各々の特
徴は、以下に述べる、マッチド・フィルタの品質の決定
および定量化のために注意深く検討されたアプローチを
用いて説明することができる。
The matched filter has a size, wavelength, recording medium thickness, Fourier transform lens focal length, contrast ratio,
It has a complex holographic structure with overlapping, constellation, and spatial frequency components. Each feature can be described using a carefully considered approach for determining and quantifying the quality of matched filters, described below.

(a)複合の目標物のマッチド・フィルタの製作におい
ては、ある相関マトリックスを考えることができ、典型
的なマトリックスを以下に示す。
(A) A correlation matrix can be considered in the fabrication of a composite target matched filter, and a typical matrix is shown below.

y軸は振幅透過率(0から1.0の透過光量で、濃度の
逆)である。(相対的な)露光は、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。x軸
は、参照ビームを信号ビームで割った比であり、符号R
で示されている。実際には、あるビーム比を決め、そし
て露光時間を変化させる場合が多い。これは、相関器の
シャッターで容易に実現することができ、ただし、この
処置は暗闇で行われる。これはある縦列の値を生みだ
し、そして、新たなビーム比Rが(典型的には+3dBす
なわち2倍に)設定され、その手順が繰り返される。
The y-axis is the amplitude transmittance (the amount of transmitted light from 0 to 1.0, which is the inverse of the density). The (relative) exposure is often used as a practical parameter and is shown on the right. The x-axis is the ratio of the reference beam divided by the signal beam and is denoted by the symbol R
Indicated by. In practice, one often determines a beam ratio and then changes the exposure time. This can easily be achieved with a correlator shutter, provided that the procedure is done in the dark. This yields a column value, and a new beam ratio R is set (typically +3 dB or 2) and the procedure is repeated.

上記マトリックス内の値は、マッチド・フィルタ製作
用の写真感板が、光学相関器内で露光され、現像され、
乾燥された後に得られたピークの相関値である。係るマ
トリックスの開発は長時間を要するプロセスであり、材
料、対象物などに依存する。このことは、ある与えられ
た材料でマッチド・フィルタを作製することは、マッチ
ド・フィルタの複雑な特性のため、複雑かつ細かなプロ
セスになることを示している。
The values in the above matrix are obtained by exposing and developing a photographic plate for making a matched filter in an optical correlator,
It is the correlation value of the peak obtained after drying. The development of such a matrix is a time-consuming process and depends on the material, the object, etc. This indicates that making a matched filter with a given material is a complicated and detailed process due to the complex properties of the matched filter.

(b)次に開発された基準は、システム基準Sと称する
ものである。
(B) The standard developed next is called the system standard S.

ここで、λ(mm)およびF(mm)は、それぞれ、マッ
チド・フィルタの操作波長およびレンズの焦点距離であ
る。Sの値が小さい程パラメータの変化感度を制御する
のが容易であり、位置的な問題もSが小さければ容易と
なる。システム基準Sは、MFが媒体上に広がる程度(し
たがって、バンド幅、必要な露光時間など)を示す。
Where λ (mm) and F (mm) are the operating wavelength of the matched filter and the focal length of the lens, respectively. The smaller the value of S, the easier it is to control the parameter change sensitivity, and the smaller the S, the easier the positional problem. The system criterion S indicates the extent to which the MF spreads on the medium (hence the bandwidth, required exposure time, etc.).

(c)次に、記録用の写真感板上に置くことができるマ
ッチド・フィルタの数を示すために、容量Cという第3
の基準が設けられた。
(C) Next, in order to indicate the number of matched filters that can be placed on the photographic plate for recording, a third part called a capacity C is shown.
Standards were set.

容量=定数×Q・P・G/((Δν)N・F・λ)2 ここで、Cは、1cm四方当たりのマッチド・フィルタ
の容量である。
Capacitance = Constant × Q · P · G / ((Δν) N · F · λ) 2 Here, C is the capacity of the matched filter per 1 cm square.

Qは、分離スペクトラム要素(フーリエ変換は180°
対称であるため、マッチド・フィルタの半分または全て
が使用できる)であり、1または2の値をとる。
Q is the separated spectrum element (Fourier transform is 180 °
Since it is symmetric, half or all of the matched filter can be used) and takes the value 1 or 2.

Pは、ある与えられた位置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、Pはおおよそ「4」であるといえる。
P is the number of duplicate filters at a given position. It can take values up to 30, but
Conservatively, it can be said that P is approximately "4".

Gは、幾何学的な詰込み因数(packing factor)であ
り、記録される複数の目標物体の混合具合に依存し、1
と1.5の間の値が妥当と考えられる。
G is a geometrical packing factor, which depends on the degree of mixing of a plurality of target objects recorded, and
Values between and 1.5 are considered reasonable.

λ、Fは、すでに説明した。実際的な値は、それぞ
れ、0.45μm≦λ≦2μm、および、25≦F≦1500cmで
ある。
λ and F have already been described. Practical values are 0.45 μm ≦ λ ≦ 2 μm and 25 ≦ F ≦ 1500 cm, respectively.

N・Δνは、マッチド・フィルタのバンド幅である。 N · Δν is the bandwidth of the matched filter.

Nは、自己相関値の96%を得るために用いられるΔν
の乗数である。Δνは、通常、マッチド・フィルタがホ
ログラフィのコントラスト比に対して最適化されるよう
な周波数帯に設定される。
N is used to obtain 96% of the autocorrelation value Δν
Is a multiplier of. Δν is usually set to a frequency band such that the matched filter is optimized for the holographic contrast ratio.

この説明は、マッチド・フィルタの複雑さを示してお
り、マッチド・フィルタを作製する際にはこれらの因子
全てを考慮する必要があり、これらが複雑な場合は、正
確な正規化を行なう必要性を示唆するものである。
This description shows the complexity of matched filters, and all of these factors must be taken into account when making matched filters, and when they are complex, the need for accurate normalization. Is meant.

角度方向、スケールおよびコントラストに対するマッ
チド・フィルタの感度を測定するための特別な設備が設
計された。更に、上述した各基準は、マッチド・フィル
タの組の各々へ適用する必要があり、それは、例えば、
Δνおよび角度感度は密接に関係し、一方の変化が他方
に影響を与えるからである。また、写真の露光時間Δt
はΔνに影響を与え、それゆえ、角度感度に影響を及ぼ
す。次に、システム基準S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および角度感度と
同様に、Sが変化する。これもまた、正規化の必要性を
示すものである。同様な分析が、スケールの変化、また
はコントラストの変化に対して可能であり、それは、マ
ッチド・フィルタの品質の再評価を要求するものであ
る。
Special equipment was designed to measure the sensitivity of the matched filter to angular orientation, scale and contrast. Furthermore, each of the above criteria needs to be applied to each set of matched filters, which can be, for example,
This is because Δν and angular sensitivity are closely related, and changes in one affect the other. Also, the photo exposure time Δt
Influences Δν and therefore angular sensitivity. Next, consider the value of the system reference S. A change in λ or F, or both, changes S as well as Δν and angular sensitivity. This again illustrates the need for normalization. A similar analysis is possible for changes in scale, or changes in contrast, which requires a reevaluation of the quality of the matched filter.

その他の重要なMF因子は、空間周波数バンド幅であ
る。マッチド・フィルタは、任意の所望する周波数に最
適化することができるが、物体識別能力の程度は、その
物体の微細な部分、すなわち、より高い周波数に依存す
ることが多い。周波数に対する要求は、目標物の大き
さ、位置および外観に沿って考える必要がある。空間周
波数バンド幅に沿って、角度、大きさおよびマッチド・
フィルタ感度もまた考慮される必要がある。
Another important MF factor is the spatial frequency bandwidth. Matched filters can be optimized for any desired frequency, but the degree of object discrimination is often dependent on the finer parts of the object, the higher frequencies. The frequency requirements need to be considered along with the size, position and appearance of the target. Along the spatial frequency bandwidth, the angle, magnitude and matched
Filter sensitivity also needs to be considered.

図2は、ある目標物の理想的なマッチド・フィルタ
(実線)に、幾分回転した同じ目標物のフーリエ変換像
(点線)が向けられた状態を示している。明らかに、低
い空間周波数バンド幅においては両者の間に重複が見ら
れ、これは、判断用の何らかの信号が得られることを意
味するものである。もし、フィルタが高カットオフ周波
数を有しているならば、ロボット判断に利用できる信号
が得られないことは明らかである。さらに、高周波数フ
ィルタが用いられる場合は、各“曲線”部の中央部分が
しばしば除かれる。
FIG. 2 shows a state in which a somewhat rotated Fourier transform image (dotted line) of the same target is directed to an ideal matched filter of the target (solid line). Obviously, there is an overlap between the two in the low spatial frequency bandwidth, which means that some signal for judgment is available. It is clear that if the filter has a high cutoff frequency, it will not have a signal available for robot decision. Moreover, if high frequency filters are used, the central portion of each "curve" section is often omitted.

