JPS5813946B2 - パタ−ン識別装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はコード化されていない通常使用する形の文字・
図形などのパターンを光学的にそのまま入力し、識別す
る装置に関するものである。

従来のパターン識別装置には、主として電気的処理によ
るもの、光学的処理によるものがある。

しかしながら、電気的処理によるものはいずれも１次元
的逐次処理方式のものであり、もともと２次元であるパ
ターンを１次元のスキャンニングの積み重ねによって処
理しようとするものであるから、前処理に相当手間がか
かり、構造も複雑である。

また、光学的処理によるものには（１）入力したパター
ンの像と標準パターンの重ね合わせによるもの、 （２）入力パターンの回折像を処理するもの（回折パタ
ーンサンプリング法）、 （３）入力したパターンのスペク・ルと標準パターンの
スペクトルの重ね合わせによるもの（強度空間フィルタ
法）、 （４）入力したパターンの相関をとるもの（複素空間フ
ィルタ法）、 （５）入力したパターンと標準パターンのフレネル回折
像の相関によるもの などがあり、（２）を除けば、これらはいずれも２次元
的処理であるから、パターンの処理方式としては理にか
なっているが、入力パターンの像を結ばせるとか、入力
パターンのスペクトルを出すとかして、入力パターンを
処理した後に、各種の標準パターンあるいは各種の標準
パターンのスペクトルを順次入力パターンと比較すべき
位置に挿入しひとつづつ比較するようになっている直列
処理方式であるため、処理速度がおそい。

これに対し本発明者の一人はすでに上記の如き欠点のな
いパターン識別装置を提案しており（特願昭４７−９１
８９７）、それを第１図に示す。

図において１は識別対象物内に含まれている各種のパタ
ーンを、例えば打抜きなどの手段により、所定の位置に
描いたパターン板であり，それらの標準パターンはそれ
ぞれ個々に対応する位置にレンズが置かれた複眼レンズ
２およびレンズ３によって同一場所４Ａに重複して結像
する。

そこに例えばフイルムに写された文字のような黒地に透
明な識別したい入力パターンをそのまま挿入すればパタ
ーン板内のそれと同じパターンから来る光はもつとも多
く透過し、検知器上にもつとも強い光強度を生じる。

検知器６はパターン板内の各標準パターンと対応して配
列されており、それぞれの光強度を直接あるいは識別の
正確さを高める空間周波数フィルタを通して、比較する
ことにより、入力されたパターンを識別する。

このパターン識別装置は光学的処理によっているので２
次元処理であり、各種の標準パターンが入力パターンよ
りも前に配置されておりそれらの像が同一場所に結像し
その位置に入力するようになっているので並列処理であ
り、入力は日常使用する形態のままであり、また識別の
正確さを高める識別強調フィルタが挿入されている。

このように、第１図に示したパターン識別装置の処理方
式は前述の如き従来のものの欠点を取り除いている。

しかしながらこの装置はそれを構成する光学素子の製作
が困難で、非常に高価になる欠点がある。

すなわち第１図の装置において、複眼レンズ２はそれを
構成する多数のレンズを製作しなければならないので手
間がかかり、またそれら個々のレンズの光軸はパターン
の位置に対応して正確に位置ずげされていなげれば，像
は面４において位置ずれを生じる。

さらに、複眼レンズを構成する個々のレンズは口径が小
さいので長焦点化するとパターンからの光が対応するレ
ンズに十分に入りにくくなり、長焦点化しにくい。

その結果、レンズ３とこの複眼レンズとの組合によって
決まる、入力面４における像の大きさの関係上、一般に
焦点距離を長くできに《くなり、また各複眼レンズを通
過した光の全てが入射し得るよう口径を太き《せざるを
得ないことがらＦナンバーが小さくなる。

