MXPA01003035A

MXPA01003035A - Mejoras relacionadas a reconocimiento de patron.

Info

Publication number: MXPA01003035A
Application number: MXPA01003035A
Authority: MX
Inventors: Meirion Francis Lewis
Original assignee: Secr Defence
Priority date: 1998-09-24
Filing date: 1998-09-24
Publication date: 2002-04-09
Also published as: NO20011519D0; WO2000017810A1; DE69915499D1; JP2002525762A; CN1133952C; AU9176398A; ATE246380T1; JP2002525685A; CA2345262A1; DE69816876D1; AU6209899A; EP1116170B1; WO2000017809A1; US7067784B1; DE69816876T2; EP1116169A1; EP1116170A1; EP1116169B1; CA2345261A1; CN1322328A

Abstract

Se describe un aparato para detectar la presencia e una o mas imagenes de un tipo conocido en una escena, que comprende medios de alimentacion digital y medios de salida optica. Los medios de alimentacion digital comprenden medios de captura que pasan una imagen de captura a un primer medio de procesamiento electronico, para producir un patron de escena correspondiente a una Transformada Fourier de la imagen de escena. Este patron luego se combina digitalmente con uno o mas patrones de referencia correspondientes a Transformadas Fourier de una imagen de referencia. Este patron luego se combina digitalmente con uno o mas patrones de referencia correspondientes a Transformadas Fourier de una imagen de referencia. Los patrones combinados resultantes luego se utilizan para modular un haz de luz que puede enfocarse para realizar una Transformada Fourier inversa proporcionando informacion de correlacion. En una disposicion preferida, el patron combinado se exhibe en un modulador de luz espacial. Un modulador de luz espacial "inteligente" tambien se describe, que comprende un conjunto de dispositivos moduladores de luz, cada dispositivo comprende un detector y al menos un pixel, con lo que la luz incidente sobre el detector produce una senal de salida que se adapta para controlar el estado del medio modulador. Por procesamiento conveniente, el SLM "inteligente" puede adaptarse ya sea para atenuar la luz por debajo de una cierta intensidad o solo luz sobre una cierta intensidad para que actue como un absorbente saturable.

Description

MEJORAS RELACIONADAS A RECONOCIMIENTO DE PATRÓN Esta invención se refiere a mejoras en métodos y aparatos para reconocimiento de patrón, y en particular a un método y aparato mejorado para detectar la presencia de y/o localización de un objeto de referencia en una escena.

También se refiere a otras invenciones. El reconocimiento de patrón tiene aplicaciones ampliamente variantes, por ejemplo en la industria. Un ejemplo de una situación en donde un esquema de reconocimiento de patrón se requiere es la detección del tipo y ubicación de un vehículo en una calle con tránsito. Otros ejemplos son líneas de producción industriales, sistemas de seguridad, identificación de vehículo, huellas dactilares y reconocimiento facial, etc. Este proceso es trivial para un humano cuando se proporciona con un diagrama para identificar tipos de vehículos y una visión clara de la calle. Sin embargo, la automación del proceso en proporcionar una cámara para ver la escena y un reconocimiento por patrón de computadora, es un proceso complejo, especialmente cuando la iluminación es variable y/o el vehículo está parcialmente obscurecido o bloqueado. Un método para detectar la presencia de un objeto conocido predeterminado conocido dentro de una imagen de una escena es ver la correlación entre objeto y escenario. Esto puede lograrse utilizando el objeto y la imagen directamente, pero en muchos casos, es más eficiente el procesar los datos concernientes en el dominio de Transformada Fourier, es decir al procesar los componentes de frecuencia espacial del objeto y la imagen. Matemáticamente, estos procesos se relacionan a través del "teorema de convolución" [referencia 1: J Goodman] . En el ejemplo anterior, el objeto de referencia (siempre nos referiremos a la referencia como un objeto y al escenario como una imagen) puede ser aquél de un automóvil contra un fondo claro, o una forma de una botella en una línea de llenado, etc. En estos ejemplos el escenario puede comprender una lista de espera de tráfico o la línea de llenado, respectivamente. A fin de ser útiles en muchas aplicaciones de todos los días, a menudo es necesario tener más de un objeto de referencia, por ejemplo diferentes modelos de un automóvil. Además, puede ser necesario el emplear varias orientaciones angulares y escalas de los objetos de referencia para cubrir todos los aspectos posibles. En la técnica previa, se ha propuesto el realizar el proceso de correlación entre objeto e imagen utilizando un sistema óptico. Esto fue primero propuesto por A. Vander Lugt en la década de 1960 [referencia 2] . Este sistema explota las propiedades de transformación Fourier inherentes de un lente.

Un esquema de tipo Vander Lugt óptico típico se ilustra en la Figura 1 de los dibujos acompañantes. El sistema comprende una cámara óptica 1 que captura una imagen de la escena de alimentación y dirige un modulador de luz espacial (spatial light modulator) (SLM) 2 para exhibir una máscara correspondiente a la imagen capturada. En este patente, la palabra "máscara" se utilizará para describir el patrón exhibido en un SLM, este patrón puede en general incluir información de amplitud y/o fase. Un haz láser coherente se pasa a través de un expansor de haz conveniente para producir un haz amplio de luz coherente que se propaga a través del SLM 2. El trabajo original de Vander Lugt emplea hologramas fijos en vez de SLMs que no eran disponibles en ese momento. La salida del SLM 2 que se localiza en el plano focal frontal del lente se propaga a través del lente y forma una Transformada Fourier de la máscara en el plano focal posterior del lente en donde incide en un segundo SLM 4. A fin de correlacionar el escenario con un objeto de referencia, la máscara formada por SLM 4 comprende el conjugado de fase de la transformada Fourier del objeto de referencia. La luz que se propaga a través del segundo SLM, SLM 4, se Transforma Fourier por un segundo lente 5 en el plano focal posterior del lente 5 en donde se captura por la cámara de salida 6. [Matemáticamente el lente 5 desempeñará en forma ideal una transformada Fourier inversa, pero esta diferencia no es de importancia práctica] . Si una fuerte correlación existe entre la imagen y la referencia, se produce un pico brillante nítido en el patrón en el plano focal posterior del lente 5. La posición de este pico se determina por la posición del objeto de referencia en la imagen de la escena. Un gran pico en el origen en el plano focal también usualmente se observa debido al componente de frecuencia espacial DC de los patrones de transformada Fourier combinados de la escena y referencia (es decir intensidad total) y/o fuga de luz no modulada a través de los espacios interpixel de los SLM. Hay varias desventajas inherentes al esquema óptico clásico de Vander Lugt anteriormente descritos. El alineamiento óptico de los dos lentes y los SLM es altamente crítico y de esta manera el sistema tiene alta sensibilidad a vibración. También, la longitud de trayectoria óptica es bastante larga o grande, resultando en un sistema voluminoso y costoso. Además, el sistema como se describe no es tan discriminante entre objetos similares como a menudo se desea en sistemas prácticos, por ejemplo fácilmente no distinguiría entre "E" y "F" .

Desde la publicación original de Vander Lugt's, se han diseñado y publicado muchas variaciones en los esquemas [Goodman, p237 en adelante] . Un objeto de la presente invención es mejorar algunos de los problemas presentes en los esquemas de reconocimiento de la técnica previa . Se considera que una discusión de algunos términos que se emplean en esta solicitud serán útiles. El Apéndice 1, que es parte de esta solicitud y se presenta justo antes de las reivindicaciones, discute algunos términos . De acuerdo con un primer aspecto, la invención proporciona un aparato para detectar la presencia de uno o más objetos de un tipo predeterminado conocido en una escena, que comprende : - un medio adaptado para producir una imagen de escena capturada correspondiente a una escena: un medio en alimentación digital que comprende: primeros medios de procesamiento electrónicos adaptados para procesar al menos una parte del juego de datos de imagen de escena capturada, para producir una patrón de escena que corresponde a la Transformada Fourier y al menos parte de la imagen de escena, medios de almacenamiento adaptados para almacenar uno o más patrones de referencia, cada patrón de referencia comprende la transformada Fourier de una imagen de referencia respectiva y segundos medios de procesamiento adaptados para combinar electrónicamente el patrón de escena con uno de los patrones de referencia para producir un patrón combinado, y un medio de salida óptica adaptados para producir un haz de luz que se deriva del patrón combinado. Los primeros y segundos medios de procesamiento pueden ser un procesador común. De acuerdo con otro aspecto, la invención comprende un aparato para reconocimiento de patrón o imagen que tiene un procesador de combinación electrónico, medios de alimentación de escena digital adaptados para alimentar al procesador de combinación una señal digital representativa de un patrón de escena, medios de alimentación de patrón de referencia digital adaptado para alimentar al procesador de combinación señales digitales representativas de un patrón de referencia, y medios de salida óptica y medios de transformación óptica; los medios de combinación se adaptan al combinar la escena de alimentación y patrones de referencia digitalmente para crear un patrón combinado y adaptados para enviar una señal a los medios de salida óptica, que se adapta para generar una salida óptica que depende del patrón combinado, la salida óptica se alimenta a los medios de transformación óptica que se adaptan para ser transformada Fourier o transformada Fourier inversa, del patrón combinado. Puede ser auxiliar en esta etapa el hacer referencia a la Figura 15 (así como la lista de términos del Apéndice 1) que establece cierta nomenclatura que será adoptada. "Imágenes" son cosas reales, imagen de escena e imagen de referencia (que no pueden proporcionarse en el sistema) . "Patrones" son la transformada Fourier (o transformada tipo Fourier), por ejemplo patrón de escena y patrón de referencia. La multiplicación del patrón de imagen y un patrón de referencia se denomina el "patrón combinado" . El patrón de referencia puede ser una función de discriminación sintética. Los medios de salida óptica pueden comprender un modular de luz espacial adaptado para producir una máscara que depende del patrón combinado y una fuente de luz que se adapta para producir un haz de luz que se modula por el modulador de luz espacial . El aparato también puede incluir segundos medios de conversión óptica a electrónica que se adaptan para producir una señal de salida dependiente del patrón espacial de luz que se ha modulado por el modulador de luz espacial. Esta luz modulada puede ser subsecuentemente transformada Fourier por un lente.