次に、図3aは、3つの個別の次元もしくは空間周波数
バンドについて得られる3つの角度感度曲線を示すもの
である。有効性が認められた相関プロセスのシミュレー
ションが用いられると、対応する図3bの相関曲線が得ら
れ、これは目標物に対して所望される結果を示してい
る。角度感度は幅広いレンジで可変であることがわか
る。
Next, FIG. 3a shows three angular sensitivity curves obtained for three individual dimensions or spatial frequency bands. When a simulation of the validated correlation process was used, the corresponding correlation curve of Fig. 3b was obtained, indicating the desired result for the target. It can be seen that the angular sensitivity is variable over a wide range.

その他の重要なMF因子は、大きさの面についてであ
る。図4(A)に示すシンプルな物体について考えてみ
る。空間光変調器(SLM)上に投影された映像は、シス
テム(または正面)図として示されている。図4(A)
の光景に対する理想化されたフーリエ変換像(FT)が図
5(A)に示されている。輪郭が描かれたそれぞれの周
波数領域の間の地点は、それぞれFTのゼロ点となり、こ
の場合、均等な間隔で並んでいる。この物体がある新た
な光景をもたらす時、SLM上の長方形の像は、最大値26
度(図5(B)参照)まで徐々に上昇し、そして、それ
が90度の光景(図5(C)参照)、すなわち、その幅が
(2・L・COSr+L・SINr:Lは図で小文字、rは図に示
す角度)となる最も狭い光景を呈するまで徐々に減少す
る。
Another important MF factor is in terms of size. Consider the simple object shown in FIG. The image projected onto the spatial light modulator (SLM) is shown as a system (or front) view. FIG. 4 (A)
The idealized Fourier transform image (FT) for the scene is shown in FIG. The points between the outlined frequency regions are each the zero point of the FT, in this case evenly spaced. When this object brings a new scene, the rectangular image on the SLM has a maximum of 26
Angle (see Fig. 5 (B)), and it is a 90 degree view (see Fig. 5 (C)), that is, its width is (2 · L · COSr + L · SINr: L Lowercase letters, r is the angle shown in the figure), and gradually decreases until the narrowest scene is obtained.

この過程において、FTは、図5(A)に示すような状
態でスタートする。光景の角度回転が増加すると、より
広い領域が同様のFTを生み出すが、ゼロ点が原点(ゼロ
空間周波数)に近付いた状態になる。そして、約26度に
おいて、FTの各ゼロ点が原点に最も近くなる。より大き
な角度の光景においては、対応するゼロ点は、90度にな
るまでより高い周波数へと動き、90度では、最大の空間
周波数の組となる。この基本的な例は、MFを製作するた
めのFTが賢明に選択される必要があることを示してい
る。新たな光景がもたらされると、そのFTは、FTホログ
ラム(マッチド・フィルタ)を生成するために使われた
固定されたFT上を“スイープ”する。そして、相関信号
は、自己相関での最大値に達するまでの一連の値を順次
にとっていく。したがって、MFの構造において、共通の
タイプの光景を提する複数の目標物に対する大きさ(サ
イズ)因子が考慮されなければならない。経験に基づい
て言えば、相関信号に対する−3dBの範囲は、大きさ
(サイズ)が±4%から±20%までに分布する目標物を
表すことができる。
In this process, the FT starts in the state as shown in FIG. As the angular rotation of the scene increases, a larger area produces a similar FT, but with the zero point closer to the origin (zero spatial frequency). Then, at about 26 degrees, each zero point of FT is closest to the origin. In larger angle scenes, the corresponding zeros move to higher frequencies up to 90 degrees, at 90 degrees the largest set of spatial frequencies. This basic example shows that an FT for making an MF needs to be judiciously chosen. When a new scene comes in, the FT "sweeps" over the fixed FT used to generate the FT hologram (matched filter). Then, the correlation signal sequentially takes a series of values until it reaches the maximum value in autocorrelation. Therefore, in the structure of the MF, size factors for multiple targets presenting a common type of scene must be considered. Based on experience, the −3 dB range for the correlation signal can represent a target whose size is distributed from ± 4% to ± 20%.

次に、ある目標物についての、−10°、0°および+
10°の3つの異なる角度の光景に対する複数のMFを有す
る、図1と同様の実施例を考える。それらの理想的な角
度感度を、図6(A)に示す。もし、遭遇する光景が、
例えば図6(B)の0°であるなら、その光景に対応す
るMFは最大の自己相関信号を生成するであろうが、他の
2つの光景は、図6(B)に示すように、その約半分の
大きさの信号しか生み出さないであろう。また、遭遇す
る目標物が図6(C)の+10°、または図6(D)の−
10°であるならば、それぞれ、+10°のMFおよび−10°
用のMFから最大の信号が生成されるであろう。この各状
況において、−10°および+10°において作製されたMF
は、図6(C)および図6(D)に示されるように、信
号を生じないであろう。
Then, for a target, -10 °, 0 ° and +
Consider an embodiment similar to FIG. 1 with multiple MFs for three different angle views of 10 °. Their ideal angular sensitivities are shown in FIG. 6 (A). If the scene you encounter is
For example, if it is 0 ° in FIG. 6 (B), the MF corresponding to that scene will generate the maximum autocorrelation signal, while the other two scenes are as shown in FIG. 6 (B). It will only produce a signal that is about half that size. Moreover, the target to be encountered is + 10 ° in FIG. 6C, or − in FIG. 6D.
If 10 °, + 10 ° MF and −10 °, respectively
Maximum signal will be generated from the MF for. In each of these situations, the MF produced at −10 ° and + 10 °
Will not produce a signal, as shown in FIGS. 6 (C) and 6 (D).

この構成は、3つのマッチド・フィルタからの出力信
号により、ある目標物の角度光景を論理的に決定するこ
とを可能にするものである。目標物が、全光景レンジ内
において他の何度かの角度を有するならば、不明瞭では
ない3つの信号の列が得られる。より高精度にするため
に、より多くのMFを擁する多数の経路(チャンネル)を
用いることができる。7つのチャンネルを有するシステ
ムに対しては、信号は例えば図7に示す例のように見え
るであろう。処理の論理はより複雑になるであろうが、
動作原理は同じである。マッチド・フィルタの角度感度
が上がれば精度が上がるが、複数のMFの、より大きなメ
モリが要求される。一般に、要求されるMFの数は、
(a)目標物、および、(b)その目標物の解析したい
細かい部分に依存する。ある目標物のMFはその目標物の
低い空間周波数を用いて作製することが可能であり、こ
れは低い方向識別能力をもたらすので、これは、おそら
くはより高い識別能力が必要でない場合であろう。一
方、高い空間周波数はシステムの識別能力を高めるが、
これはMFの回転に関する感度が高いためである。
This arrangement allows the output signals from the three matched filters to logically determine the angular view of a target. If the target has several other angles within the full view range, three non-obscured sequences of signals are obtained. Multiple paths with more MF can be used for higher accuracy. For a system with 7 channels, the signal would look like the example shown in FIG. The processing logic will be more complicated,
The operating principle is the same. The higher the angular sensitivity of the matched filter, the higher the accuracy, but the larger memory of multiple MFs is required. Generally, the number of MFs required is
It depends on (a) the target and (b) the small part of the target that one wants to analyze. This is probably the case where higher discriminatory power is not needed, since the MF of a target can be made using the low spatial frequency of the target, which results in low directional discriminating ability. On the other hand, high spatial frequencies enhance the system's discrimination power,
This is because the sensitivity of MF rotation is high.

図6(A)のマッチド・フィルタ応答の典型的な実施
例に関し、図1の光学相関システムに対して図8に示す
制御回路を用いることができる。図8に示すように、検
出器L、CおよびRの出力が正規化されるが、それは、
全てのMFが、完全に整合した同一の自己相関信号を有す
るわけではないからである。目標物の1つの光景のMFを
通る光エネルギは、第2の光景にやはり完全に整合する
MFを通る光エネルギとは本質的に異なる。シンプルな対
称性を有する目標物については、目標物の3つの光景は
一般的には同じ自己相関を生み出すであろう。しかしな
がら、例えば、自動車の3つの直交する光景は、全く異
なる自己相関信号を生成するために、信号の正規化が必
要となる。図4は、異なる複数の光景を有する物体を示
している。
For the exemplary embodiment of the matched filter response of FIG. 6A, the control circuit shown in FIG. 8 can be used for the optical correlation system of FIG. The outputs of the detectors L, C and R are normalized as shown in FIG.
This is because not all MFs have the same perfectly matched autocorrelation signal. The light energy through the MF of one view of the target is also perfectly matched to the second view
It is essentially different from the light energy passing through the MF. For a target with simple symmetry, the three views of the target will generally produce the same autocorrelation. However, for example, three orthogonal scenes of a vehicle require signal normalization to produce quite different autocorrelation signals. FIG. 4 shows an object having different scenes.