レンズ５もレンズ３と同じＦナンバーであることが必要
であり、レンズ３およびレンズ５の製作は困難化する。

それ故複眼レンズの使用はこの点からも望ましくない。

本発明は、上述の如き欠点に鑑みてなされたものであり
、その目的は、構成が簡単で、かつ、精度の良いパター
ン識別が可能な装置を提供することにある。

そして、上記目的を達成する為、本発明に係るパターン
識別装置は、ホログラムに複数の標準パターンを記録し
ておき、そのホログラムを再生してパターン識別を行な
うものにおいて、該ホログラムは、各標準パターンに応
じて定められた空間周波数フィルタを介して各標準パタ
ーンがそれぞれ互いに異なる領域に記録されたものであ
ることを特徴とするものである。

次に、図面に示した実施例により本発明を詳細に説明す
る。

第２図はパターン識別装置に使用するホログラムを記録
するための装置の一例として、フレネルホログラム（Ｆ
ｒｅｓｎｅｌ Ｈｏｌｏｇｒａｍ）を用いたものを原理
図的に示したもので、８は点光源１１ａが移動する平面
を示し、点光源１１ａはこの平面８上を移動するように
構成されている。

尚、ここで千面８は適当な曲面でもよ《、点光源１１ａ
は適当な光学系によって平面８上に集光された光点でも
よく、本願における点光源又は点源の語はこのようなも
のも含む。

９ａは前述の如き標準パターンが一つずつ代るかわる配
設される位置を示し、１２は点光源１１ａの光とコヒー
レントな光を発し、９ａの位置の標準パターンを透過し
た信号波との干渉パターンを該信号波のフレネル回折領
域に置かれた感光材料１０ａに生ずべき参照波を生ずる
ための参照点光源である。

このような構成において、点光源１１ａを図示の如＜１
１ａ１位置に設定し、或る一つの標準パターンＰ１を９
ａの位置に配設し、この標準パターンを透過した信号波
と参照波とによる干渉パターンを感光材料１０ａ上に記
録する。

次に点光源１１ａを１１ａ２の位置に移し、他の標準パ
ターンＰ２を９ａの位置に配設し、それによる干渉パタ
ーンを感光材料１０ａ上の標準パターンＰ１の干渉パタ
ーンからずれた位置に記録する。

更に点光源１１ａを１１ａ３の位置に移し、標準パター
ンＰ３を９ａの位置に配設してそれの干渉パターンを記
録し、以下同様にして、一つの標準パターンに一つの点
光源位置を対応させつつ順次それ等標準パターンを透過
した信号波と参照波との干渉パターンを感光材料上に記
録していく。

ここで、第２図の如き構成では各干渉パターンを記録す
る度に参照光は感光材料全面に照射されるが、もしそれ
が都合が悪ければ、干渉パターンが生じる範囲だけ開口
した遮光板を感光材料１０ａの前面に配設し、この開口
部を、光源１１ａの移動によって変化する干渉パターン
の位置に合せるよう移動させつつ干渉パターンの記録を
行なえばよい。

尚上記開口の大きさは、干渉パターンの広がりについて
の配慮と共に、識別の際必要な、像の空間周波数に応じ
て適当に選ぶことができる。

第３図は上述のようにして感光材料上に記録されたホロ
グラムを用いてパターンを識別する装置の一例を原理図
的に示したもので、そのようなホログラム１０ｂを記録
時に用いた参照波と逆の波面１３或はそれと等価な波面
で照明すると、ホログラムとして記録されている標準パ
ターン全ての共役像が、記録時の標準パターン位置９Ｃ
に同時に再生される。

そしてその像の再生に関与した光は再生像を形成した後
、分離し、記録時の各点光源位置に対応する位置に各標
準パターンのスペクトルを現出させる。

従って、この分離した光の各光路中の適当な位置に夫々
検出器を配設し、前述の如くして予め記録されている標
準パターンの中の一つが、フイルムに写すなどの手段に
より不透明な地に対して透明に（或はその逆に）記録さ
れているような入力パターン１４を再生像の位置９ｃに
設定すれば、入力パターン１４と同じ標準パターンに対
応する点光源位置の光検出器へは、他より多くの（透明
地ならば逆に少ない）光が入射するので、光検出器の出
力を比較することにより、入力パターン１４が標準パタ
ーン中のどれと同じであるか識別できる。