El aparato de acuerdo con la primer versión preferida por lo tanto comprende un medio de alimentación digital que realiza una primer etapa de transformada Fourier que el que se realizaría ópticamente en un esquema Vander Lugt, y un medio de salida óptica que realiza la segunda transformada Fourier. De preferencia, los patrones de referencia se almacenan digitalmente ya sea en forma electrónica, óptica. magnética o de otra forma. Pueden, por ejemplo ser diferentes patrones de "forma" y diferentes tamaños así como representar datos diferentes. El patrón de escena capturado puede estar combinado con un conjunto de patrones de referencia (o un subconjunto de un conjunto de patrones de referencia) . Un "conjunto" puede incluir todos los patrones de referencia almacenados que se relacionan a un artículo particular (o cosa) que va a reconocerse. La imagen de escena puede comprende una imagen visual o puede comprender un conjunto bi-dimensional de datos obtenidos de, otra alimentación, por ejemplo de un telescopio de rayos-X, o señales detectadas por un conjunto detector o detector (por ejemplo en el espectro e.m. no visible o incluso sonido o ultrasonido) . Una "escena" también puede comprender otros datos más generales (que no necesariamente representan una imagen) , y puede no ser bi-dimensional, y por ejemplo puede ser una sarta de datos tales como generados por una computadora o sistema de comunicaciones o de memoria en ciertos casos. En cada caso, el significado del término "imagen" variará de conformidad. El aparato puede adaptarse para detectar la presencia de un objeto de referencia en una escena en tiempo real. Un ejemplo, esto puede significar el producir una salida en una fracción de un segundo de capturar una imagen de escena de manera tal que el operador no nota el retardo . Después de realizar 5000 correlaciones por segundo o más. Puede realizar 10,000 correlaciones por segundo, o 20,000, 40,000, 60,000. 80,000, 100,000, o más, y puede realizar una cantidad de correlaciones por segundo en un rango de velocidades delineado en el extremo superior y/o inferior por cualquiera de las cifras anteriormente citadas . La combinación híbrida del procesamiento digital y óptico bi-dimensional proporciona varias ventajas frente al correlacionador de Vander Lugt . El esquema de Vander Lugt por supuesto es un esquema estático en donde se prevé que el nuevo sistema típicamente será dinámico - tanto los datos de referencia como la escena que se utilizan, cambiarán muy rápidamente con el tiempo. El nuevo sistema elimina la dificultades de estabilidad y alineamiento óptico presentes en el esquema clásico de Vander Lugt, debido a la multiplicación de los datos de Transformado Fourier se realiza eléctricamente en vez de ópticamente. Esto es por lo tanto esencialmente un "alineamiento" perfecto entre la alimentación de la escena y la alimentación de referencia. En segundo, permite un mayor grado de flexibilidad en el procesamiento de los patrones de imagen y referencia, por ejemplo la combinación puede realizarse a una precisión de bit arbitraria. En tercer lugar, el número de componentes ópticos es considerablemente reducido. Esto puede reducir la longitud/tamaño del dispositivo y mejorar la solidez. Además, los patrones de imagen de referencia pueden generarse para corresponder perfectamente, en términos de amplitud y/o fase. Realizamos la multiplicación de dos patrones de transferencia Fourier utilizando lógica de compuerta, es suficientemente rápida para dar buen desempeño y luego utilizando una Transformada Fourier óptica (Transformada Fourier inversa) , esta operación no puede hacerse suficientemente rápido de manera digital para comparar centenares de patrones de referencia con cada cuadro de alimentación (patrón de escena) a una velocidad tal que el usuario la perciba como tiempo real, sin retardo significante . La imagen de escena capturada, patrones de escena y patrones de referencia pueden ser digitalizados digamos a una precisión de 8-bits. Una digitalización más o menos precisa puede ser empleada, incluyendo datos de solo fase binaria como se describe posteriormente en esta patente . Los medios de captura (cámara de alimentación) pueden comprender un dispositivo acoplado de carga (CCD = charge coupled device) tal como una cámara CCD o un dispositivo CMOS. Esto puede comprender un conjunto de 100,000 o más pixeles. por ejemplo 512*512 o más pixeles, y produce una imagen capturada (cuadro) que comprende un conjunto de datos digitales que pueden almacenarse (al menos temporalmente) . Pueden proporcionarse medios para seleccionar todo o una parte selecta del cuadro (es decir menos que el total, y posiblemente de manera significante al menos que el total, por ejemplo 1/2, 1/4, 1/10 o menos, del cuadro), para formar una imagen de escena capturada. Típicamente se preferirá procesar 128*128, 256*256, 512*512 para facilitar FFT. La cámara de preferencia produce imágenes a una velocidad de 25-60 Hz , es decir para velocidades de captura de video standard industrial . Esto produce ahorros en costo ya que dispositivos que operan a estas frecuencias están ampliamente disponibles y son del precio relativamente bajo debido a las economías de escala. Sin embargo, pueden emplearse otras frecuencias. El patrón de correlación puede ser capturado por un conjunto detector que comprende una pluralidad de líneas discretas de detectores, con cada línea de detector que tiene medios asociados para leer el patrón de luz incidente detectado. El conjunto detector puede ser parte de una cámara de salida. Esta lectura de una sola línea detectora de detectores es más rápida que un esquema de lectura basa en cámara convencional que debe realizar una exploración a través de una cantidad de hileras. El conjunto puede ser adaptado de manera tal que cada línea en el conjunto se lea en direcciones alternas. El primero y segundos medios de procesamiento pueden comprender uno o más tableros o tarjetas de procesamiento de señal digital, pueden combinarse en un solo medio de procesamiento, tal como un programa de computadora o circuito digital . Pueden comprender en una disposición, una computadora transistor (transputer) y computadora personal que contiene el soporte lógico requerido para realizar la Transformada Fourier de la imagen de escena capturada. El modulador de luz espacial (SLM) puede comprender un conjunto de modulación de luz de alta velocidad tal como el modulador de luz espacial Plano de Bits Rápido (FBPSLM = Fast Bit Plañe Spatial Light Modulator) descrito en nuestra publicación previa [ver referencias 7 y 8] . Puede comprender un conjunto de un material de cristal líquido ferro-eléctrico que puede proporcionarse en un substrato. El patrón de salida producido por el haz modulado contendrá al menos un pico en intensidad por cada objeto de referencias cuya(s) posición (es) (x,y) en la patrón de salida bi-dimensional, se determina por la posición del objeto en la imagen de escena capturada. El SLM puede comprender un conjunto de pixeles o elementos que pueden conmutarse entre al menos un primer estado en donde la luz pasa a través del elemento mientras que se modula en una primera forma, y un segundo estado en donde la luz pasa a través del elemento se modula en una segunda forma diferente. En cada caso, la luz ya puede estar retardada o modulada en amplitud o ambas. De preferencia, cada elemento comprende un pixel de cristal líquido. El SLM puede ser transmisor o reflector en operación. Puede haber substancialmente una diferencia de fase de 180° entre la luz que ha interactuado con un pixel en el primer estado en comparación con la luz que interactúa con un pixel en el segundo estado.

El SLM puede ser un dispositivo de transmisión tal como un cristal líquido, o un dispositivo reflejante, tal como un dispositivo mecánico micromaquinado (por ejemplo miembros móviles electrónicamente-controlados que reflejan luz) . Para algunos dispositivos reflejantes, la luz no "pasa a través" pero para otros si - por ejemplo LC más espejo) , y probablemente un término más general sería que la luz interactúa en una pluralidad de formas con el dispositivo dependiendo de la condición de regiones del dispositivo. La etapa de salida óptica además puede comprender un lente óptico que puede proporcionarse entre el SLM y los segundos medios de conversión óptica a electrónica (por ejemplo cámara de salida) o antes de que el SLM pero después de la fuente de luz. En un refinamiento, el lente puede ser integral con el propio SLM. Esto puede lograrse al procesar digitalmente el patrón combinado empleado para dirigir el SLM para simular una lente de placa de zona superpuesto con el patrón combinado. De esta manera no hay vidrio físico o lente óptico de medio transparente separado del SLM. En forma alterna, una combinación de lente de placa real y de zona pueden emplearse. En estas circunstancias, la o las ubicaciones óptimas de la cámara de salida, se determinan por las longitudes focales del lente de placa de zona y/o lente real . Un segundo medio de conversión óptica a electrónica puede proporcionarse, que puede comprender un dispositivo acoplada de carga similar a la cámara de captura, cuando se proporciona. En forma alterna, puede comprender un fotodetector o conjunto de detectores. Esto puede ubicarse en el plano focal de un lente óptico real. Puede adaptarse para producir una señal de salida que comprende un juego de datos bi-dimensional, o patrón combinado, representativo del patrón formado por la luz modulada en el plano focal posterior del lente. Este patrón depende de la correlación entre el objeto de referencia y en imagen de escena de alimentación. Un filtro espacial óptico puede proporcionarse cerca del SLM, por ejemplo entre el SLM y el segundo convertidor óptico a digital. Esto puede comprender un filtro espacial que se adapta para modificar el espectro de frecuencia espacial. Por ejemplo al reducir las frecuencias espaciales alta como baja o cualquier combinación de las mismas. Puede emplearse un filtro de diferencia Gaussiana (DOG = Difference-of-Gaussian) , que reduce los componentes de frecuencia espacial muy altos y muy bajos. Pueden emplearse otros filtros, por ejemplo filtros Gaussianos. Estos últimos también pueden introducirse a través del perfil de intensidad natural de muchos haces de salida láser. Puede proporcionarse un modulador de luz espacial "inteligente". En una disposición conveniente, esto puede estar después de la "combinación", por ejemplo entre la "combinación" de SLM y los segundos medios de conversión óptica a electrónica en la cara de la cámara o en un plano imaginario intermedio. El SLM inteligente puede comprender un modulador que tiene un umbral de amplitud por debajo del cual se atenúa la luz, permitiendo que solo se pasen los picos de correlación fuerte. El SLM inteligente puede comprender un dispositivo de pozo cuántico múltiple (MQ = múltiple quantum well) . Dispositivos que tienen una intensidad de saturación de 1-3 k /cm2 se conocen en la especialidad [ver referencia 4] , que puede utilizarse con una fuente de luz láser de 100 mW y un SLM que tiene un tamaño de pixel en el orden de 10 mieras. El SLM inteligente es inteligente en el sentido de que reacciona a la intensidad de luz que incide sobre el. Convenientemente tiene una respuesta de reflexión o transmisión controlada electrónicamente. En forma alterna, el SLM inteligente solo puede pasar luz por debajo de una intensidad umbral. "Utilizando un SLM inteligente como limitador, puede ser útil como una cámara de alimentación, o posiblemente una cámara de salida de un correlacionador. El SLM inteligente puede no tener solo dos estados de sus pixeles o regiones ("claro" y "oscuro"), sino por el contrario puede tener un número de ajustes de escala de gris para dar una respuesta variable controlable dependiendo de la intensidad de luz incidente. El aparato puede incluir medios para capturar periódicamente una imagen de escena, medios para combinar cada patrón de escena capturados con más de un patrón de referencia en secuencia para producir un conjunto de patrones combinados, y medios para ajustar el SLM en correspondencia con cada patrón combinado entre la captura de cada escena de imagen. Esto requiere que el patrón de escena derivado de la imagen de escena se compare con varios patrones de de referencia a una mayor velocidad que la velocidad de capturar imágenes de escenas (a menudo una mucho mayor velocidad probablemente desde cientos o miles de veces mayor) . Esto es posible ya que solo una transformada digital se requiere por cada imagen de escena capturada para crear un patrón de escena, los patrones de referencia comprenden transformadas que se han pre-calculado y las transformadas ópticas, típicamente muchas, ocurren casi instantáneamente.