要約すると、検出された信号は、正規化・ゲイン回路
40において正規化および増幅される。3つの光景の各々
は同一のゲインを有する必要があり、それは、例えば右
側光景用のMFが“見た”右側光景がもたらす信号が、中
央光景用のMFが中央光景を“見た”時と同じ信号になる
ようにするためである。角度応答曲線が同じになる場
合、正規化は、「左光景用の0dB応答に対して中央光景
用のMFが−3dBの応答を有すると同時に、中央光景用の0
dB応答に対して左光景用のMFが−3dBの応答を有する」
ことを確実にする。これと同じ関係が、中央および右光
景のMFの応答に対しても言える必要がある。言い換える
と、軸対称な幾何学的目標物を除いて、多くの目標物
は、異なる(方向の)光景に対して異なる断面を有して
いる。したがって、MFを“通過した”エネルギーは、異
なる各々の光景に対して異なるであろうから、正規化が
要求される。各マッチド・フィルタ・チャンネル用の増
幅ゲイン回路に要求される正規化因子はここで説明され
る角度応答曲線から決定され、全てのマッチド・フィル
タ・チャンネルに対する正規化因子はメモリ41にデータ
として記憶され、それらデータは、各々増幅ゲイン回路
を制御するためにメモリ41から呼び出される。
In summary, the detected signal is a normalization and gain circuit.
Normalized and amplified at 40. Each of the three views must have the same gain, for example, when the MF for the right view “sees” the signal that the right view provides, but when the MF for the center view “sees” the center view. This is so that the signals will be the same. If the angular response curves are the same, the normalization is that the MF for the central scene has a response of −3 dB for the 0 dB response for the left scene, while
The left-view MF has a −3 dB response to the dB response. ''
Make sure that. The same relationship needs to be true for MF responses in the center and right views. In other words, except for axisymmetric geometric targets, many targets have different cross sections for different (directional) views. Therefore, the energy "passed" through the MF will be different for each different scene, so normalization is required. The normalization factor required for the amplification gain circuit for each matched filter channel is determined from the angular response curve described herein, and the normalization factor for all matched filter channels is stored as data in memory 41. , The data are recalled from the memory 41 to control the amplification gain circuit, respectively.

正規化の後、R、CおよびLの各チャンネルの信号
は、A/D(アナログ/デジタル)変換器42によって対応
するデジタル信号へ変換される。各チャンネルに対する
正規化された出力信号は、物体が、中央、中央の右側、
および中央の左側に面している3つの主要な場合につい
て、図6(B)、6(C)および6(D)に示されてい
る。このような正規化およびA/D変換は、その中間の方
向配置の場合、もしくは目標物のn個の光景に対して
も、容易に確立することができる。
After normalization, the signals of the R, C and L channels are converted into corresponding digital signals by an A / D (analog / digital) converter 42. The normalized output signal for each channel is
And three main cases facing the left side of the center are shown in FIGS. 6 (B), 6 (C) and 6 (D). Such normalization and A / D conversion can be easily established for intermediate orientations or even for n views of the target.

図8において、LとRのデジタル出力の各々は、比較
器44においてデジタル出力Cと比較され、信号C<L、
C>LおよびC<R、C>Rの組を生成する。以下の論
理式が適用できる。
In FIG. 8, each of the L and R digital outputs is compared with the digital output C in a comparator 44 to obtain a signal C <L,
Generate a set of C> L and C <R, C> R. The following formula can be applied.

(C>R)+(C>L)=中央 (C>R)+(C<L)=(左側に面する)左向き (C<R)+(C>L)=(右側に面する)右向き したがって、適切なANDゲート46がその関係を決定
し、右移動、停止または左移動のコマンドを生成する。
これらのコマンドは、ロボットの制御に適用できる。し
かしながら、上記のマッチド・フィルタ出力を処理する
ためには、他の多くの電子的なアプローチが使用できる
ことを理解しておくべきである。
(C> R) + (C> L) = center (C> R) + (C <L) = (facing left) facing left (C <R) + (C> L) = (facing right) Rightward, therefore, the appropriate AND gate 46 determines the relationship and generates a move right, stop or move left command.
These commands can be applied to control the robot. However, it should be understood that many other electronic approaches can be used to process the matched filter output described above.

より良い角度応答は、次のような技術によって得るこ
とができる。すなわち、より狭い角度感度(すなわち、
より高い周波数フィルタ)、より多くの識別ロジック、
および、より狭いクロスオーバ点(例えば、図4に示す
ような−3dBでなく、−1dBのクロスオーバ部分)、また
はこの3つの技術のいくつかを組み合せたものである。
Better angular response can be obtained by the following techniques. That is, the narrower angular sensitivity (ie,
Higher frequency filter), more identification logic,
And a narrower crossover point (eg, a -1 dB crossover portion rather than -3 dB as shown in FIG. 4), or some combination of these three techniques.

目標物は、像入力部を横切って移動するようにするこ
ともでき、これにより相関面におけるマッチド・フィル
タ出力もまた変化し、時間に依存する位置信号が得られ
る。従って、位置情報を引き出すために、分割した検出
器を利用することができるであろう。
The target can also be moved across the image input, which also changes the matched filter output in the correlation plane, resulting in a time-dependent position signal. Therefore, a separate detector could be used to derive the position information.

図1および図8の実施例は、独立した複数の検出器を
利用するものである。テレビカメラを用いることもで
き、相関信号を含むシーケンシャル走査フォーマットの
各ラインを分離し、測定に用いることができる。この方
法は、満足できる程度ではあるが、不正確であることが
確認されている。また、相関面は、ファイバ光学プロー
ブでスキャンすることも可能であり、これは、最大値の
高精度測定をもたらすものである。しかしながらこの技
術は、手動で、遅く、本発明には適さない。したがっ
て、各マッチド・フィルタの性質に従った正規化を行う
ことができるように、個々の独立したマッチド・フィル
タ経路(チャンネル)の出力を、バランスが取られる出
力増幅器を有する個別の検出器に導く方がよりメリット
がある。
The embodiments of FIGS. 1 and 8 utilize multiple independent detectors. A television camera can also be used and each line of the sequential scan format containing the correlation signal can be separated and used for the measurement. Although satisfactory, this method has been found to be inaccurate. The correlation surface can also be scanned with a fiber optic probe, which results in a highly accurate measurement of the maximum. However, this technique is manual, slow and not suitable for the present invention. Thus, the output of each independent matched filter path (channel) is directed to a separate detector with balanced output amplifiers so that normalization can be performed according to the nature of each matched filter. There are more advantages.

図9に示す、MHL−MF構成の典型的な実施例は、目標
物の方向、位置および大きさに基づく明瞭度(アーティ
キュレーション)に関する情報をもたらすことができ
る。目標物の類型が一律であるような場合は、大きさ
(サイズ)の決定は、距離測定として用いられるであろ
う。複数パラメータの実施例に対しては、CCDタイプの
ような検出器アレイが要求され、CCDタイプでは、アレ
イはそれらパラメータに従って小分割され、処理され
る。図示した実施例では、9つのセグメントに分かれて
いる。
The exemplary embodiment of the MHL-MF configuration shown in FIG. 9 can provide information about articulation based on the orientation, position and size of the target. If the target types are uniform, the size determination will be used as a range metric. For multiple parameter embodiments, a detector array such as CCD type is required, where the array is subdivided and processed according to those parameters. In the illustrated embodiment, it is divided into nine segments.