即ちこの方式によれば全くレンズを用いることなく並列
処理のパターン識別が行なえる。

尚、上記検出器は必ずしもスペクトル位置におく必要は
なく、光が分離している所であればどこでもよい。

ここで、記録時の点光源位置に対応する位置に現出する
各標準パターンのスペクトルは再生像の位置に入力パタ
ーンを設定すると、その入力パターンと同じ標準パター
ンについては入力パターンがなかった時と同じスペクト
ルが現出するが、他ｍ標準パターンについては、強度が
低下すると共に変形したスペクトルになる。

従って，各標準パターンの各スペクトルごとに，各標準
パターンのスペクトルの特徴に応じた空間周波数フィル
タを用いて各標準パターンが記録されたホログラムを使
用してパターン識別を行うようにすれば識別の正確さを
高めることができる。

そして、この空間周波数フィルタは、例えば標準パター
ンが第８図ａ，ｂ，ｃ，ｄの如きものであれば、それ等
のスペクトルは夫々第９図ａ，ｂ，ｃ，ｄの如くになる
ので、このスペクトルにおける強度の空間的分布とほぼ
等しい透過率分布を持ったフィルタを例えばそのスペク
トル像のポジ像をフイルムに記録するなどしてつ《れば
よい。

第４図は、上述の如き空間周波数フィルタを用いて各標
準パターンを記録する本発明に係るホログラムの記録方
法の一実施例を示すものであり、第２図と同符号のもの
は第２図と同様の要素である。

第４図において、１８は結像レンズで、それにより標準
ｎターンのスペク・ルが結像レンズ１８に関して点光源
１１ａと共役な面の位置１９に生じ、又標準パターンの
像が、位置９ａと共役な位置９ｆに生じる。

そして、見かけ上位置９ｆに生じる標準パターンの像か
らの波面と参照点光源１２からの波面との干渉パターン
が感光材料１０ａ上に記録される。

ここで位置９ａに設定される各標準パターンに応じて、
識別精度を向上させる為に定められた空間周波数フィル
タＦが位置１９に配置される。

このような構成において、まず、点光源１１ａを位置１
１ａ１に設定し、ある一つの標準パターンＰ，を位置９
ａに配置するとともに該標準パターンＰ１に応じて定め
られた空間周波数フィルタＦ１を位置１９に配置し、こ
の標準パターンＰ，及び空間周波数フィルタＦ１を透過
した信号波と参照波とによる干渉パターンを感光材料１
０ａ上のある領域に記録する。

次に、点光源１１ａを位置１１ａ２に移動させ、他の標
準パターンＰ２を位置９ａに配置するとともに該標準パ
ターンＰ２に応じて定められた空間周波数フィルタＦ２
を位置１９に配置して、それによる干渉パターンを感光
材料１０ａ上の標準パターンＰ１が空間周波数フィルタ
Ｆ，をとおして記録された領域とは異なる領域に記録す
る。

更に、点光源１１ａを位置１１ａ３に設定し、標準パタ
ーンＰ３を位置９ａに配置するとともに標準パターンＰ
３に応じて定められた空間周波数フィルタＦ３を位置１
９に配置して、それによる干渉パターンを標準パターン
ｐ，，ｐ２の記録された領域とは異なる領域に記録する
。

以下同様にして、一つの標準パターンに一つの点光源位
置を対応させ、かつ、標準パターンに応じた空間周波数
フィルタを配置しつつ、順次標準パターン及び空間周波
数フィルタを介した信号波と参照波との干渉パターンを
感光材料上に記録する。