Para LC SLMs, después de que se han ajustado para exhibir uno o más patrones combinados, pueden desplazarse con una inversa del patrón o patrones combinados para asegurar un nivel de derivación de tensión o voltaje substancialmente constante se aplica en promedio al modulador para evitar degradación del material de cristal líquido (y nivel de derivación de voltaje promedio a largo plazo de preferencia es substancialmente cero Volts) . El aparato puede incluir una computadora personal o tablero de procesamiento de señal dedicado que se adapta para realizar las etapas de Transformada Fourier. Una memoria dedicada para almacenar el uno o más patrones de referencia puede proporcionarse, que de preferencia mantiene en exceso de 100 transformadas (patrones) de objeto de referencia, y en una modalidad se prevé el tener 400 o 500 patrones de referencia para un conjunto referente a un artículo de un tipo conocido. Las nuevas técnicas de correlación pueden permitir una exploración de combinación y tenga una gran cantidad de pixeles/un gran tamaño y por lo tanto vale la pena tener cámaras de un gran tamaño. Un cuadro de alimentación de una cámara (o la porción usada del mismo) puede tener por ejemplo en el orden de 1,000 pixeles, o 10,000 pixeles o 100,000 pixeles. De manera conveniente, aunque no en forma esencial, los conjuntos de cámaras puede ser de 128x128, o 256x256, o 512x512 pixeles. El conjunto de cámara no requiere ser cuadrado - por ejemplo 128x512. No requiere haber un número binario de pixeles en una dirección de conjunto. El tener un correlacionador capaz de alimentar 10.000. 20,000, 50,000, 100,000, 150.000. 200,000, 250,000, o más pixeles (o pixeles de alimentación en rangos definidos en los extremos superior e inferior de cualquiera de los puntos anteriores) para un cuadro y capaz de operar a velocidades de cuadros de video (2S-60Hz) y capaz de someter a Transformada Fourier cada cuadro y correlacionar cientos de patrones de referencia con la Transformada de cuadro (escena) posible con la nueva técnica de correlación híbrida. En un refinamiento, el aparato puede dividirse físicamente en cuando menos dos porciones, la primer porción comprende un dispositivo de alimentación óptica que se conecta ópticamente a la segunda porción que comprende una unidad base que se adapta para realizar las Transformadas Fourier, y que puede incluir un modulador de luz espacial. Para dividir el aparato en dos porciones, conectadas ópticamente, la primer porción puede ubicarse en un área peligrosa o nociva, mientras que la computadora (relativamente) costosa para las Transformadas Fourier y el modulador de luz espacial puede ubicarse en otra área. Es posible tener más de una primer porción que se alimenta a una segunda porción común. La primera y segunda porciones de preferencia se conectan mediante una o más fibras ópticas o haces de fibras. Los datos de imagen capturada obtenidas por la primer porción pueden transmitirse sobre estas fibras ópticas. Una ventaja es que las fibras ópticas no emiten y en general son inmunes de interferencia electromagnética. De preferencia, la primer porción comprende un dispositivo de alimentación óptica conectado a una computadora u otro dispositivo eléctrico mediante una o más fibras ópticas o cables eléctricos. Por supuesto, el aparato además puede dividirse en sub-porciones discretas. Al hacer porciones más pequeñas, es más fácil de empacar y transportar el aparato, si se desea. De acuerdo con un segundo aspecto, la invención proporciona un método para detectar la presencia de una o más imágenes de referencia en una escena, caracterizado porque comprende las etapas de: - producir una imagen de escena capturada que corresponde a cuando menos a parte de una escena; procesar al menos una parte de la imagen de escena capturada, para producir un patrón de escena correspondiente a la Transformada Fourier de la imagen de escena capturada; combinar electrónicamente el patrón de escena con al menos un patrón de referencia que corresponde a la Transformada Fourier de un objeto de referencia y producir un haz modulado correspondiente al patrón combinado . El método también puede incluir las etapas de modular un haz de luz coherente al iluminar un modulador de luz espacial con el haz y permitir que esta luz modulada se propague a un plano de salida; y verificar o exhibir el patrón de luz formado por el haz modulado. El método por lo tanto comprende las etapas de procesar digitalmente la imagen de escena capturada para realizar las Transformadas Fourier iniciales que se realizarán ópticamente en un esquema Vander Lugt, y procesar ópticamente el patrón combinado del patrón de escena y el patrón de referencia para formar la segunda operación de Transformada Fourier. La segunda Transformada Fourier de preferencia se realiza al pasar la salida del SLM a través de un lente para formar el campo óptico en el plano de salida. Podemos realizar una Transformada Fourier en la imagen de escena capturada y procesar el patrón de escena resultante (transformado) para producir un patrón de escena que comprende información de solo fase. Esto difiere de una Transformada Fourier completa en donde se produce información de amplitud y fase. El rechazo de la información de amplitud en las Transformadas Fourier es más-o-menos equivalente a realizar detección de borde o mejora de borde en las imágenes de escena y objeto de referencia originales, que se conocen mejor a la discriminación de un correlacionador [ver referencia 5] . Por supuesto, tanto puede tenerse información de amplitud como fase en los patrones transformados, cada uno a una precisión selecta. Sin embargo, los datos de Transformada Fourier de preferencia se reducen en complexidad al generar una transformada relacionada binaria (ya sea con amplitud o fase real o imaginario - amplitud o fase) , que acelera el proceso de multiplicación necesario para formar el patrón combinado, haciendo uno más rápido al correlacionador. Como un extremo, pero aún es útil, el ejemplo silos datos se reducen a datos de fase de 1-bit (también conocidos como datos de fase binaria) la multiplicación de un patrón de escena y patrón de referencia se reduce a una operación lógica simple conocida como una función de operación o exclusiva (XOR = exclusive OR) . Para completar mencionamos que el patrón combinado requiere la multiplicación de la Transformada Fourier del objeto de referencia (el patrón de referencia) con el conjugado complejo de la Transformada Fourier de la imagen (patrón de escena) o vice versa. En el caso de datos de solo fase esto simplifica el cálculo para volverse una adición de las fases de patrones de referencia y de escena. El uso de datos de solo fase también simplifica el requerimiento de SLM, y en el caso de datos de solo fase binaria, el SLM puede implementarse convenientemente en la forma de un dispositivo de cristal líquido ferroeléctrico que es rápido en operación. Por supuesto podemos almacenar el patrón de referencia como un patrón binario. De manera más preferible, la información Transformada Fourier se procesa para producir un patrón de escena que comprende solo información binaria. De esta manera, en el caso de información de solo fase como con anterioridad, el patrón de escena comprende solo datos binarios digamos con fases de codificación de valor lógico uno sobre un rango de 0 a 180° respecto a una fase de referencia (arbitraria) y un segundo valor lógico para fases de 180-360 grados. Cuando el patrón de escena comprende una representación binaria de solo la información de fase contenida en una Transformada Fourier de la imagen de escena capturada, el patrón de referencia igualmente también puede comprender una Transformada Fourier de solo fase binaria de una imagen de referencia. Sin embargo, no es imperativo que los mismos patrones de escena y de referencia sean de formatos idénticos. El método puede comprender las etapas de combinar el patrón de escena con el patrón de referencia empleando uno o más elementos lógicos. Puede emplearse una compuerta o exclusiva (XOR) y consideramos que puede emplearse un comparador en su lugar (pero se prefiere un XOR) . Cada elemento del patrón de escena puede combinarse con su elemento correspondiente en el patrón de referencia para producir un elemento correspondiente en el segundo patrón combinado. De esta manera, para una imagen de 512 por 512, pueden realizarse operaciones XOR 512*512 para producir un patrón combinado. Por supuesto, en forma alterna, pueden combinarse patrones de escena de múltiples bits con patrones de referencia de múltiples bits y opcionalmente binarizarse después de combinar. En todos los casos los cálculos se realizan digitalmente y así retienen perfecto alineamiento de los dos patrones, una ventaja frente al esquema de Vander Lugt, en donde pequeños movimientos mecánicos pueden destruir el alineamiento óptico. El método además puede incluir una etapa preliminar al procesar uno o más imágenes de referencia para producir el uno o más patrones de referencia (Transformados) utilizando técnicas FFT.

La Transformada Fourier de la imagen de escena capturada puede generarse utilizando una Transformada Fourier rápida o algoritmo FFT. Debido a que solo se requiere información de solo fase binarizada puede generarse convenientemente al monitorear el signo del componente real de una FFT íntegra que proporciona una indicación de la fase sobre un rango de 180° conveniente. En forma alterna, el signo de la parte imaginaria del juego de datos Transformada Fourier puede emplearse para determinar la fase. La máscara que corresponde al patrón combinado puede producirse utilizando un modulador de luz espacial binario, es decir un modulador que comprende un conjunto de pixeles que pueden conmutarse entre dos estados en respuesta a señales de un multiplicador para el patrón de escena y el patrón de referencia para producir el patrón combinado. Los pixeles pueden comprender pixeles de cristal líquido o pueden ser un dispositivo micromaquinado tal como un conjunto de micro-espejos formados utilizando técnicas de micromaquinado. Por supuesto, se puede emplearse un SLM con más de dos estados de su medio de modulación. El modulador de luz espacial modula el haz de luz óptico coherente. El SLM puede comprender un conjunto de elementos que pueden conmutarse entre al menos dos estados, por ejemplo con una diferencia en fase de 180 grados. En general el SLM puede modular amplitud y/o fase, y puede operar ya sea en transmisión o reflexión. El haz de luz que se modula por el SLM puede producirse utilizando un láser o diodo láser. Puede pasarse a través de un expansor de haz antes de alcanzar el SLM. La luz que se ha modulado por el SLM puede propagarse a un medio de conversión óptico a electrónico tal como una cámara, posiblemente mediante un lente. La luz puede no necesariamente tener que ser coherente a tolerancias láser. Se considera que puede ser importante que la luz sea espacialmente coherente, pero probablemente no es necesario que sea temporalmente coherente. El sistema puede ser capaz de operar con una fuente de luz no láser, por ejemplo un LED. Mientras que se prevé que un láser típicamente se utilice debido a que es económico, fácilmente disponible, eficiente y coherente, no se pretende estar restringido a este tipo de fuente de luz si funciona otra fuente de luz. Sin duda, hay muchas ventajas al utilizar fuentes temporalmente incoherentes, como en el caso de formación de imagen incoherente y sería apropiado que las invenciones discutidas no necesariamente se limiten a la formación de imagen coherente.

En un refinamiento, el haz de luz modulada puede enfocarse por las etapas de incorporar un lente en el propio SLM. El método puede, se prevé incluir las etapas de pre-procesar el patrón combinado utilizando procesamiento de señal digital para incorporar o superponer el patrón de difracción de un lente de placa de zona. De esta manera, los datos almacenados correspondientes a una imagen de referencia conocida predeterminada pueden modificarse que no sean realmente datos exclusivamente de la imagen de referencia, sino que datos como se modifican por la super-posición de un lente de placa de zona, los datos modulados almacenados en la memoria corresponden a la imagen o patrón de referencia. En una etapa opcional adicional, puede proporcionarse un filtro de sistema óptico en proximidad inmediata al SLM. Puede ser antes del SLM o después. Esto modifica la importancia relativa de los diferentes componentes de frecuencia espacial. Por ejemplo, puede proporcionarse un filtro Gaussiano o de Diferencia-de-Gaussiano (DOG = Difference-of-Gaussian) este filtro puede estar fijo o programable, por ejemplo en la forma de un SLM de amplitud. La programabilidad contribuye a la flexibilidad del procesador total, por ejemplo al hacerlo más o menos discriminador en diferentes tiempos contra imágenes en el escenario que son similares a, pero no idénticas a, la imagen de referencia. Será posible correr el correlacionador para reconocimiento de patrón inicialmente a un modo de discriminación reducido, con el filtro espacial programable ajustado a "grueso", y después establecer que al menos se ha encontrado una correspondencia aproximada con algo en una escena que opera el correlacionador de nuevo con el correlacionador a en un modo "fino" para tener una discriminación mejorada. Esto puede lograrse al controlar el filtro programable como un filtro espacial variable. Un filtro Gaussiano por ejemplo puede proporcionarse antes del SLM de combinación. Un filtro DOG puede proporcionarse después del SLM cerca de la cámara de salida de plano Fourier. En un refinamiento, más de un patrón combinado puede exhibirse en un solo SLM a la vez. Por ejemplo, cuatro patrones combinados pueden ser "formados en mosaico" en un cuadrante respectivo del SLM. Esto permite que se produzcan cuatro patrones de correlación simultáneamente en el plano de salida. Estos pueden relacionarse a la combinación de patrones de una escena con más de un patrón de referencia o la combinación de una pluralidad de patrones de referencia con un patrón de escena, o una combinación de una pluralidad de patrones de escena con una pluralidad de patrones de referencia.

El patrón en el plano de salida, que puede estar en el plano focal del lente o lentes, puede monitorearse al proporcionar una cámara. Todavía en una etapa adicional, el método puede incluir la etapa de controlar la intensidad de luz que alcanza la cámara de salida (u otro detector) . Esto puede lograrse al proporcionar un modulador de luz espacial inteligente entre el SLM y la cámara. La luz puede hacerse umbral para permitir que substancialmente solo luz sobre o por debajo de una intensidad predeterminada alcance la cámara, o incluso pase substancialmente solo luz entre umbrales superior e inferior. En otra configuración, el SLM puede operar con un limitador de luz o como un formador de umbral. Puede ser posible tener un SLM, o una pluralidad de SLMs, proporcionando tanto limitación de luz como formación de umbral de luz. Se prefiere que un SLM actúe como un formador de umbral en un correlacionador. Un problema con el uso de información de solo fase binaria es que se producen dos picos de correlación en el patrón en el plano focal del lente. Los dos picos serán simétricos respecto al origen del patrón de correlación. Además, un gran pico DC en el origen se produce usualmente que puede saturar los picos de correlación cuando la imagen de referencia está cerca del centro de la imagen de escena capturada.

