KR0140533B1 - 광학 상관기 및 크로스-상관 정보 발생방법 - Google Patents

광학 상관기 및 크로스-상관 정보 발생방법

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KR0140533B1
KR0140533B1 KR1019890012852A KR890012852A KR0140533B1 KR 0140533 B1 KR0140533 B1 KR 0140533B1 KR 1019890012852 A KR1019890012852 A KR 1019890012852A KR 890012852 A KR890012852 A KR 890012852A KR 0140533 B1 KR0140533 B1 KR 0140533B1
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하라 레이노스께
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Abstract

내용없음.

Description

광학 상관기 및 크로스-상관 정보 발생방법
제 1도는 본 발명에 따른 광학 상관기(correlator)의 한 실시예를 도시한 도면.
제 2도는 본 발명에 따른 광학 상관기의 다른 실시예를 도시한 도면.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1: 레이저3, 4: 빔 스플리터
7: 미러12: 비선형 광학 액정
본 발명은 측광학, 광학 정보 처리기 등에 이용된 광학 상관기에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 코히런트(coherent) 광학 상관 처리를 통해 2차원 영상으로부터 자동으로 필요한 물체를 식별하는 광학 상관기에 관한 것이다.
각종 형태의 광학 상관기는 공지되어 있다.
광학 상관기의 한 형태가 상관을 검출하는 홀로그래피에 의해 상관 필터를 제조하는 방법을 이용한다. 그러나, 그것은 비교 영상을 위한 퓨리에 변환 패턴의 홀로그래피를 가질 필요가 있고, 많은 시간이 요구되며, 그리고 적절한 공간 변조기가 홀로그래비에 제공되지 않으므로, 홀로그래피는 실시간 효율이 부족한 포토그래피상에 기록하는 방법을 이용한다.
그래서, 케이. 카사하라에 의한 일본국 특허 공개 번호 138616/1982, 210316/1982, 21716/1982에는 퓨리에 변환 렌즈를 통해 제 1 퓨리에 변환 영상으로 두개의 코히런트 영상을 변환하고, 다시 퓨리에 변환 렌즈를 통해 제 2 퓨리에 변환 영상으로 제 1 퓨리에 변환 영상을 변환하며, 자체 상관 및 크로스 상관을 발생시키는 방법을 이용하는 광 상관기가 기재되어 있다. 이것은 두개의 비교 영상을 형성하는 액정 표시 소자를 이용함으로써 준실시간(quasi-real time) 동작이 실현되지만, 두개의 비교 영상은 거의 일정하게 떨어져, 큰 광학 시스템을 필요로 하거나 해상도를 감소시킨다. 게다가, 두 비교 영상중의 하나가 서로 대향 이동하는 경우에, 지극히 좁은 관찰 분야를 가지며, 근소한 위치 설정에 이용할 수 없다.
본 발명의 목적은 비교될 두 영상의 자체 상관 피크를 삭제하고, 그 S/N비로 비교될 두 영상의 크로스 상관 피크만을 검출하는 광학 상관기를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 입력 영상(도시안됨)의 관련 위치에 의존하지 않고 두 영상의 위치 관계를 정확히 파악하는 광학 상관기를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 혼란에 대해 안정한 광학 상관기를 제공하는 것이다.
이런 목적을 실현하기 위하여, 본 발명의 광학 상관기는 비교될 두 도식(pictoriol) 정보를 고유 영상으로 변환하는 제 1 변환 수단과, 위상 공액파(conjugate wave)를 발생시키는 제 1 발생 수단과, 두 도식 정보의 합 및, 두 도식 정보의 차의 도식 패턴을 발생시키는 제 2 발생 수단과, 도식 패턴을 퓨리에 변환광으로 변환하는 제 2 변환 수단과, 퓨리에 변환 광의 도식 패턴을 제 1 변환 수단으로 시프트하는 시프트 수단을 구비한다.