すなわち、感光材料１０ａは、各空間周波数フィルタを
介した標準パターンの像（以下、これを単に標準パター
ンの像と略す。

）を単一の位置に再生されるよう記録されたホログラム
１０ｂとなる。

ここで、第４図の如き構成では各干渉パターンを記録す
る度に参照光は感光材料全面に照射されるが、もしそれ
が都合が悪ければ、干渉パターンが生じる範囲だけ開口
した遮光板を感光材料１０ａの前面に配設し、この開口
部を、光源１１ａの移動によって変化する干渉パターン
の位置に合せるよう移動させつつ干渉パターンの記録を
行なえばよい。

尚、上記開口の大きさは、干渉パターンの広がりについ
ての配慮と共に、識別の際必要な、像の空間周波数に応
じて適当に選ぶことができる。

ここで、この記録の時に用いられる空間周波数フィルタ
Ｆは、例えば、標準パターンが第７図ａ：ｂ，ｃ，ｄの
如きものであれば、それ等のスペクトルは夫々第８図ａ
，ｂ，ｃ，ｄのようになり、このスペク・ルは、写真か
ら明らかな如く、中心部分に集まっているゼロ次スペク
トルは、どの標準ｎターンについても同一であるので、
このゼロ次スペクトルをカットするようにすればよい。

そうすることにより、高次スペクトルだけについての記
録が行なわれ、検出の際のＳ／Ｎ比が向上し、精度の良
いパターン識別が可能となる。

第４図の如き記録方法によって作成されたホログラムは
、第３図の如き光学系によって記録された像を再生し、
入力パターンが識別される。

第５図はフーリエ変換ホログラム（ＦｏｕｒｉｅｒＴｒ
ａｎｓｆｏｒｍ Ｈｏｌｏｇｒａｍ）方式によるホログ
ラム記録装置の一例を示したもので、２１ａの位置に設
定される標準パターンを無限遠の点光源の光即ち平面波
２０で照明し，標準パターンを透過した信号波は結像レ
ンズ２５により感光材料２２ａ上にスペクトルを生じさ
せ、平面波２０とコヒーレントな参照平面波２４と、前
記の如くして感光材料２２ａ上に生じたスペクトルとの
干渉パターンを（換言すれば標準パターンを通過した信
号波のフラウンホーファ一回折領域でホログラムを）記
録するように構成されており、標準パターンを取換える
たびに感光材料２２ａを動かして記録を行なう。

この場合、第２図と同様に感光材料の前に所定開口を有
する遮光板を配設してもよい。

又、低い周波数の強度が大き過ぎて感光材料のダイナミ
ックレンジを越えるような標準パターンの場合には，そ
れを分散させる位相板を配設して記録すればよい。

このようなフーリエ変換ホログラムに標準パターンを記
録する場合にも本発明の如く空間周波数フィルタを用い
ることが可能であり、その為には、点光源の共役像をい
ったん形成し該共役像位置に空間周波数フィルタを配置
すればよい。

第６図は、第５図の如くして記録されたホログラム２２
ｂを用いてパターンの識別を行なう装置の一例を示した
もので、ホログラム２２ｂを記録時の参照波２４と同じ
波面で照明し、このホログラム２２ｂを透過した光を結
像光学系２ｂに導き、ホログラムに記録された標準パタ
ーン全ての像を前記結像光学系２６の焦点面上の同一場
所２ｌｂに同時に再生し、その再生像位置２ｌｂに設定
される入力パターン１４を通過した光をレンズ系２７に
より互に分離した平面波にし、その光路中の適当な位置
１５に配設された光検出器の出力の比較によりパターン
を識別するように構成されている。