El problema de los picos duales se considera que es único al esquema binario. La presencia de los dos picos produce una ambigüedad para detectar la posición de los objetos reconocidos en la imagen de escena. La presencia de los picos duales puede explotarse para dar seguimiento a un objeto reconocido en la escena. Cuando los medios de captura (es decir un primer convertidor óptico a electrónico tal como una cámara) no se señala directamente en el objeto de referencia en la escena, se producen dos picos. Cuando se señala perfectamente, se produce un solo pico superior. De esta manera, al ajustar la orientación del primer convertidor óptico a electrónico para mantener la salida de pico más alto, puede darse seguimiento a un objeto en movimiento en forma precisa y/o un objeto puede centrarse en los medios de alimentación de escena/cámara de alimentación. Usando este efecto, es posible el arreglar que la mayor parte deseada del objeto de referencia se localiza (por ejemplo un orificio de perno en un componente o un número de placas de vehículo) siempre esté en el centro de la imagen de referencia empleada para formar el patrón de referencia. Luego, cuando el sistema se emplea para localizar el componente y su orificio de perno (o para fotografiar un número de placa) , dos picos se producirán sin componente está en la imagen capturada. Cuando la cámara se orienta exactamente en el orificio de perno, los dos picos se superponen en el centro del patrón de correlación. Por lo tanto es posible el dirigir la cámara y/o cualquier otro dispositivo (tal como un brazo que transporta un perno para inserción en un orificio de perno) al mover la cámara hasta que se superponga los dos picos de correlación. De acuerdo con un aspecto adicional, la invención comprende un aparato para detectar la presencia y/o ubicación de una imagen de referencia en una escena que comprende medios adaptados para capturar una imagen de escena y procesar la imagen de escena para producir un patrón de escena representativo de una Transformada Fourier de la imagen de escena, y una memoria adaptada para almacenar una pluralidad de patrones de referencia a correlacionarse con la imagen de escena, los patrones de referencia son Transformadas Fourier de referencias que tienen sus objetos de referencia centrados en la imagen de referencia . Más preferible, la parte más significante del objeto de referencia se localiza al centro de la imagen de referencia cuando se genera cada patrón de referencia en el con unto . En un sistema preferido, se almacenan patrones de referencia en lugar de imágenes de referencia, cada patrón de referencia corresponde a la Transformada Fourier de una imagen de referencia. El principio de disponer la característica más importante de un objeto siempre centrado en la imagen de referencia es de más amplia aplicabilidad que solo el aparato de reconocimiento de patrón, y también puede ser utilizado para aprovechar en sistemas en donde se genera un solo pico de correlación en el plano de salida. Esto es útil debido a que permite al sistema sumar todas las salidas por el SLM inteligente y un pico luego identifica la ubicación y presencia del punto de referencia en la escena . En un refinamiento adicional, el método puede incluir la etapa adicional de aplicar un patrón de compresión de impulso al espectro del patrón combinado que se pasa al SLM para producir la máscara. El patrón de compresión de impulso puede adaptarse para enfocar partes del patrón formados por el lente, de manera tal que el componente DC y cada uno de los dos picos de correlación se enfocan en planos focales diferentes. El método además puede comprender el verificar el patrón formado en un plano focal correspondiente a solo uno de los picos de correlación. Una cámara, u otro monitor, pueden proporcionarse en un plano focal en donde solo, o no todos los tipos de correlación están en focos. Ya que el componente DC y otro tipo de correlación están fuera de foco, están borrosos y no parecen ser tan distintos. También se retirarán por el modulador de luz espacial inteligente, de estar presente. El patrón de compresión de impulso puede calcularse y agregarse a cada patrón de referencia antes de binarización. La referencia de compresión de impulso luego puede combinarse con el patrón de escena capturado después de binarizar. Al variar otras formas de introducir compresión de impulso y binarizar los datos para aplicar a un SLM de fase binaria. Por ejemplo la compresión de impulso puede combinarse con el juego de datos de imagen capturada. En forma alterna, el patrón codificado de compresión de impulso puede calcularse como un patrón binario y combinarse con un patrón de referencia binarizado o patrón de escena. En este caso, ambos picos de correlación se enfocan en el mismo plano, aunque se desenfoca la señal DC. Más de un patrón codificado de compresión de impulso puede emplearse dependiendo de la aplicación. Cuando los picos de correlación y la firma DC se enfocan en diferentes planos, puede ser posible el introducir un filtro espacial para bloquear el pico DC. El método puede comprender las etapas adicionales de capturar periódicamente imágenes de escena, combinar cada patrón de escena correspondiente secuencialmente con más de un patrón de referencia entre la captura de cada imagen de escena, y dirigir el SLM con cada patrón combinado resultante entre la captura de las imágenes de escena. Esto permite que la imagen de escena se compare con varias referencias (o una pluralidad superior de referencias) a la velocidad de captura de imágenes de escena. Esto es posible ya que solo una Transformada digital se requiere por cada imagen capturada, los patrones de referencia están precalculados y la Transformada óptica ocurre casi instantáneamente. El pre-cálculo de los patrones de referencia elimina la necesidad por Transformada Fourier consumidora de tiempo sean calculadas en tiempo real . La señal de salida puede comprender la salida de una cámara CCD. Puede procesarse utilizando un detector de umbral y SLM de formación de umbral . Si un punto que tiene una intensidad sobre un umbral predeterminado se detecta, puede considerarse la imagen de referencia presente en la escena capturada y pasarse a una señal de salida. Si la intensidad está por debajo del umbral no se pasa señal. Esto elimina interferencia de fondo. Esto puede ser muy útil si la Transformada Fourier inversa de los patrones combinados se integra antes de alcanzar un detector. Por ejemplo, si las señales que se pasan se forman en umbral, es posible probablemente el correr cientos de correlaciones en umbral sin preocuparse de que sucede a cualquier sistema detector de salida de correlación (que sin la formación de umbral requeriría re-ajuste o daría correspondencias falsas debido a acumulación de señales de fondo integradas) . Esto puede permitir que el sistema procese no-correspondencias mucho más rápido que si no hubiera integración. Puede ser posible el tener la alimentación de una pluralidad de dispositivos de captura de escena procesados por un correlacionador común. Un SLM inteligente es una forma preferida de realizar lo anterior. De acuerdo con otro aspecto, la invención proporciona un modulador de luz espacial inteligente que comprende un conjunto de dispositivos moduladores de luz, cada dispositivo comprende un detector de luz, y al menos un pixel de un medio de modulación, en donde el detector de luz se adapta para medir la intensidad de luz incidente para producir una señal de salida, que se adapta para controlar el estado del medio de modulación. Aunque se refiere un "pixel" y aunque primordialmente se pretende tener pixeles (áreas controlables discretas proporcionadas en conjunto) , también se pretende que "pixel" sea interpretado ampliamente, lo suficiente para cubrir dispositivos no pixelados (no pixelados verdaderamente) , tales como SLMs direccionados ópticamente que incorporan un fotoconductor u otro fotodetector . El SLM inteligente puede o no incluir un medio de procesador adaptado para procesar la señal de alimentación para producir una señal de control que se adapta para controlar el estado del medio de modulación. Cada pixel típicamente tendrá sus propios circuitos de adestramiento eléctrico y posiblemente su propio detector. El medio de modulación puede por ejemplo comprender un material de cristal líquido, material fotosensible o una porción movible de un dispositivo micromaquinado u otros medios de modulación de amplitud. El elemento detector de luz asociado con cada pixel o grupo de pixeles puede producir una señal de salida que se incrementa con la intensidad de la luz incidente (o puede disminuir) . Los medios procesadores pueden comprender un comparador. Una alimentación del comparador puede conectarse a una señal de referencia mientras que el otro se conecta a la salida del elemento detector de luz. Esto puede adaptarse para producir la señal de control requerida para conmutar el cristal líquido a un estado de transmisión cuando la señal de alimentación está sobre un umbral predeterminado o por debajo de un nivel de umbral predeterminado.

Esta disposición puede proporcionar una forma de SLM que se adapta para transmitir solo luz por debajo de un nivel umbral predeterminado. El umbral en sí puede controlarse externamente, por ejemplo en respuesta a niveles de luz cambiantes en el haz de luz . Esto puede realizarse automáticamente. En forma alterna, el SLM puede adaptarse para solo transmitir luz si excede un nivel de intensidad umbral predeterminado. Esto puede ser útil, por ejemplo para retirar luz de fondo de bajo nivel en una imagen. En una aplicación diferente, los medios procesadores pueden adaptarse para producir la señal de control requerida para cambiar el estado del cristal líquido (u otro medio de modulación) a una estado de extinción total o parcial cuando la alimentación excede el valor umbral. En este dispositivo que limita la intensidad transmitida, el elemento detector de luz puede proporcionarse tras de un pixel o a un lado. Si es a un lado, la intensidad de luz sobre el detector es independiente del estado del pixel. Si el detector está tras el pixel, la luz que alcance el detector primero se modula por la operación del pixel y se forma un bucle de realimentación . En su forma simple, el modulador de luz espacial inteligente puede comprender un conjunto bi-dimensional regular de dispositivos de modulación de luz idéntico. Cada dispositivo de modulación de luz puede energizarse directamente de un solo suministro de voltaje o tensión tal como una batería a través de una estructura de electrodo conductor. Esto puede formarse en el substrato. Puede ser metálico o puede formarse a partir de un material ópticamente transparente tal como Óxido de Indio Estaño (ITO = Indium Tin Oxide) . En una disposición más simple, el modulador puede ser desplazado por la salida del detector directamente. Un pixel puede controlarse por una señal generada por un fotodetector y aplicarse directamente, posiblemente mediante un resistor. Una pluralidad de pixeles, tales como una línea de pixeles o un conjunto de pixeles, puede desplazarse por señales fotosensibles. Una fuente de energía común puede suministrar energía, típicamente a un voltaje o tensión común, a cada alimentación controlada por fotodetector a los pixeles. De preferencia, el detector y los medios de procesamiento se confinan a un área relativamente pequeña en comparación con el pixel o pixeles asociados. Pueden formarse integrales con el medio de modulación en un substrato.

El modulador de luz espacial inteligente puede producirse utilizando un substrato de silicio-en-safiro o un substrato de silicio-en-espinela . De acuerdo con un aspecto adicional, la invención proporciona un método para modular un haz de luz que comprende las etapas de proporcionar al menos un detector en la trayectoria del haz de luz, y proporcionar al menos un pixel de un medio de modulación en la trayectoria del haz de luz, y en el caso de que la salida del detector cumpla una condición predeterminada, alterar el estado de modulación del pixel para atenuar una porción del haz de luz . El detector y el pixel pueden proporcionarse en un solo dispositivo, que además puede incluir un medio procesador adaptado para procesar una salida del detector. En el caso de un limitador, de preferencia el método comprende la etapa adicional de proporcionar el detector tras el pixel, de manera tal que detector y el pixel formen un bucle de realimentación. Esto altera la cantidad de luz que se pasa por el pixel a controlar a un nivel estable de pixel. El método además puede comprender el procesar la señal producida por el detector antes de controlar el pixel. Esto puede realizarse utilizando cualquier técnica de procesamiento análoga o lógica digital.

La condición predeterminada puede cumplirse cuando la luz incidente sobre el detector está por debajo de un umbral predeterminado, o cuando la intensidad de luz incidente sobre el detector excede un umbral predeterminado. De nuevo, el método puede comprender la etapa de procesar la salida del detector utilizando cualquier técnica de procesamiento análoga o lógica digital conocida. El método puede refinarse al proporcionar una cámara CCD (u otro detector pixelado) tras uno o más pixeles. En este caso, los pixeles pueden disponerse en un conjunto frente a la cámara CCD. Cada pixel de la cámara puede estar alineado por un pixel correspondiente del SLM. Esto asegura que nada de luz alcanza la cámara CCD cuando todos los pixeles se modulan para bloquear la luz. Por ejemplo, esto puede ocurrir si toda la luz en el haz de luz excede (o no excede) el valor umbral. De acuerdo con otro aspecto, la invención proporciona un método de reconocimiento y/o ubicación de patrón óptico, que comprende las etapas de : - combinar un patrón de escena representativo de una imagen de escena con un patrón de referencia representativo de una imagen de referencia, para producir un patrón combinado de compresión de impulso (en donde los patrones de referencia y/o escena pueden haber sido combinados con una señal de compresión de impulso) ; exhibir el patrón combinado de compresión de impulso en un modulador de luz espacial; producir un haz de luz que se modula por el modulador de luz espacial; y monitorear el haz de luz modulado para detectar la presencia y/o ubicación de la imagen de referencia en la imagen de escena capturada. El método puede comprender la etapa adicional de combinar un patrón de escena que comprende una Transformada Fourier de solo-fase-binaria (patrón) de una imagen de referencia. En este caso, cuando se producen dos picos de correlación, la compresión de impulso puede enfocar estos dos picos en planos separados a superar o mejorar problemas de ambigüedad en ubicación de objeto. El método además puede comprender la etapa de proporcionar un lente óptico adyacente al SLM, por ejemplo entre el SLM y un segundo medio de conversión óptica a electrónica. En forma alterna, un lente de placa de zona puede ser agregado. El uso de compresión de impulso y/o lente de placa de zona puede posiblemente hacer al correlacionador más compacto, por ejemplo al retirar la necesidad por un lente óptico.