이하, 첨부된 도면을 참조로 하여 본원 명세서를 더욱 상세히 설명하기로 한다.
제 1도는 본 발명에 따른 광학 상관기의 한 실시예를 도시한 것이다.
아르곤 이온 레이저 등과 같은 레이저(1)에 의해 발생된 코히런트 광(1a)은 빔 신장기(2)에 의해 빔 폭을 신장한 병렬 광으로 변환되어, 빔 스플리터(3)를 통과시키며, 빔 스플리터(4)상에 입사한다. 이런 경우에, 빔 스플리터(3 및 4)의 전송도 및 반사도는 제각기 50%이다.
빔 스플리터(4)상에 반사된 광은 제 1 입력 영상(6a)(도시안됨)을 나타내는 액정 표시 소자 등과 같은 공간 변조기(6)를 통과시킨다. 그때 상기 광은 미러(8)에 의해 반사되고, 렌즈(10)를 통과시키며, 미러(11)에 의해 반사되며, 등과 같은 비선형 광학 액정(12)상에 입사한다. 제 1 입력 영상(6a)(도시안됨)은 비선형 광학 액정(12)의 표면상에 집속된다.
한편으로, 빔 스플리터(4)를 통해 통과된 광은 입력 영상(6a)(도시안됨)과 광학적으로 등가인 스포트에 위치되는 제 2 입력 영상(5a)(도시안됨)을 나타내는 액정 표시 소자 등과 같은 공간 변조기(5)를 통과시키고, 미러(7)에 의해 반사되며, 렌즈(9)를 통과시켜, 비선형 광학 액정(12)상에 입사한다. 제 2 입력 영상(5a)(도시안됨)은 비선형 광학 액정(12)의 표면상에 집속된다.
BaTiO3가 비선형 광학 액정(12)으로 이용되는 경우에, 제 1 입력 영상(6a)(도시안됨)은 약 15。에서 BaTiO3의 C-축에 수직인 면상에 입사하고, 제 2 입력 영상(5a)(도시안됨)은 약 19。로 C-축에 수직인 면상에 입사된다.
비선형 광학 액정(12)으로 발생된 위상 공액파는 입사를 위한 루틴과 같은 루틴을 통해 빔 스플리터(3) 및 빔 스플리터(4)상에 입사한다. 이 경우에, 1988년 5월호, 광학 엔지니어링, 27권, 5호 385에 기술된 바와 같이, 공간 변조기(5)를 통해 입사하는 입사측에 수직으로 나가는 광과, 공간 변조기(6)를 통해 입사하는 입사축에 축방향으로 나가는 광은 빔 스플리트(4)에 대해 대략 수직인 공간 변조기(5)상의 포인트에 대칭인 포인트 A에서 집속된다. 그의 강도(intensity)는 아래와 같다.
Figure kpo00001
(1)
한편으로, 공간변조기(5) 및 빔 스플리터(4)를 통해 빔 스플리터(3)상에 입사하는 광과, 공간 변조기(6) 및 빔 스플리터(4)를 통해 빔 스플리터(3)상에 입사하는 광은 빔 스플리터(3)에서 반사되고, 빔 스플리터(3)에 대해 대략 수직인 공간 변조기(5)상의 포인트에 대칭하는 포인트 B에서 집속된다. 그의 강도는 아래와 같다.
Figure kpo00002
(2)
식 (1) 및 (2)에서, I1, R1은 제각기 빔 스필리터(3)의 전송도 및 반사도를 나타내고, T, R은 제각기 빔 스플리터(4)의 전송도 및 반사도를 나타낸다. 그때, ρ은 위상 공액 미러의 반사 계수를 나타내며, 이때 비선형 광학 액정(12)은 위상 공액 미러로서 동작 한다. E는 입사광의 진폭을 나타낸다.
더우기, T1및 T2는 제각기 제 1 및 2 입력 영상(6a, 5a)(도시안됨)의 전송 분배를 나타낸다.