尚、第６図の如き構成の代りに、ホログラム２２ｂを参
照波と逆の波面で照明して標準パターンの共役像を再生
するようにしてもよい。

又、上記実施例の説明では、信号波のフレネル回折領域
で記録されるフレネルホログラム及びフラウンホーファ
一回折領域で記録されるフーリエ変換ホログラムについ
て１〜２例を示したが、フレネル回折領域でホログラノ
を記録する場合には点光源の如き、標準パターンに照射
される波がそこを通って出て行く点源を標準パターンに
応じて移動させ、フラウンホーファ一回折領域で記録す
る場合には感光材料のような記録材料を移動させる限り
、前記点源から標準パターンまでの距離は任意に選ぶこ
とができ、無限大（平面波の照射）にしてもよく、又参
照波もフレネルホログラムの場合は点源からのでも或は
平面波でもよい。

尚フレネル回折領域における記録で、無限大位置の点源
で照射する場合、実際には例えば結像光学系の焦点面内
で点源を動かしつつ、結像光学系から出る平面波を標準
パターンに照射すればよい。

更に、フレネル回折領域で記録する方式では、参照波の
点源の位置と標準パターンの設定位置とを記録材利から
等距離に設定し、所謂レンズレスフーリエ変換ホログラ
ム（Ｌｅｎｓｌｅｓｓ ＦｏｕｒｉｅｒＴｒａｎｓｆｏ
ｒｍ Ｈｏｌｏｇｒａｍ）を記録してもよい。

又、ホログラムのタイプとして、例えば感光材利の濃淡
によって記録するような振幅ホログラムの代りに位相ホ
ログラムでも、或はその両方を兼ねたものでもよいし、
波面を形成するものとしては可視光ばかりでなく赤外光
，紫外光及びその他の電磁波、更には超音波等でも可能
である。

上述の如き本発明によれば、複眼レンズは全く用いない
ので構成が簡単である一に、レンズは例え用いてもそれ
等は単に適当な位置に結像し或は適当な巾の平面波をつ
くればよいので、焦点距離やＦナンバーを任意に選ぶこ
とができるので、Ｆナンバーを小さく選ぶことなく、日
常使用する形態の入力パターンを並列処理で識別できる
パターン識別装置において、ホログラム記録の際、標準
パターンのスペクトルの特徴に応じた空間周波数フィル
タを用いることによってパターン識別の精度を高める効
果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明で改良対象としたパターン識別装置の説
明図、第２図はパターン識別装置に使用するホログラム
の一つの記録方法の説明図，第３図は第２図の構成によ
って作成されたホログラムを用いたパターン識別装置の
１実施例の説明図、第４図は本発明一実施例のパターン
識別装置に用いられるホログラムの別の記録方法の説明
図，第５図は本発明のパターン識別装置に適用可能な他
の形式のホログラムの記録方法の説明図、第６図は第５
図の構成によって作成されたホログラムを用いたパター
ン識別装置の説明図、第７図ａ，ｂ，ｃ，ｄは標準パタ
ーンの一例を示す説明図、第８図ａ，ｂ，ｃ，ｄは、第
８図の各標準パターンのホログラフイによるスペクトル
像の写真である。 １０ｂ：ホログラム、１２：再生系（第３図）、１５：
検出系、Ｆ：空間周波数フィルタ、２２ｂ：ホログラム
、２４二再生系（第６図）。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 各標準パターンの像が単一の位置に再生されるよう
   に各標準パターンが互いに異なる領域に記録されたホロ
   グラムと、 該ホログラムから各標準パターンの像をそれぞれ同時に
   再生する再生系と、 再生された各標準パターンの像の後方において再生波の
   強度を各像ごとに検出する検出系とを有し、 再生された各標準パターンの像の位置に識別されるべき
   入力パターンを配置して該入力パターンを介した各像ご
   との再生波強度から入力パターンが識別されるパターン
   識別装置において、上記ホログラムには各標準パターン
   に応じて定められた空間周波数フィルタを介して各標準
   パターンが記録されていることを特徴とするパターン識
   別装置。