La imagen o patrón de escena, imagen o patrón de referencia y patrón combinado de compresión de impulso puede comprender datos digitales. Otra ventaja que se ha demostrado es que la aplicación de una señal de compresión de impulso permite SLMs ligeramente no planares sean utilizados, mientras que aún produce un patrón de correlación utilizable. Estos SLMs no planares pueden surgir a través de imperfecciones en el proceso de fabricación, y son mucho más económicos que SLMs ópticamente planos, ya que estos últimos tienen no rendimiento . De acuerdo con un aspecto aún adicional, la invención proporciona un aparato para ubicación y/o reconocimiento de patrón óptico que comprende medios para combinar un patrón de escena representativo de la Transformada Fourier de una imagen de escena con un patrón de referencia representativo de la Transformada Fourier de una imagen de referencia para producir un patrón combinado, medios para combinar el patrón combinado con una señal de compresión de impulso para producir patrones de combinación de compresión de impulso, un modulador de luz espacial adaptado para exhibir el patrón combinado, una fuente de luz adaptada para emitir un haz de luz que se modula por un modulador de luz espacial y medios de monitoreo o verificación adaptados para monitorear el haz de luz modulador para detectar la presencia y/o ubicación de las imágenes de referencia en la imagen de escena. De acuerdo con otro aspecto, la invención comprende un método para controlar el alineamiento de un miembro alineable con un objeto de escena deseado, el método comprende tomar una imagen de escena que contiene el objeto, transformar la imagen de escena para obtener un patrón de escena de Transformada Fourier binarizado, combinar el patrón de escena con un patrón de referencia de Transformada Fourier binarizada correspondiente a un objeto de referencia que corresponde al objeto de escena para crear un patrón combinado binarizado, someter a Transformada Fourier inversa al patrón combinado binarizado para producir una salida de correlación que tiene al menos dos picos de correlación, y controlar el alineamiento del miembro alineable con el objeto de escena, para llevar los picos de correlación entre sí, de preferencia haciéndolos substancialmente coincidentes. De preferencia, el movimiento del miembro alineable se controla automáticamente por medios de control . Áreas en donde el concepto de utilizar el alineamiento de los picos de correlación para alinear algo pueden tener aplicaciones incluyendo líneas de ensamblado (por ejemplo alinear tornillos con orificios, o componentes antes de fijarlos) y aplicaciones médicas (por ejemplo alinear un taladro con un hueso o un láser médico con un tumor) , o alinear una cámara con algo, para alinear una cara o una placa. De acuerdo con otro aspecto, la invención proporciona un aparato para reconocimiento de patrón óptico que incorpora un modulador de luz espacial inteligente de acuerdo con cualquier otro aspecto de la invención. El aparato de reconocimiento de patrón puede estar de conformidad con el primer aspecto de la invención, en cuyo caso el modulador de luz espacial inteligente puede proporcionarse frente a los segundos medios de conversión óptica a electrónica. El aparato de reconocimiento de patrón alternativamente puede comprender un sistema óptico Vander Lught standard o una de sus muchas variantes, por ejemplo la Figura 1. El modulador de luz espacial inteligente puede localizarse lo más cercanamente posible al plano de imagen de un medio de conversión óptica a electrónica que se adapta para detectar el patrón de correlación. Esta puede ser una cámara CCD. De preferencia, el espaciamiento interpixeles del modulador de luz espacial inteligente, puede seleccionarse para que corresponda o al menos aproximadamente corresponda con los pixeles de la cámara CCD (por ejemplo de manera tal que los pixeles de cámara se super pongan respecto a los pixeles SLM) . Esto permite que el sistema se haga menos sensible a espacios interpixeles en el modulador de luz espacial inteligente, o substancialmente insensible a ello. También es posible el ubicar un SLM, o un medio o absorbente saturable con la misma funcionalidad en un plano de imagen intermedia entre el SLM de "combinación" y un convertidor óptico a electrónico de salida (si se proporciona) . El modulador de luz espacial inteligente puede adaptarse para solo pasar luz que excede un valor umbral predeterminado. Esto permite procesar el patrón detectado por el conjunto CCD para ser grandemente simplificado. Ya que se pasan solo componentes de señal de alto nivel, puede considerarse que cada señal pasada corresponde a un pico de correlación. Estos picos luego pueden detectarse el integrar la salida de cámara con el tiempo, por ejemplo en muchos o todos los procesos de correlación realizados dentro de un tiempo de cuadro del primer convertidor óptico a electrónico (que puede ser centenares de patrones combinados/procesos de correlación) . Sin el modulador de luz espacial inteligente, esta integración no producirá resultados significantes debido a la acumulación de muchas señales de bajo nivel en cada pixel. Por supuesto, esto no será necesario si hay disponible una cámara con lectura ultrarápida.

Una desventaja de la integración es que se pierde algo de información, aunque esto es aceptable en muchas aplicaciones. La información se pierde en el patrón de referencia precisa dando lugar al pico de correlación. Sin embargo, esto puede ser aceptable, especialmente si todos los patrones de referencia se refieren al mismo objeto de referencia, a diferentes escalas y orientaciones. Por ejemplo, puede ser conveniente el detectar la presencia y ubicación aproximada de un cierto modelo de vehículo independientemente de su distancia u orientación precisa. Incluso es más aceptable si un punto importante fijo en la referencia siempre está centrado como se discutió previamente, ya que luego se detecta la ubicación de ese punto en la referencia. En aplicaciones alternas al sistema de conocimiento de patrón, el SLM puede adaptarse para limitar la intensidad de la luz que alcanza la cámara CCD. Esto puede ayudar en evitar agrandamiento del punto explorador indeseado, que se provoca por un componente de alta intensidad que satura la cámara, o cualquier otro tipo de detector. Una aplicación comercial de ese dispositivo sería en las cámaras de "señala y oprime" para detener la luz de sol brillante que exponga excesivamente las fotografías, o cámaras de video u otros sistemas de formación de imagen. Otra aplicación es en el fotografiado de placas de vehículos en la noche, cuando tienen sus lámparas delanteras encendidas . Se prevén otras aplicaciones. Esta cámara puede ser la cámara de alimentación de un sistema de reconocimiento de patrón. En un aspecto adicional, por lo tanto la invención comprende una cámara que incluye un modulador de luz espacial inteligente de acuerdo con cualquier otro aspecto de la invención. El SLM inteligente puede proporcionarse como una adición al lente de la cámara, o integral con una unidad de lente que incluye un lente y un SLM inteligente, o dentro de la cámara tras el lente. La señal de referencia aplicada a cada comparador en el SLM inteligente puede ajustarse en respuesta a medición de la intensidad de luz promedio en la imagen incidente total, tal como un patrón en un aparato de reconocimiento de patrón. Esto permite compensación automática de niveles de luz de fondo variantes se alcance. De acuerdo con un aspecto adicional, la invención proporciona una estructura óptica que comprende: al menos dos dispositivos emisores de luz y un lente, cada dispositivo emisor de luz está espaciado en una posición diferente respecto al eje óptico del lente; un controlador adaptado para controlar la iluminación de cada dispositivo, secuencialmente: un modulador de luz espacial que se proporciona entre los dispositivos emisores de luz y el lente; y un conjunto detector de salida adaptado para recibir luz que se modulado por el SLM. La estructura óptica puede adaptarse para formar una parte de un aparato de reconocimiento de patrón. Por "entre los miembros emisores de luz y el lente" se entiende en la trayectoria óptica de luz emitida de los emisores de luz antes de que alcance el lente. Los miembros emisores de luz deberán proporcionar coherencia espacial, por ejemplo puede cada uno adaptarse para emitir un haz de luz divergente o paralelo. En un sistema de reconocimiento de patrón de alta velocidad, la velocidad de procesamiento puede permitir que se generen patrones de correlación a altas velocidades en tiempo real, es decir hasta aproximadamente 10,000 correlaciones por segundo, y posiblemente superiores. Esto puede imponer esfuerzos en la velocidad de los circuitos de detección óptica empleados para analizar los patrones de correlación resultante. Pueden alcanzarse buenos resultados utilizando una cámara CCD en combinación con una técnica de formación de umbral. Sin embargo, las cámaras CCD no pueden alcanzar las altas velocidades de lectura que pueden obtenerse a partir de detectores sencillos dedicados o conjuntos detectores lineales especialmente CCD con grandes cantidades de pixeles. El aparato óptico utiliza los beneficios que pueden alcanzarse de emplear un conjunto detector lineal en la cámara de salida. Conjunto detectores lineales puede leerse muy rápido, posiblemente limitados solo por la velocidad de reloj . Ya que se desea solo enviar salida patrones combinados (en vez de llevar a cabo un proceso intenso computacionalmente) , el uso de un montaje de lectura muy rápido tal como un conjunto lineal puede ser benéfico. El aparato de acuerdo con una modalidad opera al escalonar el patrón de salida bi-dimensional formado en el plano focal del lente por el modulador de luz espacial a través del conjunto detector al efectivamente "mover" la fuente de luz . El conjunto detector puede comprender una línea de detectores, o dos o más líneas de detectores paralelas. Cada línea puede comprender dos o más detectores, probablemente diez, probablemente decenas, varias decenas, centenares, varios centenares o incluso en el orden de miles o más detectores. En un montaje más preferido, un conjunto de más de dos dispositivos emisores de luz se proporciona. Esto puede comprender un conjunto lineal de dos o más dispositivos emisores de luz dispuestos substancialmente ortogonales al eje óptico que pasa a través del centro del modulador de luz espacial y lente. El conjunto de dispositivos emisores de luz pueden alinearse ortogonal al conjunto de detectores. Puede haber varios, decenas, varias decenas, centenares, varios centenares o incluso en el orden de mil o más dispositivos emisores de luz. Puede proporcionarse un lente colimador entre los dispositivos emisores de luz y el SLM. Un solo lente colimador puede proporcionarse para todos los dispositivos. También puede proporcionarse un polarizador entre los dispositivos emisores de luz y el SLM. El polarizador puede formar parte del SLM. El lente de Transformada Fourier puede proporcionarse de preferencia pero no necesariamente entre el SLM y el conjunto detector. En forma alterna, puede formar parte del SLM. Puede comprender un lente virtual generado al incorporar una función de lente de placa de zona en el patrón de máscara producido por el SLM. Los dispositivos emisores de luz pueden comprender láser o diodos láser adaptados para producir una fuente de luz coherente. De preferencia, se dispone solo un dispositivo emisor de luz o controla para emitir un haz de luz en cualquier instante . El conjunto de dispositivos puede comprender un conjunto VCSEL.