빔 스플리터(3 및 4)의 전송도 및 반사도가 제각기 50%로 지정될 경우에 아래와 같다.
Figure kpo00003
(3)
Figure kpo00004
(4)
따라서, 포인트 A에서 집속된 영상은 제 1 및 2 입력 영상(6a, 5a)(도시안됨)의 차를 나타내고, 한편으로, 포인트 B에서 집속된 영상은 제 1 및 2 입력 영상(6a, 5a)(도시안됨)의 합을 나타낸다.
그후, 퓨리에 변환 렌즈(13,14)는 포인트 A 및 B가 퓨리에 변환 렌즈(13, 14)의 전면에 집속되는 위치에서 배치될시에, 퓨리에 변환 렌즈(13, 14)의 뒷면 집속면은 두 입력 영상의 퓨리에 변환면이다. CCD등과 같은 광 수신 엘리먼트(15, 16)는 퓨리에 변환 렌즈(13, 14)의 뒷면 집속면인 위치에서 위치되고, 광 수신 엘리먼트의 감도는 입력이 퓨리에 변환 렌즈(14, 15)를 통해 동작하지 않을시에 두개의 광 수신 엘리먼트(15, 16)의 출력을 같게 하도록 조정된다. 따라서 퓨리에 변환면상의 강도(intensity)는 아래와 같다.
Figure kpo00005
(5)
Figure kpo00006
(6)
식(5) 및 (6)에서, α는 입력 광 강도 위상 공액 미러의 반사 계수, 광 수신 엘리먼트의 감도등에 따라 결정되는 비례 상수를 나타낸다.
그후, 광 수신 엘리먼트(15, 16)상에 수신된 퓨리에 변환 영상은 저장할 컴퓨터의 프레임 멤모리(17)로 전송된다. 그때, 각 퓨리에 변환 영상의 강도 패턴의 영상은 다시 액정 표시 소자등과 같은 공간 변조기(5, 6)내에 기록된다. 연속처리는 전술된 바와 같아, 여기서 생략하기로 한다. 그러나, 비선형 광학 액정(12)에 의해 발생된 위상 공액파에 따르면, 퓨리에 변환 영상간의 차는 아래와 같은 포인트 A로 출력되고,
Figure kpo00007
(7)
퓨리에 변환 영상의 합은 아래와 같이 포인트 B로 출력되며,
Figure kpo00008
(8)
이런 영상은 퓨리에 변환 렌즈(13, 14)를 통해 퓨리에 변환 영상으로 다시 변환되어, 광 수신 엘리먼트(15, 16)의 출력은 아래와 같다 :
Figure kpo00009
(9)
Figure kpo00010
(10)
여기서,
Figure kpo00011
은 상관 동작을 나타낸다.
그래서, 크로스-상관 출력만은 광 수신 엘리먼트(15)로 부터 얻을 수 있고, 자체-상관 출력만은 광 수신 엘리먼트(16)로부터 얻어질 수 있다.
따라서, 제 1 및 2 입력 영상의 자체-상관의 발광 강도는 광 수신 엘리먼트(15)상에 전혀 나타나지 않아, 두 비교 영상중 하나가 서로 대향해 이동하는 경우에도, 크로스-상관 피크는 자체-상관 피크내에 매립되지 않는다. 따라서, 물체는 항상 추적되고, 절대 위치 좌표는 정밀한 위치 설정상의 이용으로 유도될 수 있다. 그때, 반점(speckle), 각 소자의 먼지 및 다른 것에 의해 발생되어 식(5) 및 (6)에 동시에 도래한 노이즈 및 다른것이 제거되기 때문에, 거짓 상관 피크 등에 의한 식별에러는 억제되고, 높은 S/N비가 검출되게 할 수 있다.
제 2도는 본 발명에 따른 광학 상관기의 다른 실시예를 도시한 것이다.