図9は、変調された入力ビーム48、3×3の多重ホロ
グラフィックレンズ50、マッチド・フィルタ・アレイ5
2、ホログラフィックレンズおよび(または)蝿の目型
のMHL54および区切られた検出器アレイ56を示してい
る。この実施例においては、正規化構成プレート58が、
マッチド・フィルタ・プレート52の前に設置されてい
る。これは、MHL50からMFプレート52に至るビームのう
ち[(3×3)−1]本のビームを遮断するのに充分な
大きさのプレートから成っている。MFの通過を許された
1つのビームは、回転可能な偏光子60を通る。これは、
直線偏光されたシート状のポラロイド(HNタイプ)が円
形に配置されたものである。レーザビームがリニア偏光
されるため、上記円形に配置された偏光子60のΘ分の回
転は、上記通過したビームの強度に「SINΘ」の変化を
起こさせる。したがって、各回転位置を、個々の非電子
的な正規化に適合させることができる。参照ビームも、
同様に設定される必要がある。動作においては、正規化
構成プレート58は、各マッチド・フィルタ・チャンネル
(経路)に対し、xおよびy方向に選択的に配置される
であろう。また、全てのマッチド・フィルタ・チャンネ
ルの正規化を達成するため、偏光子の回転は、メモリ内
のそれぞれ特定のマッチド・フィルタ・チャンネル用の
データにより配置および制御されるであろう。この正規
化構成プレートは、これを各々のマッチド・フィルタ・
チャンネルに対して順次配置させるために、ステッピン
グモータによる場合のように、xおよびy方向に順次段
階移動させることができる。また、偏光子は、MHL50の
前、あるいは、相関器内の一連の光学素子群においてMF
ビームに作用する任意の位置に配置させることもでき
る。偏光子の設置およびその回転駆動に関する技術は、
ステッピングモータ駆動による偏光子60を回転させる
等、公知である。好適な実施例は、偏光子に対する制御
信号をコンピュータ(PC)から得るものであろう。
FIG. 9 shows a modulated input beam 48, a 3 × 3 multiplex holographic lens 50, a matched filter array 5
2, showing a holographic lens and / or fly-eye shaped MHL 54 and a delimited detector array 56. In this embodiment, the normalization component plate 58 is
It is installed in front of the matched filter plate 52. It consists of a plate large enough to block [(3 × 3) −1] of the beams from the MHL 50 to the MF plate 52. One beam allowed to pass the MF passes through the rotatable polarizer 60. this is,
Linearly polarized sheet-shaped polaroids (HN type) are arranged in a circle. Since the laser beam is linearly polarized, rotation of the circularly arranged polarizer 60 by Θ causes a change of “SIN Θ” in the intensity of the transmitted beam. Therefore, each rotational position can be adapted to an individual non-electronic normalization. The reference beam also
Must be set similarly. In operation, the normalization construction plate 58 will be selectively placed in the x and y directions for each matched filter channel (path). Also, to achieve normalization of all matched filter channels, the rotation of the polarizer will be placed and controlled by the data in memory for each particular matched filter channel. This normalization component plate provides this for each matched filter
For sequential placement with respect to the channels, one can step sequentially in the x and y directions, as with a stepper motor. In addition, the polarizer is MF before the MHL50 or in the series of optical elements in the correlator.
It can be placed at any position that acts on the beam. The technology regarding the installation of the polarizer and its rotation drive is
It is known to rotate the polarizer 60 by driving a stepping motor. The preferred embodiment would be to obtain the control signal for the polarizer from a computer (PC).

製造時にレーザビームを感知して行う通常の中性濃度
(ND:neutral density)制御とは異なり、偏光子は、
信号および参照ビームの双方の経路において、ある回転
試験を通してロボット片のテストデータから導かれた所
定量になるように、コンピュータにより調整されるべき
である。
Unlike normal neutral density (ND) control that is performed by sensing the laser beam during manufacturing, the polarizer
It should be adjusted by the computer in both the signal and reference beam paths to a predetermined amount derived from the test data of the robot piece through some rotation test.

いくつかの実施例では、MF相関ロボット視覚システム
は、大きなMFライブラリを要求するであろう。応用先が
正式に決まり、MFの識別能力の程度が確定されれば、そ
のメモリ容量を決定することができる。
In some embodiments, the MF correlated robot vision system will require a large MF library. The memory capacity can be determined if the application destination is officially determined and the degree of MF discrimination ability is determined.

容量Cの式は既に説明済みである。アルゴンレーザお
よび25mmの焦点距離のフーリエ変換レンズを用いると、
通常考えられる配置において、1cm2あたり1000以上のM
Fを格納することが可能である。特定の実施例および応
用において、複数の異なる目標物の複数の異なる外観の
ために、多数のマッチド・フィルタを記憶するようにす
ることができる。
The formula of the capacitance C has already been described. With an Argon laser and a 25 mm focal length Fourier transform lens,
1000 M or more per cm 2 in the usual conceivable arrangement
It is possible to store F. In particular embodiments and applications, multiple matched filters may be stored for different appearances of different targets.

相関器の多くの応用においては、処理用に、MFアレイ
の単一の逆フーリエ変換像を得れば十分であろう。ま
た、ロボット視覚システムにおいては、(図1に示すよ
うに)独立した複数の相関信号が生成されるようにする
ために、個別の、もくしは一団にされたFTを利用するこ
とができる。したがって、メモリが適切に編成されるこ
とが重要である。例えば、スケールサイズ(規模の大き
さ)については、第1には、複数フィルタの出力を同時
に処理させる複数フィルタ・バンクが構成されるような
ある特定のサイズに決定することができ、また、別のあ
るスケールサイズに対しては単一の処理器で済むような
適切な形態に処理システムを変更することも可能であ
る。
For many correlator applications, it may be sufficient to obtain a single inverse Fourier transform image of the MF array for processing. Also, in the robot vision system, separate, combed FTs can be utilized to generate multiple independent correlation signals (as shown in FIG. 1). Therefore, it is important that the memory be properly organized. For example, the scale size can be first determined to be a certain size such that a multiple filter bank is formed that simultaneously processes the outputs of multiple filters, and It is also possible to modify the processing system to a suitable configuration such that a single processor may be needed for some scale sizes.

空間光変調器(SLM)は、液晶、光屈折、熱可塑性、
または磁気−光型のものが使用でき、また、透過性また
は反射性のいずれかにすることができる。SLMは、数サ
イクル/秒で動作し、0.5のコントラスト比で50サイク
ル/mmの分解能、像の非残余性(像のだぶりがない)、
数十万サイクルの寿命を有し、要求される7または8段
階の濃淡レベルを提供するものとする。
Spatial light modulators (SLMs) are liquid crystal, photorefractive, thermoplastic,
Alternatively, a magneto-optical type can be used and can be either transmissive or reflective. The SLM operates at a few cycles / second, with a contrast ratio of 0.5, a resolution of 50 cycles / mm, non-residuality of the image (no image drift),
It shall have a lifetime of hundreds of thousands of cycles and provide the required 7 or 8 shade levels.

マッチド・フィルタの応答は正確に特性付けることが
可能であり、重クロム酸ゼラチンまたは熱可塑性媒体を
通して十分効果的なものにすることができる。また、一
実施例として、高精度をもたらすために、十分高い位相
周波数の複数のMFをコンピュータ生成することもでき
る。
The response of the matched filter can be accurately characterized and can be sufficiently effective through dichromated gelatin or a thermoplastic medium. Also, as an example, multiple MFs with sufficiently high phase frequencies can be computer generated to provide high accuracy.

図10は、目標物のマッチド・フィルタ(MF)68を作製
するための構成を示す。この構成において、目標物70
は、ある特定の方向に設置され、レンズ72により、ビー
ム・スプリッタ74を通って空間光変調器(SLM)76上に
結像される。レーザ78からのレーザ光は、ビーム・スプ
リッタ80により信号路82および参照路84へ分岐される。
信号路82におけるレーザビームは、SLM76によって空間
的に変調され、フーリエ変換レンズ86によりフーリエ変
換像が得られる。参照路84におけるレーザビームは、フ
ィルタ88で空間的にフィルタリングされ、コリメータ90
により平行光線化され、シャッター92を通してマッチド
・フィルタ・プレート68へ向けられ、そこで干渉が生
じ、MFが記録される。目標物の異なる方向の外観が望ま
れる時は、MFプレートは新たな位置へ移動され、上記処
理が繰り返される。ロボット視覚システムのメモリ・バ
ンクは、目標物の全ての外観が記録されると完成する。
この発明の実用において、記録媒体としては、写真感光
乳剤、重クロム酸ゼラチン、光ポリマーなどを用いるこ
とができ、ガラス板、薄いフィルムなどのような適当な
基板上にコーティングまたは積載させることができる。
FIG. 10 shows a configuration for making a target matched filter (MF) 68. In this configuration, the target object 70
Are oriented in a particular direction and are imaged by a lens 72 through a beam splitter 74 onto a spatial light modulator (SLM) 76. Laser light from laser 78 is split by beam splitter 80 into signal path 82 and reference path 84.
The laser beam in the signal path 82 is spatially modulated by the SLM 76, and a Fourier transform image is obtained by the Fourier transform lens 86. The laser beam in reference path 84 is spatially filtered by filter 88 and collimator 90
Are collimated by the beam and directed through the shutter 92 to the matched filter plate 68 where interference occurs and the MF is recorded. When a different orientation of the target is desired, the MF plate is moved to a new position and the above process is repeated. The memory bank of the robot vision system is complete when all appearances of the target have been recorded.
In the practice of this invention, the recording medium may be a photographic emulsion, dichromated gelatin, photopolymer, etc., which can be coated or loaded on a suitable substrate such as a glass plate or a thin film. .