Para una máscara de 512 por 512 pixeles exhibida en el SLM, el campo de salida de interés también comprende 512*512 puntos a resolución completa, y puede proporcionarse un conjunto VCSEL que tiene 512 elementos y un detector de 512 elementos. De esta manera, no requiere ocurrir pérdida de información si los medios de control pasan cada uno de los elementos del VCSEL a encendido para explorar el patrón 2-D en 512 etapas. Sin embargo, no siempre es necesario leer la salida a completa resolución y pueden proporcionarse menos pixeles detectores que los pixeles de SLM existentes. En el límite, un SLM inteligente o absorbente saturable puede seguirse por un solo detector de gran área. Una cantidad de conjuntos detectores dispuestos en paralelo pueden ser empleados. En este caso, el número de conjuntos VCSEL requeridos para resultados óptimos se reduce a R/N en donde R es el número de hilera (o columnas) en el SLM y N es el número de conjuntos detectores. Por supuesto, se apreciará que en el caso más extremo, solo un conjunto emisor y conjuntos detectores R pueden ser utilizados . De acuerdo con un aspecto adicional, la invención proporciona un método para verificar un patrón óptico bi-dimensional que se produce cuando un haz de luz pasa a través de un modulador de luz espacial, al proporcionar al menos dos dispositivos emisores de luz y un lente entre los dispositivos y el modulador de luz espacial, los dos dispositivos como mínimo están en diferentes posiciones respecto al eje óptico del lente, que comprende las etapas de controlar los dispositivos, de manera tal que cada dispositivo se ilumine secuencialmente para mover en forma efectiva la fuente del haz de luz y proporcionar al menos un medio detector en un plano que contiene el patrón óptico que se va a verificar, con lo que el control de los dispositivos explora el patrón bi-dimensional a través de los medios detectores. Al iluminar cada fuente de luz a su vez, el patrón bi-dimensiónal puede moverse a través del detector. En la práctica en la ap icación del correlacionador, la salida de el o los conjuntos detectores típicamente se formarán en umbral conforme emergen para detectar cualesquiera picos de picos presentes. También es posible el integrar la señal de correlación en umbral con el tiempo . El método puede comprender el proporcionar tres o cuatro o más dispositivos emisores de luz, y más de un detector. Las fuentes de luz pueden colocarse en una línea ortogonal al eje óptico del lente y el SLM. Los medios detectores también pueden comprender una línea de detectores . Estos pueden disponerse ortogonales a la orientación del eje óptico del lente y a la línea de los dispositivos emisores de luz. El método además puede comprender el proporcionar un lente de colimación entre el uno o más dispositivos emisores de luz y el SLM. Los dispositivos emisores de luz de preferencia comprenden diosos láser. El conjunto óptico puede incorporarse en un aparato de reconocimiento de patrón, de acuerdo con el primer aspecto de la invención. También puede utilizarse para implementar una parte del método del segundo aspecto de la invención. En cualquier caso, el SLM puede desplazarse o controlarse para exhibir un patrón correspondiente cuando menos una combinación de la Transformada Fourier de una imagen y una referencia. El lente óptico después del SLM, luego actúa como un transformador Fourier óptico y puede explorarse un patrón de correlación bi-dimensional a través de conjunto detector. También se apreciará que las varias invenciones aquí discutidas pueden encontrar muchas aplicaciones fuera del campo de reconocimiento de patrón y no restringen a ese campo .

De acuerdo con un aspecto adicional, la invención proporciona un método para detectar la presencia de y/o localización de un objeto de referencia en una escena, que comprende las etapas de: iluminar la escena al transmitir al menos un pulso de radiación electromagnética; producir una imagen de escena capturada correspondiente a la radiación reflejada que se recibe en un tiempo predeterminado después de que el pulso de radiación se transmite; procesar al menos una parte de la imagen de escena capturada para producir un patrón de escena correspondiente a la Transformada Fourier de la imagen de escena capturada; y combinar electrónicamente el patrón de escena con al menos un patrón de referencia que corresponde a la Transformada Fourier de una imagen de referencia para producir un patrón combinado. La radiación puede comprender luz ultravioleta, visible, o infrarroja, u otras longitudes de onda. En una disposición preferida, el método comprende las etapas adicionales de : producir una máscara que corresponde al patrón combinado utilizando un modulador de luz espacial; modular un haz de luz coherente por el modulador de luz espacial; y verificar o monitorear el patrón de luz formado después de modulación por el modulador de luz espacial . Al transmitir un pulso de radiación tal como luz, es posible capturar la imagen de escena a un tiempo retardado predeterminado en donde el retardo asegura que la imagen de escena capturada corresponda a la luz que ha recorrido una distancia predeterminada. Cuando hay presente niebla o humo entre el aparato y la escena lo que puede saturar la imagen de la escena, esta luz se reflejará de regreso antes de que se capture la imagen. Similarmente, objetos de fondo, tales como paredes o árboles pueden ser rechazados debido a que la luz reflejada de los mismos llega muy tarde. Los reflejos de un objeto entre distancias predeterminadas lejos del detector, por lo tanto pueden ser aislados. Esto puede hacer el reconocimiento de patrón mucho más fácil ya que la cantidad de datos irrelevantes puede ser reducida. Esto puede ser muy útil por ejemplo en fotografiado de placas de vehículos conforme los vehículos pasan por la niebla, probablemente como parte de un sistema detector de velocidad para identificar vehículos con exceso de velocidad, El pulso de radiación puede producirse usando un láser . De preferencia, el método puede comprender las etapas de capturar imágenes de escena, que corresponden a diversos retardos de tiempo diferentes. Esto permite que se realiza una técnica de reconocimiento de patrón en tres dimensiones, al ver en la escena una rebanada a la vez (rebanada en la profundidad de la dirección de observación) . Esto ayuda al proceso de reconocimiento de patrón, y explota la gran velocidad del procesador aquí descrito. El método puede por lo tanto comprender capturar cuando menos dos imágenes de escena correspondientes a luz reflejada de porciones de un objeto en una escena, que están a diferentes distancias. De estas dos imágenes, un objeto puede ser identificado al realizar análisis espacial utilizando patrones de referencia que corresponden a "rebanadas" a través de un objeto de referencia (es decir dos objetos que se ven semejantes en dos dimensiones pueden ser distinguidos con información tridimensional) . La duración de pulso puede ser en el orden de un 1 ns, o hasta 10 ns o más. La luz recibida puede pasarse a través de un intensificador óptico. Este puede ser pulsado con una duración típicamente de 50 psegundos a 10 ns dependiendo de la aplicación.

Por supuesto, se apreciará fácilmente que este aspecto de la invención puede combinarse con cualquiera de las características de los otros aspectos de la invención, y en esencia es un refinamiento a las técnicas generales de reconocimiento de patrón. Sin duda, cualquiera de las diversas características e invenciones aquí descritas pueden emplearse en cualquier combinación con otra de las invenciones o características aquí descritas. El pulso de iluminación puede derivarse del mismo punto, o substancialmente el mismo punto, del cual se captura la imagen. En forma alterna, puede derivarse de un sitio diferente. La técnica puede emplearse con un refinamiento para identificación de imagen después de que la presencia inicial de un objeto de una clase reconocida se ha identificado utilizando un esquema de reconocimiento de patrón. El método puede ser combinado con cualquiera de los aparatos o métodos de los aspectos precedentes de la invención. En un método preferido, la ubicación de un artículo primero se detecta utilizando correlación espacial. Dos imágenes de escena luego se capturan (o más) , correspondientes a diferentes partes del objeto a diferentes distancias para ayudar al reconocimiento. El sistema de detección en compuertas de rango/tiempo pulsado es particularmente útil en combinación con las más rápidas técnicas de correlacionador discutidas previamente, ya que este pude ser el primer correlacionador que es suficientemente rápido para aprovechar una imagen de rebanada tridimensional de la escena. De acuerdo con otro aspecto, la invención proporciona un aparato para detectar la presencia y/o ubicación de un objeto de referencia en una escena, que comprende medios adaptados para producir al menos dos máscaras de patrón combinadas, los medios están adaptados para combinar al menos un patrón de escena y al menos un patrón de referencia para producir una primer máscara de patrón combinada, medios adaptados para combinar al menos un patrón de escena y al menos un patrón de referencia para producir una segunda máscara de patrón combinado; y medios de exhibición adaptados para mostrar las dos máscaras de patrón combinadas como mínimo, simultáneamente en un modulador de luz espacial. Las mascaras de patrón combinadas de preferencia no se superponen entre sí en los medios de exhibición. De acuerdo con un aspecto adicional de la invención, un método para detectar la presencia y/o ubicación de un objeto de referencia en una escena comprende las etapas de : producir al menos dos máscaras intermedias (patrones combinados) al combinar al menos una imagen de escena con al menos una imagen de referencia; y exhibir las dos máscaras como mínimo simultáneamente en un modulador de luz espacial . Las dos máscaras intermedias (patrón combinado) ambas pueden iluminarse simultáneamente por un haz de luz. Pueden proporcionarse lentes para enfocar aquella parte del haz de luz que se modula por el SLM en un plano focal . De esta manera, dos patrones de correlación pueden producirse simultáneamente. Por supuesto, 3, 4 o más máscaras intermedias pueden exhibirse simultáneamente en el SLM en cualquier tiempo. Cada máscara intermedia puede producir un patrón de correlación respectivo. Las máscaras intermedias pueden estar "formadas en mosaico" o "azulejados" sobre el SLM. Máscaras intermedias pueden estar formadas en mosaico para estar adyacentes entre sí. Un ejemplo es que cuatro máscaras intermedias puedan ser exhibidas con una máscara que ocupa un cuadrante respectivo del SLM. Las máscaras intermedias pueden producirse al combinar electrónicamente un conjunto de datos de transformada Fourier (patrón de escena) dependiente de una imagen detectada por un conjunto de datos de transformada Fourier de un objeto de referencia (patrón de referencia) . Ambas pueden comprender datos de solo-fase-binaria. De acuerdo con un aspecto aún adicional, la invención proporciona un método para reducir el tiempo requerido para mantener un voltaje o tensión neto cero a través de cada pixel de un SLM (que puede comprender materiales de cristal líquido) para evitar disociación de las moléculas de cristal líquido, cambios en el voltaje que alterna el estado de modulación del pixel, que comprende las etapas de: agregar o de otra forma establecer los voltajes aplicados a un pixel respectivo del modulador de luz espacial correspondiente a cuando menos una alimentación de máscara exhibida al modulador, y aplicar el voltaje requerido a cada pixel por una duración de tiempo que es opuesta en signo a la suma de los voltajes. Esto puede requerir más de una máscara. Hay muchos esquemas en la técnica previa empleados para mantener un voltaje cero neto por ejemplo después de que cada máscara se exhibe, se exhibe una máscara "negativa" . Sin embargo, esto resulta en 50% del tiempo de exhibición disponible repetido para exhibir la máscara negativa; esto es usualmente indeseable.