전술된 실시예에 이용된 액정 표시 소자등과 같은 공간 변조기(5, 6)는 전송도 분배형태로 입력 영상을 재생시키는 감광막(18, 19)으로 구성되고, 광 수신 엘리먼트(15, 16)는 전송도 분배형태로 출력 영상을 재생시킬 수 있는 감광막(20, 21)으로 구성된다. 출력 영상을 얻기 위한 처리는 전술한 실시예와 같아, 여기서 생략하기로 한다. 이 경우에, 출력 영상을 재생하는 감광막(20, 21)은 감광막(18, 19)을 구성하도록 시프트되고, 출력 영상은 전술한 실시예와 유사한 과정을 통해 다시 발생되어, 자체-상관 피크 및 크로스-상관 피크는 전술한 실시예의 경우와 같이 서로 다르게 발생된다. 이 경우에, 예를 들면, 실시간 효율이 손실될지라도, 특정파(special wave) 바운드(bound)의 정보는 물체의 내부 결함 또는 입력 영상으로서 인간 몸체의 내부 결함을 밝혀내는 X-선 사진용 판을 사용해서 성취할 수 있다. 판의 해상도 및 콘트라스트비는 액정 표시 소자등과 같은 공간 변조기와 비교되는 바와 같이 높으므로, 상세한 일치(concordance)는 즉시 비교될 수 있다.
전술된 바와 같이, 본 발명의 광학 상관기가 입력 영상의 자체-상관 피크를 삭제하고, 홀로그래피 등과 같은 수단을 이용하지 않고 입력 영상의 크로스-상관 피크만을 검출하므로, 항상 보조적으로 이동하는 물체를 추적하고, 물체의 절대 위치 좌표를 이용하여, 정밀한 위치 설정에 이용된다. 그후, 각 소자의 먼지 및 손상, 또는 반점으로 발생되는 노이즈를 제거하여, 높은 S/N비로 크로스-상관을 검출한다.

Claims (15)

  1. 코히런트 광학 처리를 통해 2 차원 영상중으로부터 자동으로 물체를 식별하는 광학 상관기(correlator)에 있어서, 상기 코히런트 광을 발생시키는 수단과, 상기 코히런트 광에 의해 2 개의 도식(pictorial) 정보 패턴을 코히런트 영상으로 변환시키는 수단과, 상기 위상 공액파형(conjugate waveforms)에 의해 상기 2 개의 도식 패턴의 합과 상기 2 개의 도식 패턴간의 차의 도식 정보를 발생하는 수단과, 상기 도식 패턴을 제각기 퓨리에 변환 영상으로 변환시키는 수단과, 상기 퓨리에 변환 영상을 수신하는 수단과, 상기 2 개의 도식 정보 패턴을 상기 코히런트 영상으로 변환하는 상기 수단에 상기 퓨리에 변환 영상을 수신하는 상기 수단의 출력 데이타를 이동시키는 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 광학 상관기.
  2. 제 1 항에 있어서, 도식 패턴들을 각기 퓨리에 변환 영상들로 변환하는 수단이 적어도 하나의 퓨리에 변환 렌즈를 구비하는 것을 특징으로 하는 광학 상관기
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 코히런트 광에 의해 비교될 2 개의 도식 정보 패턴을 코히런트 영상으로 변환하는 수단이 적어도 하나의 액정 디스플레이를 구비하는 것을 특징으로 하는 광학 상관기.
  4. 제 3 항에 있어서, 위상 공액 파형을 발생하는 수단이 비선형 광학 결정을 구비하는 것을 특징으로 하는 광학 상관기.