マッチド・フィルタの作製に図10の構成を用いる場
合、いくつかの事前対策を講じる必要がある。まず、参
照路84および信号ビーム路82の長さを、それぞれビーム
・スプリッタ80の中心から測定する必要がある。ここ
で、各経路におけるガラス部分、そして、ガラスの屈折
率(典型的には1.5)によって増加されるガラス路の全
長について考慮しなければならない。係る考慮がなされ
て2つの経路が比較された場合、両経路の全長は、レー
ザのコヒーレンス長より大きくはない差の範囲で等しく
なければならならず、該コヒーレンス長はだいたい数セ
ンチメートルである。実用においては、2ミリメートル
の差が、容易に実現できる。
When using the configuration of FIG. 10 to make a matched filter, some precautions need to be taken. First, the lengths of reference path 84 and signal beam path 82 each need to be measured from the center of beam splitter 80. Here, the glass portion in each path and the total length of the glass path, which is increased by the refractive index of the glass (typically 1.5), must be considered. If such considerations are made and the two paths are compared, the total length of both paths must be equal within a difference not greater than the coherence length of the laser, which coherence length is of the order of a few centimeters. In practice, a difference of 2 millimeters can easily be realized.

フーリエ変換レンズ86の焦点距離(典型的な実施例で
は360mm)および、動作波長(典型的には6328オングス
トローム)により、あらかじめ与えられるシステム因子
Sは計算可能であり、4.39(サイクル/mm)/mmとなる。
あらかじめ決められた代表的な基準を用いると、10サイ
クル/mmのカットオフ空間周波数を用いることができ
る。したがって、図9に例示するアレイにおけるマッチ
ド・フィルタ間隔に対する中心対中心の距離は、(2×
10)/4.39=4.56mmとなる。
Based on the focal length of the Fourier transform lens 86 (360 mm in a typical embodiment) and the operating wavelength (typically 6328 Å), the system factor S given in advance can be calculated to be 4.39 (cycles / mm) / mm. Becomes
A cutoff spatial frequency of 10 cycles / mm can be used with a predetermined representative standard. Therefore, the center-to-center distance for the matched filter spacing in the array illustrated in FIG. 9 is (2 ×
10) /4.39=4.56mm.

図10の構成に対する第2の対策は、アレイの製作中
に、1つのフィルタの製造を行う間、他の全フィルタを
遮断するような開口部を用いることである。そして、こ
のアパーチャを4.56mm分次の場所へ移動し、2番目のフ
ィルタが作られる。同時に、この移動可能な開口部は直
径4.56mmとする。米国特許4,703,944号の図3および図
4は、目標とする1つ以外の全ての位置を隠ぺいできる
ようにする装置を示している。
A second solution to the configuration of FIG. 10 is to use openings during the fabrication of the array that block the fabrication of one filter while blocking all other filters. Then, this aperture is moved to the next place by 4.56 mm, and the second filter is made. At the same time, this movable opening has a diameter of 4.56 mm. Figures 3 and 4 of U.S. Pat. No. 4,703,944 show a device that allows to hide all but one target position.

第3に、図10の各素子は、対象の目標物の像が図10の
入力において空間光変調器76に収束されるように、特に
注意を払って配列する必要がある。空間光変調器76の読
み出しには、SLMの前方におかれる偏光子94、および、
後方におかれる検光子96が要求される。これら3つの素
子は、それらからの出力が参照路ビームと同じ偏光を有
するように、個別に、また縦列型に配置される必要があ
る。ホログラフィック・マッチド・フィルタを作製する
には、最大の効果を得るために、参照ビームおよび信号
ビームを同一面の偏光状態にする必要がある。これ以外
のいかなる配置もマッチド・フィルタの質を低下させる
ものであり、また、直交する偏光状態では、ホログラフ
ィックな相互作用さえ起こらない。
Third, the elements of FIG. 10 need to be arranged with particular care so that the image of the target of interest is focused on the spatial light modulator 76 at the input of FIG. To read the spatial light modulator 76, a polarizer 94 placed in front of the SLM, and
An analyzer 96 placed behind is required. These three elements need to be arranged individually and in tandem so that the output from them has the same polarization as the reference path beam. To make a holographic matched filter, the reference and signal beams must be in the same plane of polarization for maximum effect. Any other arrangement will degrade the quality of the matched filter, and even orthogonal polarization states will not even result in holographic interactions.

フーリエ変換レンズ86は、ガラス・レンズでも良い
が、目標物の数多くのFT複製を全ての所望のMF位置に指
向させるために、特別に設計された多重ホログラフィッ
クレンズが好んで使用される。ホログラフィックレンズ
が、平行化された放射ビームで照射されると、軸外焦点
が得られる。もし、ビームが平行のまま波長を変化させ
たならば、上記第1の場合とは異なるオフセット角度お
よび焦点距離を有する第2の軸外焦点が得られる。この
結果は、物理的には、ホログラムは基本的に高度に複雑
な回折格子であるという事実によるものである。マッチ
ド・フィルタをある1つの波長で製作し、そのフィルタ
ーを別の第2の波長で使用することはしばしば有益であ
る。例えば、ある種の像は、青の光スペクトル帯に属す
る波長でマッチド・フィルタに最良に記録され、赤のス
ペクトル帯に属する波長で最良に再生される。この場合
には、作用する光信号がマッチド・フィルタに形成され
た像を変化させる傾向がある。この傾向は、マッチド・
フィルタが製作時に用いた波長で使われるならば、十分
に減少される。
The Fourier transform lens 86 may be a glass lens, but a specially designed multiple holographic lens is preferably used to direct the numerous FT replicas of the target to all desired MF positions. When the holographic lens is illuminated with a collimated beam of radiation, an off-axis focus is obtained. If the beam is varied in wavelength while remaining parallel, a second off-axis focus with a different offset angle and focal length than in the first case is obtained. This result is physically due to the fact that holograms are basically highly complex diffraction gratings. It is often beneficial to fabricate a matched filter at one wavelength and use that filter at another second wavelength. For example, some images are best recorded on matched filters at wavelengths in the blue light spectral band and best reproduced at wavelengths in the red spectral band. In this case, the acting optical signal tends to change the image formed on the matched filter. This trend is
If the filter is used at the wavelength used during fabrication, it will be significantly reduced.

さらに、目標物の異なる外観光景は固有のマッチド・
フィルタをもたらし、フィルタ自身が角度スケールの感
度を有することが認識されるべきである。ロボット視覚
システムにおいては、各々の異なる外観のマッチド・フ
ィルタは、ある新たな物体のマッチド・フィルタのよう
に取り扱われるべきで、それは、各々のマッチド・フィ
ルタが異なっており、異なる信号を生み出すからであ
る。したがって、同一の標準、すなわち、適正にアライ
ンされたマッチド・フィルタのための正規化が要求され
る。さらに、正規化は角度感度によって影響を受けるた
め補正が必要となるが、このようなことは、従来技術に
おいては認識されていない。
In addition, the outside sights with different targets are uniquely matched.
It should be appreciated that the filter results and the filter itself has angular scale sensitivity. In a robot vision system, each different appearance matched filter should be treated like a matched filter for some new object, because each matched filter is different and produces a different signal. is there. Therefore, the same standard is required, i.e. normalization for a properly aligned matched filter. Further, the normalization is affected by the angular sensitivity and thus requires correction, which is not recognized in the prior art.

例えば、「L−C−R」移動用のロボットシテエム用
には、左(L)、中央(C)、右(R)の各々の光景に
対してマッチド・フィルタが製作されなければならな
い。そして、各マッチド・フィルタについての、実際に
使用される、正規化された応答曲線を生み出すために、
角度感度曲線が生成されなければならない。角度応答曲
線は、中央位置の光景用につくったものを左および右の
光景用に使用するというようなことはできず、それは、
各々のマッチド・フィルタに対する角度応答曲線が異な
るからである。
For example, for a robot system for "LCR" movement, matched filters must be made for each of the left (L), center (C), and right (R) views. And to produce the actual used normalized response curve for each matched filter,
An angular sensitivity curve has to be generated. The angular response curve cannot be made for the central position of the scene and used for the left and right scenes, which is
This is because the angular response curves for each matched filter are different.

