JPS5827552B2 - 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）入カバ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ト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、入カバターンの像を結ばせるとか、入カ
バターンのスペクトルを出すとかして、入カバターンを
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大カバ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（特開昭４９−４７
０４１）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。

そこに例えばフィルムに写された文字のような黒地に透
明な識別したい入カバ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カバターンよ
りも前に配置されておりそれらの像が同一場所に結偉し
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づけされていなければ、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大きくせざるを得
ないことから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心安
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。

本発明は複眼レンズを使用せずに各標準パターンの像を
同一場所に作り出し、パターンを識別するようにするこ
とにより、上記の欠点を取り除いたパターン識別装置を
提供することを目的とする。

上記目的を遠戚するための本発明の安旨は、コード化さ
れていない、通常使用されている形の文字、図形などの
複数の標準パターンの像を同時に且つ同一場所に作り出
し、その後は各標準パターンごとに光が分離するように
したホログラム、そのホログラムから所定位置に再生像
を形成する再生系、識別さるべく再生像の位置に設定さ
れる入カバターンを透過し分離した各波の強度を検出す
る検出器を備えたパターン識別装置にあるａこのような
パターン識別装置において、フラウンホーファー回折領
域のホログラムを使用するものは、特公昭５２−２１３
７０号で提案されているが、本発明は、フレネル回折領
域のホログラムを用いてパターン識別を行うものである
。

次に、図面に示した実施例により本発明の詳細な説明す
る。

第２図は本発明の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（Ｆｒｅｓｎｅｌ Ｈｏｌｏ−ｇｒａｍ）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８ａ上を移
動するように構成されている。

尚、ここで平面８は適当な曲面でもよく、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−づつ代るかわる配設
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、成る一つの標準パターンＰ１を９
３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９３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Ｐ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、識別の際心安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９
ｃ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、フィ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
れているような入カバターン１４を再生像の位置９ｃに
設定すれば、入カバターン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、人カバターン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心安は
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カバタ
ーンを設定すると、その入カバターンと同じ標準パター
ンについては入カバターンがなかった時と同じスペクト
ルが現出するが、他の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、それ等スペクトルが生ずる面に、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配設し、それを通過した光を光検出
器が受光するようにすれは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６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夫第７
図ａ ｒ ｂ ｙ 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
像をフィルムに記録するなどしてつくればよい。

第４図は、第２図の如き方式で記録されたホログラム１
０ｂによりパターンの識別を行なう装置の他の例につき
原理図的に示したもので、参照点源と同じ光源１２又は
それと等価な光源を用い、記録時と同じ波面でホログラ
ム１０ｂを照明すると、ホログラム１０ｂを透過した光
はホログラム１０ｂの後方（照明光側）に図示の如く標
準パターンの虚像９ｂ（これはホログラム１０ｂに含ま
れている標準パターン全ての像であり、同時に同一場所
に生ずることは言うまでもない。

）及び標準パターンのスペクトル虚像１１ｂから発せら
れたように進行する。

従ってこの光を第１結像光学系により結像させれば、手
前にスペクトルの第一次実像１１ｄ前方に標準パターン
の第一次実像９ｄを生じ、更に第２結像光学系により二
次像１１ｅ、９ｅが一次像、９ｄ、１１ｄと同様な関係
で生じる。

従ってこのような方式をパターン識別ｔこ用いる時には
次のいずれかのようにすればよい。

（１）標準パターンの一次像９ｄの位置に罰述の如き入
カバターンを設定し、スペクトルの二次像１１ｅの位置
に光検出器を配設する。

（２）人カバターンは（１）と同様の位置に設定し、ス
ペクトルの二次像位置は、前述の如き識別の正確さを高
めるための空間周波数フィルタを配設し、その背後に光
検出器を配設する。

（３）スペクトルの一次像１１ｄの位置に（２）と同様
な空間周波数フィルタを配設それを通してし、標準パタ
ーンの一次像８ｄを結ばせ、その位置に入カバターンを
設定し、スペクトルの二次像１１ｅの位置に光検出器を
配設する。

そしていずれの場合についても、光検出器の出力を比較
すれば入カバターンを識別できる。

第５図は第２図と同様に信号波のフレネル回折領域でホ
ログラムを記録するための装置の他の例を原理同曲に示
したもので、第２図と同符号のものは第２図のと同じよ
うなものである。

１８は結像レンズで、それにより標準パターンのスペク
トル１９が生じ、又標準パターンの像９ｆが結ばれ見か
け上標準パターン像９ｆ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９ａの位置に設定される標準パターンに応じて、
それに対する識別の正確さを高めるための空間周波数フ
ィルタを設定しつつ、上記記録を行なう。

それにより、第３図や第４図で空間周波数フィルタを用
いたのと同様の効果を得ることができる。

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ムを記録する場合
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の入れかえに応じ
て移動させる限り、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料から
等距離に設定し、所謂レンズレスフーリエ変換ホログム
（Ｌｅｎｓｌｅｓｓ ＦｏｕｒｉｅｒＴｒａｎｓｆｏｒ
ｍ Ｈｏｌｏｇｒａｍ）を記録してもよい。

又、ホログラムのタイプとして、例えば感光材料の濃淡
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１
、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ず、
又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、 ナ
ンバーを小さく選ぶことなく、日常使用する形態の入カ
バターンを並列処理で識別できる。

【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図は本発明の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図は本発明の
パターン識別装置の１実施例の説明図、第４図は本発明
のパターン識別装置の他の実施例の説明図、第５図は本
発明のパターン識別装置に使用するホログラムの他の記
録方法の説明図、第６図ａ、ｂ、ｃ、ｄは標準パターン
の一例を示す説明図、第７図ａ、ｂ、ｃ、ｄは、第６図
の各標準パターンのホログラフィによるスペクトル像め
写真である。 １１ａ点光源、９ａ標準パタ一ン設定位置、１２ａ参照
光源、１０ａ感光材料、１０ｂホログラム、１４人カバ
ターン、１５検出器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 各標準パターンの像が全て単一の位置に再生される
   ように記録されたホログラムと、該ホログラムを再生す
   る再生系と、再生された各標準パターンの像の後方にお
   いて各標準パターンごとに再生波強度を検出する検出系
   とを有し、再生された各標準パターンの像の位置に識別
   される入カバターンを配置して該入カバターンを介した
   再生波の強度から該入カバターンを識別するパターン識
   別装置において、 上記ホログラムは、それぞれの標準パターンに対して該
   標準パターンを照明する点源の位置がそれぞれ対応する
   ように、単一の位置に標準パターンを入れかえつつ点源
   の位置が移動せしめられて、各標準パターンがフレネル
   回折領域で記録されたホログラムであることを特徴とす
   るパターン識別装置。