En el presente método, se aplican máscaras sucesivas utilizando voltajes de signo opuesto. De preferencia, se exhibe una máscara con un voltaje positivo seguida por una máscara diferente con un voltaje negativo luego una tercer máscara con un voltaje positivo, etc. Esto tiene el efecto de que cada pixel tiene un voltaje promedio diferente con el tiempo que tiende hacia cero para valores secuenciales que son aleatorios en tiempo. De preferencia, la suma de los voltajes aplicados a cada pixel se almacena. Estos datos luego pueden consultarse para producir los voltajes positivo y negativo correctivos requeridos para cada pixel en el SLM para lograr un voltaje neto cero con el tiempo. Los patrones a aplicarse al modulador sobre un período de tiempo predeterminado, pueden ser pre-calculados. Los voltajes para cada pixel que deben aplicarse para reducir los efectos de disociación luego pueden calcularse individualmente a partir de los patrones pre-calculados (en lugar de medir actualmente voltajes) . De esta manera, a partir de una secuencia de patrones a aplicarse, la combinación óptima de patrones de voltaje positivos y patrones de voltaje negativos que deben aplicarse para obtener un voltaje neto a aproximadamente cero, pueden calcularse. De ser necesario, puede exhibirse una imagen de "compensación" sencilla digamos después de dos o más patrones para mantener el voltaje promedio cero. De hecho, se prevé solo exhibir una imagen de "compensación" después de que decenas o más preferiblemente centenares de patrones han sido exhibidos. De esta manera, en lugar de "compensar" los pixeles del SLM en una base de patrón por patrón, se compensa solo después de que se han exhibido un lote de patrones . La exhibición de patrones deseados en el SLM por lo tanto puede ser prácticamente el doble de rápido que métodos de la técnica previa. De acuerdo con un aspecto aún adicional, la invención proporciona un sistema óptico que incorpora un modulador de luz espacial (SLM) que se adapta para reducir el tiempo requerido para mantener un voltaje cero neto a través de cada pixel del SLM, que además comprende medios de generación adaptados para generar una cantidad de patrones a exhibir en el SLM (una lista de patrones) , medios adaptados para establecer el efecto de derivación de voltaje integrado neto en cada pixel del SLM creado al exhibir la lista de patrones y medios adaptados para aplicar a cada pixel un voltaje de corrección de lista opuesto substancialmente de la misma magnitud o el voltaje integrado aplicado a ese nivel al exhibir el juego de patrones, de manera tal que el voltaje integral neto aplicado a cada pixel después del voltaje integrado es substancialmente cero. Se apreciará que la unidad de combinación/unidad de multiplicación empleada para combinar un patrón de escena y un patrón de referencia, típicamente será el combinador eléctrico/digital como se emplea en la disposición de la reivindicación 1, pero para otros aspectos de la invención, o para diversas características preferidas, el combinador no requiere ser un dispositivo digital pero puede ser cualquier combinador conveniente. Ahora se describirá, a manera de ejemplo solamente, varias modalidades de la presente invención con referencia a los dibujos acompañantes, en donde: La Figura 1 es una ilustración de un desarrollo típico de un correlacionador óptico Vander Lugt de la técnica previa, para utilizar en reconocimiento de patrón; La Figura 2 es un esquemático general de un aparato de reconocimiento de patrón de acuerdo con un aspecto de la presente invención; La Figura 3 es una ilustración diferente que muestra las partes componentes principales del aparato de la Figura 2 ; La Figura 4 ilustra las diversas imágenes y patrones formados durante procesamiento de una imagen por el aparato mostrado en las Figuras 2 y 3 ; La Figura 5 es una ilustración esquemática de la presencia de dos picos de correlación en el plano de transformada Fourier de un patrón de fase binaria. El ejemplo simple mostrado en una rejilla de difracción de fase binaria con dos ordenes de difracción principales. Por simplicidad, el lente de transformada Fourier está omitido de esta figura; La Figura 6 ilustra esquemáticamente la creación de un DC, y dos picos de correlación formados en planos espaciados en una dirección del eje óptico utilizando un patrón de compresión de impulso; La Figura 7 ilustra un trazo 3D registrado experimentalmente del patrón de correlación sin compresión de impulso, la Figura muestra el pico DC central que tiene una gran intensidad diaria que los dos picos de correlación ubicados simétricamente; La Figura 8 muestra el patrón correspondiente producido cuando se ha aplicado compresión de impulso durante procesamiento, mostrando que solo un pico está en foco con un pico DC y el segundo pico de correlación está fuera de foco; La Figura 9 muestra un sistema óptico alterno para explorar un patrón de correlación bi-dimensional producido utilizando un SLM y un lente a través (a y b) de un conjunto de detector lineal; y (c) una cantidad de conjuntos detectores lineales utilizando un conjunto de fuentes de luz; La Figura 10 muestra un problema típico en donde luz de alta intensidad puede provocar daño a la retina de un observador, o agrandamiento del punto explorador por sobre carga/destello en una cámara; La Figura 11 muestra un esquemático de un modulador de luz espacial "inteligente"; La Figura 12 muestra en elevación lateral, un esquemático de un SLM "inteligente"; La Figura 13 es un esquemático de un refinamiento para un esquema de reconocimiento del patrón óptico en donde una cantidad de patrones se "forman en mosaico" simultáneamente sobre un modulador de luz espacial; La Figura 14 es un esquemático que ilustra como un aparato de reconocimiento de patrón similar a aquel descrito en relación a las Figuras 2 y 3, puede separar en dos o más secciones utilizando fibras ópticas, de manera tal que puede utilizarse por ejemplo en ambientes peligrosos; La Figura 15 ilustra los diversos términos empleados para definir los datos procesados por el aparato para producir un patrón de correlación; La Figura 16 ilustra un conjunto VCSEL ortogonal a un conjunto detector lineal a través del cual puede explorarse un patrón bidimensional al controlar la iluminación del conjunto VCSEL; La Figura 17 ilustra un conjunto detector que comprende una cantidad de hileras paralelas de detectores con una lectura alterna a la izquierda o derecha simultáneamente; La Figura 18 es un diagrama que muestra como un pixel de radiación iluminante puede ser usada para tomar una imagen de una rebanada de una escena para reducir perturbaciones de fondo, y permitir que una cantidad de estas rebanadas de un objeto se correlacionen para mejorar la precisión de identificación y/o ubicación; La Figura 19 ilustra un método para reducir el tiempo dedicado para minimizar la disociación de pixeles de cristal líquido en un SLM; La Figura 20 muestra una aplicación ejemplar de un correlacionador óptico para identificar pupilas de una escena capturada correspondientes a una cara; y La Figura 21 es una vista esquemática de dos disposiciones o arreglos posibles de un SLM "inteligente" incluyendo una en donde cada dispositivo del conjunto comprende un detector que controla un grupo de cuatro pixeles espaciados alrededor de cada detector. Un diagrama esquemático de un aparato de reconocimiento de patrón de acuerdo con al menos un aspecto de la invención, se ilustra en la Figura 2 de los dibujos acompañantes. Un diagrama alterno, que ilustra las partes componentes clave empleadas para construir un aparato prototipo en el laboratorio, se ilustran en la Figura 3. El aparato es un sistema híbrido en donde partes del procesamiento se realiza por componentes electrónicos digitales y parte del procesamiento se realiza ópticamente. La información se convierte de electrones a fotones y viceversa con el auxilio de dos medios de conversión óptica a electrónica y un medio de conversión electrónica a óptica. Una aplicación ejemplar es la detección de la presencia de un vehículo en una escena de calle. El sistema puede utilizarse para identificar si un tipo particular (por ejemplo modelo) de vehículo está presente por la información retenida en datos de referencia. También puede adaptarse cuando menos en un modo de operación para identificar la ubicación del vehículo en la escena . En el ejemplo descrito en el párrafo precedente, una imagen de la escena se captura utilizando un dispositivo acoplado de carga 10 tal como una cámara CCD. En el laboratorio se emplea una cámara de 718 por 512 pixeles. La cámara selecta fue sensible a luz visible, aunque no deberán hacerse consideraciones respecto al rango viable de longitudes de onda registrados por la cámara. La operación en infrarrojo en ocasiones se prefiere ya que opera de día o de noche. Sin duda, se prevé que la cámara puede ser omitida y el sistema ser empleado para procesar otros tipos de imagen o datos más abstractos que pueden disponerse en un conjunto bidimensional. Otro ejemplo es la identificación de los ojos de una persona a partir de una fotografía de una cara, como se ilustra en la Figura 20. La cámara produce una imagen de escena cautiva de 512 x 512 pixeles cada 25° de segundo. Cada imagen selecta capturada (o selectas) se descargan en un almacenamiento temporal en una memoria digital 11. La memoria digital 11 (o una memoria separada) también almacena un conjunto de patrones de referencia. En el ejemplo, cada patrón puede corresponder a la transformada Fourier de una imagen ya sea de un tipo de vehículo diferente o a un vehículo o automóvil que se ve desde un ángulo diferente, o a diferentes automóviles que se ven desde una variedad de ángulos diferentes y/o de una cantidad de distancias diferentes. La memoria digital se proporciona como parte de una computadora personal como se ilustra en la Figura 3) . Esta captura imágenes de escena de la cámara CCD a velocidades de video utilizando una tarjeta de adquisición de imágenes dedicada 13. El juego de datos de imagen de escena capturados almacenados en memoria se pasan a una una computadora transistor dedicada 14 (en la versión como opera actualmente, pero una computadora transistor no se considera esencial) que genera un patrón de escena correspondiente a una transformada Fourier de la imagen de escena capturada. La transformada Fourier se realiza a la velocidad de captura de la tarjeta de adquisición de imagen. Los datos de transformada Fourier actuales utilizados para construir el patrón de escenas se calculan al calcular inicialmente la transformada Fourier bidimensional compleja del juego de datos de imagen capturadas utilizando una rutina FFT. A continuación, la computadora transistor descarta algo de la información codificada en los datos complejos y forma un patrón de escena que comprende datos de solo fase binaria. Esto es por supuesto, datos no complejos. Los patrones de referencia también se codifican como datos de solo fase binaria generados de la transformada Fourier de las imágenes u objetos de referencia. Esto ahorra memoria en comparación con datos de múltiples bits. A fin de asegurar el sistema opera lo más rápido posible, estas transformadas Fourier de referencia se calculan antes de utilizar el sistema y se almacenan en memoria. Si solo se han almacenado datos de objeto de referencia en bruto, cada transformada Fourier de la referencia requiere haber sido calculada en tiempo real. Esto hubiera provocado un cuello de botella en el sistema. La memoria de referencia puede ser programable bajo el control del usuario (posiblemente para cambiar los patrones de referencia que se retienen en memoria activa, "viva") . A fin de reconocer y/o ubicar una imagen de referencia en la imagen de escena capturada, el patrón de referencia debe compararse con el patrón de escena capturada. Digamos para 400 patrones de referencia comparados con cada patrón de escena capturado, el proceso de combinar estos patrones debe realizarse a una velocidad de 400 combinaciones en un veinticincoavo de segundo si el sistema habrá de operar en tiempo real a velocidades de captura de video.

La imagen de escena capturada se procesa para producir los datos de solo fase binaria en el patrón de escena. Esto representa un patrón de transformada Fourier de complejidad reducida para la imagen. Ya que el patrón de referencia también está en la forma de datos de solo base binaria, los dos patrones pueden combinarse utilizando circuitos lógicos simples rápidos, tales como una compuerta no exclusiva (OR) . El patrón de imagen y patrón de referencia combinados forman un patrón combinado que se exhibe en un modulador de luz espacial (SLM) 15 dirigido por un controlador 15a. El SLM 15 empleado en el prototipo de laboratorio comprende un modulador de luz espacial de plano de bits rápido (FBPSLM = Fast Plañe Spacial Light Modulator) que se ha desarrollado como parte de una colaboración conjunta entre el solicitante y la Cambridge University, de Inglaterra . El dispositivo se proporciona con su propio tablero de control 15a que incluye la memoria para almacenamiento de los juegos de datos de objeto de referencia. Pueden almacenarse varios cientos de patrones de referencia como información de solo-fase-binaria . Estos pueden agruparse en conjunto en listas. Por ejemplo, los patrones de referencia pueden corresponder a diferentes marcas de autos. Una lista puede comprender un patrón de referencia para cada marca. Los otros pueden comprender todos lo patrones de referencia para una marca individual . La computadora personal controla 12 (por una linea de comunicación) esta lista de patrones de referencia se va a accesar para formar un patrón combinado particular. Se prefiere que un juego de patrones combinados se formen al desplazar secuencialmente a través de todas las listas relevantes de patrones en turno. Sin embargo, puede emplearse información previa para reducir la búsqueda o modificar el orden de la búsqueda a una lista específica, es decir, si solo se desea identificar una marca de auto. Por supuesto, se apreciará que si el sistema busca la lista A y encuentra una correspondencia para el patrón X, medios de control luego pueden emplear el hecho de que el patrón X que correspondía para controlar la selección de la siguiente lista a buscar (por ejemplo la lista B en lugar de la lista C, que se hubiera buscado si el patrón Y hubiera correspondido) . Como se mencionó, la multiplicación del patrón de escena con un patrón de referencia se realiza utilizando una compuerta no exclusiva (XOR) , ya que solo está presente información binaria. Este es un proceso muy rápido y logra perfecto alineamiento del patrón debido a su naturaleza digital .