  5. 제 4 항에 있어서, 퓨리에 변환 영상을 수신하는 수단이 제 1 광 수신 엘리먼트, 제 2 광 수신 엘리먼트, 상기 제 1 광 수신 엘리먼트로 부터 오직 얻을 수 있는 크로스-상관(cross-correlation) 피크를 검출하는 수단 및 상기 제 2 광 수신 엘리먼트로부터 오직 얻을 수 있는 자체-상관 피크를 구비하는 것을 특징으로 하는 광학 상관기.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 퓨리에 변환 영상을 수신하는 수단이 전하되어 결합된 장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 광학 상관기.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 코히런트 광에 의해 비교될 2 개의 도식 정보 패턴을 코히런트 영상으로 변환하는 수단이 적어도 하나의 감광막을 구비하는 것을 특징으로 하는 광학 상관기.
  8. 제 7 항에 있어서, 위상 공액 파형을 발생하는 수단이 비선형 광 결정을 구비하는 것을 특징으로 하는 광학 상관기.
  9. 제 8 항에 있어서, 도시 패턴을 퓨리에 변환 영상으로 변환하는 수단이 적어도 하나의 퓨리에 변환 렌즈를 각기 구비하는 것을 특징으로 하는 광학 상관기.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 코히런트 광에 의해 비교될 2 개의 도식 정보 패턴을 코히런트 영상으로 변환하는 수단이 적어도 하나의 액정 디스플레이를 구비하는 것을 특징으로 하는 광학 상관기.
  11. 서로 비교되는 2 개의 도식 정보 패턴의 크로스-상관 정보를 발생하는 방법에 있어서, 비교될 2 개의 도식 정보 패턴을 코히런트 영상으로 변환하는 단계와, 상기 코히런트 영상의 위상 공액 파형을 발생하는 단계와, 위상 공액 파형에 의해 2 개의 도식 패턴의 합과 상기 2 개의 도식 패턴간의 차의 도식 정보를 발생하는 단계와, 도식 패턴을 퓨리에 변환 영상으로 변환하는 단계와, 퓨리에 변환 영상의 강도(intensity) 분배 패턴을 발생하는 단계와, 퓨리에 변환 영상의 강도 분배 패턴을 코히런트 영상으로 변환하는 단계와, 상기 강도 분배 패턴으로부터 변환된 코히런트 영상의 위상 공액 파형을 발생하는 단계와, 상기 강도 분배 패턴으로부터 변환된 코히런트 영상의 합과, 강도 분배 패턴으로부터 변환되는 코히런트 영상으로부터 발생된 위상 공액 파형에 의해 강도 분배 패턴으로부터 변환된 코히런트 영상간의 차의 도식 패턴을 발생하는 단게와, 코히런트 영상의 합 및 코히런트 영상간의 차를 퓨리에 변환 영상으로 변환하는 단계와, 코히런트 영상의 합 및 코히런트 영상들간의 차로부터 변환된 퓨리에 변환 영상을 검출하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 크로스-상관 정보 발생 방법.
  12. 코히런트 광을 발생하는 광 수단과, 코히런트 광을 받아들여서 코히런트 광에 의해 2 개의 일련의 도식 정보를 코히런트 영상으로 변환하는 변환 수단과, 코히런트 영상을 수신하고 대응하는 각각의 위상 공액 파형을 발생하는 제 1 발생 수단과, 위상 공액 파형을 받아들여서 일련의 도식 정보에 대응하는 합 및 일련의 도식 정보에 대응하는 차를 발생하는 제 2 발생 수단과, 일련의 도식 정보에 대응하는 각각의 퓨리에 영상을 대응해서 발생하는 퓨리에 변환 수단과, 퓨리에 영상을 수신하는 수신 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 광학 상관기.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 수신 수단이 감광막을 구비하는 것을 특징으로 하는 광학 상관기.
  14. 제 12 항에 있어서, 상기 제 1 발생 수단이 비선형 광 결정을 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 상관기.
  15. 제 12 항에 있어서, 상기 수신 수단이 출력 데이타를 발생하고, 귀환(feed-back) 수단이 상기 수신 수단의 출력 데이타를 상기 변환 수단에 이동시키는 것을 특징으로 하는 광학 상관기.
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