要求されるMFの数は、個々のフィルタの応答に依存す
る。例えば、マッチド・フィルタが作製されるある特定
の目標物は、図11の丸い突出部の1つによって示される
ような角度応答を示すかも知れない。もし、これが上か
らの光景で、その目標物が回転した時に常に同じように
見えるならば、各応答は同一になり、360°全範囲用の
メモリは、図11に示されるような“さく(フェンス)”
型の応答を有するであろう。この応答は、全て等しい間
隔で、等しい高さであることを記しておく。
The number of MFs required depends on the response of the individual filters. For example, a particular target for which a matched filter is made may exhibit an angular response as shown by one of the rounded protrusions in FIG. If this is the view from above and the target always looks the same when rotated, then each response will be the same, and the memory for the 360 ° full range will be as shown in FIG. fence)"
Will have a type response. Note that the responses are all equally spaced and of equal height.

ここで、動きのあるロボット(機械)部を考える。こ
のロボット部を、異なる複数の外観光景から考察するな
らば、例えば図12に示す応答の組が得られるであろう。
それぞれの応答は3dB応答(すなわち、基本線がピーク
レベルの1/2に位置する)でも良いが、角度幅の大きさ
が変わり、ピークの相関信号が異なる高さを有すること
に注意する必要がある。これらは、異なる外観光景は、
ある光景において、他の光景よりも多くのエネルギーを
有する可能性があることに起因する。
Here, consider a moving robot (machine) unit. If this robot part is considered from a plurality of different outdoor sightseeing scenes, the set of responses shown in FIG. 12 will be obtained, for example.
Each response may be a 3dB response (ie the baseline lies at half the peak level), but it should be noted that the magnitude of the angular width will change and the peak correlation signals will have different heights. is there. These are different outlooks
Due to the fact that one scene may have more energy than another.

最終結果として、それらの振幅はある共通レベルにさ
れる必要がある。これは、上述したように正規化増幅器
によって電子的に行うか、あるいは、複数のマッチド・
フィルタ写真乾板を均一に“黒化”するために選択的に
露光するように光学的に行うかで達成でき、それら振幅
をある共通の最大高さに落とす。
The end result is that their amplitudes need to be brought to some common level. This can be done electronically by a normalizing amplifier as described above, or by multiple matched
Filtered photographic plates can be accomplished optically by selectively exposing them to "blacken" uniformly, reducing their amplitude to some common maximum height.

そして、その結果の応答は、図13に示すようになるで
あろう。数字は任意の値を表し、説明のためのみのもの
である。しかしながら、ピーク値は等しいことに注目す
るべきである。ある特定の角度範囲に対して要求される
マッチド・フィルタの数は、角度応答が図13に示される
ように正規化された後に決定することが可能である。
And the resulting response would be as shown in FIG. Numbers represent arbitrary values and are for illustration only. However, it should be noted that the peak values are equal. The number of matched filters required for a particular angular range can be determined after the angular response has been normalized as shown in FIG.

以上、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たが、この発明の
開示と技術が、この分野の当業者に多くの変形形態を示
唆することは明らかである。
While the embodiments of the present invention and modifications thereof for a robot vision system have been described in detail above, it should be apparent that the disclosure and technology of the present invention suggest many modifications to those skilled in the art. is there.

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

図1は、本発明の全体的な原理を教示および説明するた
めの、ロボット視覚システムの典型的な実施例の構成を
示す図、図2は、空間周波数幅に対するマッチド・フィ
ルタの角度感度を説明する図、図3aおよび図3bは、所定
のスケールサイズでの、像の回転に対するマッチド・フ
ィルタの感度を説明する図、図4は、、平面図において
外観の回転を伴うある単純な物体を示す図、図5は、図
4に示す物体の回転がそのフーリエ変換像に与える影響
につて説明するための図、図6は、マッチド・フィルタ
の角度感度を示す図であり、特に、3つの可能な物体位
置に対する3つのマッチド・フィルタの相関信号の角度
感度を示す図、図7は、7種類の角度方向の光景が複数
のマッチド・フィルタ上へ記録されたシステムにおける
相関信号の代表例を示す図、図8は、位置制御信号を得
るための信号処理電子回路を有する位置制御システムの
構成を示すブロック図、図9は、複数の分割された検出
器アレイを有する本発明の別の実施例を示す図であり、
各マッチド・フィルタ経路の出力を正規化するための一
つの光学的技術を示す図、図10は、目標物に対する複数
の異なる外観光景に対するMFメモリバンクを作製するた
めの典型的構成例を示す図、図11は、全てのマッチド・
フィルタの角度応答曲線が、その振幅および角度範囲に
おいて等しいという理想的な状況を示す図、図12は、各
マッチド・フィルタの角度応答曲線が、その振幅および
角度範囲の両者において異なるという実際的な状況を示
す図、図13は、図12の応答曲線の正規化を示す図であ
り、各曲線の最大振幅が等しくされ、各マッチド・フィ
ルタに対して異なる角度範囲がもたらされる状況を示す
ものである。 14……空間光変調器、22……多重ホログラフィックレン
ズ、24……マッチド・フィルタ・アレイ、26……逆フー
リエ変換レンズアレイ、28……検出器アレイ、40……正
規化・ゲイン回路、41……メモリ、42……A/D変換器、4
4……比較器、46……ANDゲート
FIG. 1 is a diagram showing the configuration of an exemplary embodiment of a robot vision system for teaching and explaining the overall principle of the present invention, and FIG. 2 illustrates the angular sensitivity of a matched filter with respect to spatial frequency width. Figures 3a and 3b illustrate the sensitivity of the matched filter to image rotation at a given scale size, and Figure 4 shows a simple object with rotation of appearance in plan view. 5 and 5 are views for explaining the influence of the rotation of the object shown in FIG. 4 on its Fourier transform image, and FIG. 6 is a view showing the angular sensitivity of the matched filter. FIG. 7 is a diagram showing the angular sensitivities of correlation signals of three matched filters with respect to various object positions. FIG. 7 is a typical example of the correlation signals in a system in which seven kinds of angular scenes are recorded on a plurality of matched filters. FIG. 8 is a block diagram showing the configuration of a position control system having signal processing electronics for obtaining position control signals, and FIG. 9 is another implementation of the invention having a plurality of divided detector arrays. FIG.
FIG. 10 is a diagram showing one optical technique for normalizing the output of each matched filter path, and FIG. 10 is a diagram showing a typical configuration example for making an MF memory bank for a plurality of different outdoor sightseeing scenes with respect to a target object. , Figure 11 shows all matched
FIG. 12 shows an ideal situation where the angular response curves of the filters are equal in their amplitude and angular range. FIG. 12 shows a practical case where the angular response curves of each matched filter differ in both their amplitude and angular range. Figure 13, Figure 13, shows the normalization of the response curve of Figure 12, showing that the maximum amplitude of each curve is equal, resulting in different angular ranges for each matched filter. is there. 14 ... Spatial light modulator, 22 ... Multiple holographic lens, 24 ... Matched filter array, 26 ... Inverse Fourier transform lens array, 28 ... Detector array, 40 ... Normalization / gain circuit, 41 …… Memory, 42 …… A / D converter, 4
4 …… Comparator, 46 …… AND gate

Claims (10)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】入力像をマッチド・フィルタに記録された
光学情報と光学的に比較し、前記入力像の識別と外観情
報とを提供する光学相関システムにおいて、 (a)解析される入力像が入射され、該像により平行な
放射ビームを空間的に変調して空間的に変調された放射
ビームを形成する空間光変調器と、 (b)前記空間的に変調された放射ビームが入射し、該
放射ビームの複数のフーリエ交換像のアレイを得るため
に多数のフーリエ変換を行なう多重ホログラフィックレ
ンズと、 (c)前記フーリエ変換像のアレイが入射するマッチド
・フィルタ・アレイであって、各マッチド・フィルタ
は、ある目標物の外観光景のフーリエ変換ホログラムを
有し、そのマッチド・フィルタの経路における光学相関
信号を通し、該光相関信号は前記空間的に変調された放
射ビームのフーリエ変換像とマッチド・フィルタに記録
されたフーリエ変換像との相関の程度に依存するもので
あるマッチド・フィルタ・アレイと、 (d)前記マッチド・フィルタ・アレイの複数の光学相
関出力を受け、各光学相関出力について逆フーリエ変換
を行なう逆フーリエ変換レンズ手段と、 (e)前記各光学相関出力の逆フーリエ変換像を検出
し、各光学相関出力を表す検出出力信号を生成する検出
手段と、 (f)前記各マッチド・フィルタの経路に関して正規化
された検出出力信号を生成する正規化手段であって、該
正規化は、個々のマッチド・フィルタに関する角度応答
曲線を作成し、全ての角度応答曲線の最大振幅信号が本
質的に等しくなるようにしてこれら角度応答曲線を正規
化し、各正規化された角度応答曲線に対して光景の角度
領域を決定することを包含するものである正規化手段
と、 (g)複数の正規化された前記検出出力信号の大きさを
比較し、前記入力像の外観情報によって定められる、複
数の出力方向制御信号を生成する比較手段と を具備することを特徴とする光学相関システム。
1. An optical correlation system that optically compares an input image with optical information recorded on a matched filter to provide identification and appearance information of the input image, wherein: A spatial light modulator that is incident and spatially modulates a parallel radiation beam by the image to form a spatially modulated radiation beam; (b) the spatially modulated radiation beam is incident, A multiple holographic lens that performs a number of Fourier transforms to obtain an array of Fourier-transformed images of the radiation beam, and (c) a matched filter array upon which the array of Fourier-transformed images is incident, each matched filter array The filter has a Fourier transform hologram of the out-of-view scene of a target and passes the optical correlation signal in the path of its matched filter, the optical correlation signal A matched filter array that is dependent on the degree of correlation between the Fourier transform image of the modulated radiation beam and the Fourier transform image recorded on the matched filter; and (d) a plurality of matched filter arrays of the matched filter array. An inverse Fourier transform lens means for receiving the optical correlation output and performing an inverse Fourier transform on each optical correlation output, and (e) detecting an inverse Fourier transform image of each optical correlation output, and outputting a detection output signal representing each optical correlation output. Detecting means for generating, and (f) normalizing means for generating a normalized detection output signal for the path of each of the matched filters, the normalization creating an angular response curve for the individual matched filters. Then, normalize these angular response curves so that the maximum amplitude signals of all angular response curves are essentially equal, and each normalized angle Normalizing means including determining an angle region of the scene with respect to the answer curve, and (g) comparing the magnitudes of the plurality of normalized detected output signals, and the appearance information of the input image. And a comparing means for generating a plurality of output direction control signals defined by the optical correlation system.
【請求項2】入力像をマッチド・フィルタに記録された
光学情報と光学的に比較し、前記入力像の識別と外観情
報とを提供する請求項1記載の光学相関システムにおい
て、 (a)前記マッチド・フィルタのアレイは、少なくと
も、目標物の中央軸上の光景に対する中央マッチド・フ
ィルタと、前記目標物の中央角度光景より左側の光景に
対する左マッチド・フィルタと、前記目標物の中央角度
光景より右側の光景に対する右マッチド・フィルタとを
備え、 (b)前記検出手段は、少なくとも、前記中央マッチド
・フィルタに対する中央検出器と、前記左マッチド・フ
ィルタに対する左検出器と、前記右マッチド・フィルタ
に対する右検出器とを備え、 (c)前記比較手段は、少なくとも、前記左検出器の出
力信号の大きさと前記中央検出器の出力信号の大きさと
のいずれが大きいかを決定するためにこれらを比較する
左比較手段と、前記右検出器の出力信号の大きさと前記
中央検出器の出力信号の大きさとのいずれが大きいかを
決定するためにこれらを比較する右比較手段とを備え、
また、 (d)前記左比較手段と前記右比較手段の各出力を受け
取り、前記目標物の確定した角度位置を表す出力方向制
御信号を生成する方向付け手段と、 (e)前記検出手段からの前記複数の検出出力信号を受
け取るように結合され、これら信号の相対的な大きさを
比較して前記入力像の外観情報を決定する処理手段と を更に具備し、 前記処理手段は、更に、各検出出力信号用の正規化回路
と、各正規化検出出力信号を対応するデジタル信号へ変
換するためのアナログ/デジタル変換器と、前記対応す
る複数のデジタル信号の振幅を比較するための比較回路
手段とを備えることを特徴とする請求項1記載の光学相
関システム。
2. An optical correlation system according to claim 1, wherein the input image is optically compared with the optical information recorded in the matched filter to provide identification and appearance information of the input image. The array of matched filters includes at least a central matched filter for a view on a central axis of the target, a left matched filter for a view to the left of the central angular view of the target, and a central angular view of the target. A right matched filter for the right scene, (b) said detection means for at least a central detector for said central matched filter, a left detector for said left matched filter, and for said right matched filter A right detector, and (c) the comparison means is at least the magnitude of the output signal of the left detector and the central detector. The left comparing means for comparing these to determine which of the magnitudes of the output signals is greater, and which of the magnitude of the output signal of the right detector and the magnitude of the output signal of the central detector are greater, And a right comparing means for comparing these to determine
(D) directing means for receiving respective outputs of the left comparing means and the right comparing means and for generating an output direction control signal representing the determined angular position of the target; and (e) the detecting means. Processing means coupled to receive the plurality of detection output signals and comparing the relative magnitudes of these signals to determine appearance information of the input image, the processing means further comprising: Normalization circuit for detection output signal, analog / digital converter for converting each normalized detection output signal to corresponding digital signal, and comparison circuit means for comparing amplitudes of the corresponding plurality of digital signals The optical correlation system according to claim 1, further comprising:
【請求項3】入力像をマッチド・フィルタに記録された
光学情報と光学的に比較し、前記入力像の識別と外観情
報とを提供する請求項1記載の光学相関システムにおい
て、 前記正規化手段は、前記各検出出力信号に対して正規化
された検出出力信号を生成する正規化増幅回路を有する
ことを特徴とする請求項1記載の光学相関システム。
3. An optical correlation system according to claim 1, wherein the input image is optically compared with the optical information recorded in the matched filter to provide identification and appearance information of the input image. The optical correlation system according to claim 1, further comprising a normalized amplifier circuit that generates a normalized detection output signal for each of the detection output signals.
【請求項4】入力像をマッチド・フィルタに記録された
光学情報と光学的に比較し、前記入力像の識別と外観情
報とを提供する請求項1記載の光学相関システムにおい
て、 前記正規化手段は、前記各マッチド・フィルタの経路に
光学的な正規化器を備えることを特徴とする請求項1記
載の光学相関システム。
4. The optical correlation system according to claim 1, wherein the input image is optically compared with the optical information recorded in the matched filter to provide identification and appearance information of the input image. The optical correlation system of claim 1, wherein the optical correlation system comprises an optical normalizer in the path of each matched filter.
【請求項5】入力像をマッチド・フィルタに記録された
光学情報と光学的に比較し、前記入力像の識別と外観情
報とを提供する光学相関方法において、 (a)解析される入力像を空間光変調器へ導き、平行な
放射ビームを空間的に変調して空間的に変調された放射
ビームを形成し、 (b)前記空間的に変調された放射ビームを多重ホログ
ラフィックレンズに入射させて多数のフーリエ変換を行
わせ、前記空間的に変調された放射ビームの複数のフー
リエ変換像のアレイを得て、 (c)前記フーリエ変換像のアレイをマッチド・フィル
タ・アレイに入射させる過程であって、各々のマッチド
・フィルタは、ある目標物のある外観光景のフーリエ変
換ホログラムを有し、そのマッチド・フィルタの経路に
おける光学相関信号を通すものであり、該光学相関信号
は前記空間的に変調された放射ビームのフーリエ変換像
とマッチド・フィルタに記録されたフーリエ変換像との
相関の程度に依存するものであり、 (d)前記マッチド・フィルタ・アレイの複数の光学相
関出力を逆フーリエ変換レンズ手段に入射させ、各光学
相関出力について逆フーリエ変換を行い、 (e)前記各光学相関出力の逆フーリエ変換像を検出
し、各光学相関出力を表す検出出力信号を生成し、 (f)前記各マッチド・フィルタの経路を通過する信号
を正規化して正規化された検出出力信号を生み出す過程
であって、この正規化過程は、 個々のマッチド・フィルタに関し、それぞれ独立した最
大振幅と角度範囲とを有する角度応答曲線を作成する過
程と、 前記各マッチド・フィルタの経路を通過する信号を正規
化して全ての前記角度応答曲線の最大振幅を等しくし、
この結果、各マッチド・フィルタ経路毎に異なる角度範
囲が生成される過程と、 前記角度応答曲線を正規化するために全ての角度応答曲
線の最大振幅信号を本質的に等しくした後に、各々の正
規化された角度応答曲線に対して光景の角度領域を決定
する過程とを包含し、 (g)複数の前記正規化された検出出力信号の大きさを
比較し、前記入力像についての外観情報によって定めら
れる、複数の出力方向制御信号を生成する 各過程を有することを特徴とする光学相関方法。
5. An optical correlation method for optically comparing an input image with optical information recorded on a matched filter to provide identification and appearance information of the input image, the method comprising: Leading to a spatial light modulator, spatially modulating a parallel radiation beam to form a spatially modulated radiation beam, (b) allowing the spatially modulated radiation beam to enter a multiple holographic lens A plurality of Fourier transforms to obtain an array of Fourier transform images of the spatially modulated radiation beam, and (c) injecting the array of Fourier transform images into a matched filter array. Then, each matched filter has a Fourier transform hologram of an outside scene with an object and passes the optical correlation signal in the path of the matched filter. The optical correlation signal is dependent on the degree of correlation between the Fourier transform image of the spatially modulated radiation beam and the Fourier transform image recorded in the matched filter, and (d) the matched filter array A plurality of optical correlation outputs are made incident on the inverse Fourier transform lens means, an inverse Fourier transform is performed on each optical correlation output, and (e) an inverse Fourier transform image of each optical correlation output is detected to detect each optical correlation output. Producing an output signal, and (f) normalizing the signal passing through the path of each said matched filter to produce a normalized detection output signal, the normalization step relating to the individual matched filters. , Creating an angular response curve having independent maximum amplitude and angular range, and normalizing the signal passing through the path of each matched filter. And equalize the maximum amplitude of all the angle response curves,
This results in the generation of different angular ranges for each matched filter path, and after making the maximum amplitude signals of all angular response curves essentially equal to normalize the angular response curves, each normal Determining the angular region of the scene with respect to the normalized angular response curve, and (g) comparing a plurality of the normalized detected output signal magnitudes with the appearance information about the input image. An optical correlation method comprising: each step of generating a plurality of output direction control signals that are defined.
【請求項6】入力像をマッチド・フィルタに記録された
光学情報と光学的に比較し、前記入力像の識別と外観情
報とを提供する請求項5記載の光学相関方法において、 (a)前記フーリエ変換像のアレイをマッチド・フィル
タ・アレイに入射させる過程は、前記フーリエ変換像の
アレイを、少なくとも、目標物の中央軸上の光景に対す
る中央マッチド・フィルタと、前記目標物の中央角度光
景より左側の光景に対する左マッチド・フィルタと、前
記目標物の中央角度光景より右側の光景に対する右マッ
チド・フィルタとに入射させる過程を含み、 (b)前記逆フーリエ変換像を、少なくとも、前記中央
マッチド・フィルタに対する中央検出器と、前記左マッ
チド・フィルタに対する左検出器と、前記右マッチド・
フィルタに対する右検出器とで検出し、 (c)前記正規化された複数の検出出力信号の大きさ
を、少なくとも、前記左検出器の出力信号の大きさと前
記中央検出器の出力信号の大きさとのいずれが大きいか
を決定するためにこれらを比較する左比較手段と、前記
右検出器の出力信号の大きさと前記中央検出器の出力信
号の大きさとのいずれが大きいかを決定するためにこれ
らを比較する右比較手段とにより比較し、 (d)前記左比較手段と前記右比較手段の各出力を利用
し、前記目標物の確定した角度位置を表す出力方向制御
信号を生成し、 (e)前記複数の検出出力信号の相対的な大きさを比較
して前記入力像の外観情報を決定する過程であって、各
検出出力信号用の正規化回路と、各正規化検出出力信号
を対応するデジタル信号へ変換するためのアナログ/デ
ジタル変換器と、前記対応する複数のデジタル信号の振
幅を比較するための比較回路手段とを備える 過程を有することを特徴とする請求項5記載の光学相関
方法。
6. An optical correlation method according to claim 5, wherein the input image is optically compared with the optical information recorded in the matched filter to provide identification and appearance information of the input image. The step of making the array of Fourier transform images incident on the matched filter array comprises the steps of setting the array of Fourier transform images to at least a central matched filter for a view on the central axis of the target and a central angular view of the target. Including the step of causing the left matched filter for the left scene and the right matched filter for the scene to the right of the central angle scene of the target to be incident, and (b) at least the inverse Fourier transform image of the central matched scene. A center detector for the filter, a left detector for the left matched filter, and a right matched filter for the left matched filter.
(C) The magnitude of the normalized plurality of detection output signals is at least the magnitude of the output signal of the left detector and the magnitude of the output signal of the central detector. Left comparing means for comparing them to determine which is greater, and these to determine which of the magnitude of the output signal of the right detector and the magnitude of the output signal of the central detector is greater. And (d) each output of the left comparing means and the right comparing means is used to generate an output direction control signal representing the determined angular position of the target, ) The process of determining the appearance information of the input image by comparing the relative magnitudes of the plurality of detection output signals, in which a normalization circuit for each detection output signal is associated with each normalized detection output signal. Convert to digital signal An analog / digital converter of order, the corresponding optical correlation method according to claim 5, characterized by having a process and a comparison circuit means for comparing the amplitudes of a plurality of digital signals.
【請求項7】入力像をマッチド・フィルタに記録された
光学情報と光学的に比較し、前記入力像の識別と外観情
報とを提供する請求項5記載の光学相関方法において、 前記正規化の過程は、前記各検出出力信号に対して正規
化された検出出力信号を生成する正規化増幅回路によっ
て実行されるものであり、全ての前記マッチド・フィル
タ経路に対する正規化検出出力信号を得るために、前記
各正規化増幅回路用の増幅因子をメモリに記憶する過程
を含むことを特徴とする請求項5記載の光学相関方法。
7. An optical correlation method according to claim 5, wherein the input image is optically compared with the optical information recorded in the matched filter to provide identification and appearance information of the input image. The steps are performed by a normalization amplifier circuit that produces a normalized detection output signal for each of the detection output signals, to obtain a normalized detection output signal for all of the matched filter paths. 6. The optical correlation method according to claim 5, further comprising the step of storing an amplification factor for each of the normalized amplification circuits in a memory.
【請求項8】入力像をマッチド・フィルタに記録された
光学情報と光学的に比較し、前記入力像の識別と外観情
報とを提供する請求項5記載の光学相関方法において、 前記正規化の過程は、前記各マッチド・フィルタの経路
において光学的な正規化により実行されることを特徴と
する請求項5記載の光学相関方法。
8. An optical correlation method according to claim 5, wherein the input image is optically compared with optical information recorded on a matched filter to provide identification and appearance information of the input image. 6. The optical correlation method according to claim 5, wherein the step is performed by optical normalization in the path of each matched filter.
【請求項9】入力像をマッチド・フィルタに記録された
光学情報と光学的に比較し、前記入力像の識別と外観情
報とを提供する請求項8記載の光学相関方法において、 前記正規化の過程は前記各マッチド・フィルタの経路に
おける光学的な減衰フィルタによって実行されるもので
あり、また、前記正規化過程は前記各マッチド・フィル
タの経路における回転可能な偏光減衰フィルタによって
実行されるものであり、前記回転可能な偏光減衰フィル
タは、前記全てのマッチド・フィルタ経路に対する正規
化を行うために、各マッチド・フィルタ経路に対して選
択的に回転されることを特徴とする請求項8記載の光学
相関方法。
9. An optical correlation method according to claim 8, wherein the input image is optically compared with the optical information recorded on the matched filter to provide identification and appearance information of the input image. The process is performed by an optical attenuating filter in the path of each matched filter, and the normalization process is performed by a rotatable polarization attenuating filter in the path of each matched filter. And wherein the rotatable polarization-attenuating filter is selectively rotated for each matched filter path to perform normalization on all of the matched filter paths. Optical correlation method.
【請求項10】入力像をマッチド・フィルタに記録され
た光学情報と光学的に比較し、前記入力像の識別と外観
情報とを提供する請求項8記載の光学相関方法におい
て、 前記正規化の過程は、前記各マッチド・フィルタ経路を
通るレーザ光のパワーを制御することによって実行され
ることを特徴とする請求項8記載の光学相関方法。
10. An optical correlation method according to claim 8, wherein the input image is optically compared with the optical information recorded in the matched filter to provide identification and appearance information of the input image. 9. The optical correlation method according to claim 8, wherein the step is performed by controlling the power of laser light passing through each of the matched filter paths.
JP51158789A 1989-10-03 1989-10-03 Optical correlation system and method Expired - Lifetime JPH0831134B2 (en)

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Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/US1989/004396 WO1991005314A1 (en) 1988-08-25 1989-10-03 Robotic vision, optical correlation system

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Publication Number Publication Date
JPH04503721A JPH04503721A (en) 1992-07-02
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3779492A (en) * 1971-10-18 1973-12-18 Grumman Aerospace Corp Automatic target recognition system
JPS4936350A (en) * 1972-08-01 1974-04-04
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

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