Un FBPSLM actualmente disponible, tiene una resolución limitada y solo puede exhibir 320 x 240 pixeles que pueden ser utilizados. En este caso, los patrones FFP se calculan como patrones de 512 x 512 pixeles y los datos fuera de los 320x240 pixeles centrales del patrón, se descartan. Esto actúa como una operación de filtrado espacial de paso bajo. Sin embargo, se prevé que más grandes SLM pueden emplearse y uno actualmente está bajo desarrollo. Este principio a presentar a SLM menos datos que los capturados aplica a otros rangos de tamaños. Los patrones combinados actuales (máscaras) exhibidas por el FBPSLM, que corresponden cuando menos a partes del patrón combinado, se utilizan para modular un haz de luz. Como se ilustra en la Figura 3, el haz de luz se genera por un láser 16 antes de pasar a través de un expansor de haz y un polarizador lineal 17. El haz coherente polarizado expandido se destella sobre el FBPSLM 15 que trabaja en un modo de reflexión. La luz reflejada del FBPSLM define un haz modulado codificado por el patrón que se exhibe por el FBPSLM. El FBPSLM es capaz de exhibir alrededor de 10,000 patrones (máscaras) por segundo . El FBPSLM modula la fase del haz de luz . Cada pixel en el FBPSLM imparte ya sea cero o la mitad de una longitud de onda de retardo sobre la forma de onda incidente (pixel por pixel) . Solo la fase relativa es importante. El estado de cada pixel depende del valor binario de la muestra correspondiente del segundo juego de datos intermedio. El FBPSLM de esta manera aplica un patrón de modulación de fase binaria al haz . El haz reflejado se somete a transformada Fourier ópticamente por un lente 18. El paso de la luz a través del lente transforma el patrón modulado, a fin de producir en el plano focal posterior del lente el patrón de correlación requerido, que puede detectarse por un conjunto CCD 19 ubicado en el plano focal. Si cualesquiera dos patrones (derivados de la referencia y escena) corresponden, entonces el patrón de correlación producido a partir del patrón de referencia y el patrón de escena y el lente, consiste de dos picos marcadamente enfocados desplazados simétricamente respecto al origen. Esto se ilustra en la Figura 5 para el caso especialmente simple de una rejilla de fase inversa. Además, se forma un gran pico en el origen que esencialmente se debe a regiones inter pixeles del SLM. La presencia de los dos picos es un efecto secundario de la binarización de la fase de los datos de transformada Fourier. A partir de los dos picos, es fácil determinar si una imagen de referencia particular o no está presente en una escena. Si un pico está presente cuando se correlaciona un patrón de referencia con un patrón de escena, puede considerarse que la referencia está presente en la escena. Si no se forman picos de correlación, puede considerarse que la imagen de referencia no está presente. La decisión puede hacerse mediante un circuito umbral. El patrón de correlación también permite que la ubicación de la imagen de referencia en la escena sea determinada con cierta ambigüedad. En general, la ubicación de los picos en el plano (x, y) del patrón de correlación, se relaciona a la posición de la imagen de referencia en la escena. Es posible utilizar esto para guiar un objeto hacia el objeto localizado. Por ejemplo, una broca de taladro puede guiarse hacia un área identificada en donde se requiere un orificio. Puede disponerse que conforme los primeros medios ópticos a electrónicos se dirigen hacia el objeto de referencia en la escena los dos picos converjan en uno . La cámara de salida colocado en el plano focal del lente produce una señal de salida que a su vez puede analizarse para detectar la presencia y/o ubicación de un objeto de referencia en la escena. En un caso simple, la salida de la cámara se integra con el tiempo, por ejemplo a fin de cubrir un número de escalas y/u orientaciones de objeto de referencia, para reducir la velocidad de cuadros de lectura requeridos de la cámara a partir del valor ideal actual digamos de 10 kHz. En forma alterna, puede producirse una señal a partir del patrón registrado por la cámara que puede procesarse digitalmente para identificar picos de correlación. Por ejemplo, la imagen de escena capturada que representa la escena puede exhibirse en una pantalla y puede superponerse un marcador, para indicar la ubicación de un objeto de referencia en la escena. Este marcador puede por ejemplo ser una cruceta. Esto por ejemplo puede ser útil cuando se utiliza en la invención en combinación con un láser médico adaptado para quemar ciertas partes de tejido y otras no, si está apropiadamente alineado y energizado . Se apreciará que los primeros medios de conversión óptica a electrónica (la cámara de alimentación) pueden capturar un cuadro de imagen a la velocidad de 25 cuadros por segundos. Con un juego de 400 patrones de referencia, se exhibirán 10,000 patrones en el SLM cada segundo. Esto, a su vez significa que la cámara de salida requiere idealmente tener una velocidad de salida de 10,000 cuadros por segundo, pero esto no es esencial (por ejemplo la señal de salida puede ser integrada) .

Habiendo descrito el esquema de reconocimiento de patrón básico, a continuación se describirán diversas características ventajosas, muchas de las cuales son opcionales. Pueden comprender invenciones por su propio derecho, no necesariamente restringidas al campo de reconocimiento de patrón. Transformadas de solo- fase-binaria. Como se describió, la esencia de la invención es la combinación de transformadas digitales y ópticas en un esquema de reconocimiento de patrón. La transformación preferida para utilizar en los datos digitales son datos de solo-fase-binaria de un bit derivado de la transformada Fourier. El uso de datos de solo fase binaria es eminentemente adecuado para utilizar con moduladores binarios rápidos tales como SLM de cristal líquido ferroeléctricos, incluyendo FBPSLM. Datos de transformada a nivel múltiples bits pueden utilizarse como una alternativa, aunque para beneficio máximo se requeriría un modulador espacial con base en varios niveles de modulación. No estamos al tanto de ningún dispositivo comercial disponible de este tipo en la actualidad. El beneficio clave de utilizar información de transformada Fourier de solo-fase (rechazando información de amplitud) es que mejora la detección de referencias en escenarios "con interferencia" con un espectro espacial no-blanco. La razón principal para utilizar información de solo-fase binarizada para este primer juego de datos intermedio y juegos de datos de referencia es su compatibilidad inherente con SLM de cristal líquido con respuestas binarias, y las velocidades más rápidas a las cuales datos binarios pueden multiplicarse utilizando digamos una compuerta no exclusiva (XOR) . En general, el uso de información de fase binaria resulta en una degradación de desempeño debido a lo burdo de la cuantificación de los datos de fase. Además, datos binarios resultan en dos picos de correlación formados en el plano de salida del lente de transformación Fourier como se muestra de manera ilustrativa en la Figura 5. La producción de los dos picos se discute en la literatura previa. Por supuesto, esto es también cierto de todo el campo de salida, no solo los picos de correlación. En general, este comportamiento es indeseable debido a que lleva a ambigüedad para localizar un objetivo identificado. Sin embargo, este propio fenómeno puede ser explotado en identificación y seguimiento de objetos de referencia. Puede mostrarse que la ubicación de los picos de correlación en el plano de salida (respecto al centro) es una medida de los desplazamientos relativos del objeto de referencia en la imagen utilizada para generar el juego de datos de referencia y el ítem a identificar en la escena capturada. Por ejemplo si el objeto y la referencia están desplazados igualmente desde los orígenes de sus escenas respectivas, no hay desplazamiento relativo y en el origen ocurren un solo pico de salida. Se ha establecido que para el aparato de reconocimiento de patrón mostrado en las Figuras 2 y 3 opera correctamente, la referencia puede localizarse en forma arbritaria. En el caso de seguimiento de objetos, esto proporciona un grado valioso de libertad. Ya que a menudo se requiere dar seguimiento a un punto en un objeto que se busca en movimiento presente en la escena, es conveniente hacer este punto el centro de la imagen de referencia (utilizada para crear el patrón de referencia) por cada escala/orientación del objeto de referencia buscado. En este caso, cuando el punto en el objeto de referencia está en el centro del plano de alimentación, el pico de correlación de salida está al centro del plano de salida. De esta manera, en el proceso de seguimiento, el objetivo es mantener el pico de correlación al centro del plano de salida cuando la región deseada del objeto de escena siempre se alinea centralmente con un dispositivo de seguimiento (por ejemplo una cámara o taladro) . En el caso del sistema de reconocimiento de patrón de la presente invención que emplea SLM de fase binaria, esto tiene la ventaja agregada que en esta circunstancias el pico de salida tiene completa intensidad, los dos picos simétricos discutidos anteriormente se funden en un pico central intenso o fuerte. Este hecho puede utilizarse como un auxiliar para referencia de identificación y seguimiento de objetos de referencia y explota el hecho de que el pico de salida no se divide cuando la ubicación del objeto de referencia de la escena corresponde con la referencia perfectamente. Por supuesto, es implícito en esta declaración el hecho de que el objeto de referencia se identifica en el procesador. Un ejemplo de dar seguimiento a un objeto puede ser mover una cámara para seguir la placa en un automóvil en movimiento y luego tomar una fotografía de esa placa. Otro ejemplo podría ser mantener alineado un láser o taladro en una pieza de trabajo en movimiento antes de crear un orificio en la pieza de trabajo. Hay otra consecuencia interesante del uso de filtros de solo fase cuando la escena se domina por el objeto y corresponde en forma perfecta al objeto de referencia, de manera tal que hay una relación de conjugada fase perfecta entre las transformadas Fourier (de solo fase binarizada) del objeto y referencia; - en estas circunstancias, el campo que sale del SLM es una onda plana de amplitud uniforme (considerando la iluminación de alimentación es uniforme) de manera tal que la salida teóricamente es una función Airy, independientemente del objeto/referencia. Esto puede ser útil, ya que tiene niveles de lóbulo lateral muy bajos, en contraste con ACF de un objeto/referencia general y una intensidad fija. Si el láser de iluminación tiene un perfil de intensidad gaussiana, la salida se alisa más. Este perfil gaussiano puede reducir la sensibilidad del sistema a una correspondencia precisa entre objeto y referencia. Ya que es equivalente al uso de un filtro que reduce el contenido de alta-frecuencia-espacial de la salida. Por lo tanto puede ser conveniente el proporcionar un filtro espacial, especialmente en combinación con un sistema binarizado. Filtros de compresión de impulso (chirp) Reconociendo que en ciertas circunstancias la presencia de los dos picos de correlación en el plano de salida del lente de transformación Fourier es desventajoso, se propone el incluir compresión de impulso (término de fase no lineal) en el diseño del juego de datos de transformada Fourier de solo fase binaria de referencia (patrones de referencia) . Una compresión de impulso se relaciona cercanamente con un lente de placa de zona. Se ha mostrado teóricamente y en experimentos que esto tiene el efecto de enfocar los dos picos de correlación en planos diferentes sobre el eje óptico. También se ha mostrado que el pico DC en el origen se desplaza en un plano diferente por igual. Al colocar la cámara de salida en uno de estos planos, solo un pico estará en foco. Esto permite que el componente DC indeseado y un pico se reduzcan en magnitud en la cámara de salida. La luz que corresponde a los picos indeseados se dispersa a través del plano de salida. Esto se muestra en la Figura 6. El patrón de fase de compresión de impulso es en una modalidad calculado y agregado al patrón de fase de referencia antes de que se binarice el patrón de referencia resultante. El espectro combinado resultante de los patrones de referencia y alimentación luego se exhibe en el FBPSLM y se somete a transformación Fourier por un lente. Puede mostrarse que debido a compresión de impulso, los dos picos de correlación producidos se enfocan en planos a ambos lados del plano focal del lente en la dirección z a las distancias z' y z". También puede mostrarse que las posiciones de los picos de correlación en el plano x-y se ajustan en escala dependiendo del tamaño de compresión de impulso empleado. Las Figuras 7 y 8 muestran resultados experimentalmente registrados de las señales de correlación que se producen por los patrones de referencia con y sin compresión de impulso, respectivamente. La Figura 7 se registra con la cámara colocada en el plano focal del lente cuando no se aplica compresión de impulso. La Figura 8 se registra cuando una compresión de impulso se aplica: la cámara se desplaza en la dirección z hasta que un pico de correlación está en foco en el plano z ' . La Figura 8 demuestra exitosamente que el segundo pico de correlación y el componente DC están desenfocados. Se ha mostrado experimentalmente que si la compresión de impulso se calcula como un patrón binario y luego se agrega a un patrón binario, entonces ambos picos producidos se enfocan en el mismo plano x-y. Esto es por lo tanto no necesariamente conveniente para un patrón binario debido a que ambos picos estarán en foco (aunque un efecto benéfico es el desenfocado del tipo en el origen) . Se concibe que puede ser posible el diseñar la compresión de impulso como una estructura externa al SLM, que ya está fijo o es variable. Los experimentos han mostrado que para un reconocimiento de patrón, la compresión de impulso deberá en forma ideal, ser agregada antes de que el patrón se binarice y pueda agregarse a ambos patrones o solo a uno de los patrones. Es probablemente más conveniente el pre-calcular el patrón y agregarlo al patrón de referencia. Por lo tanto es posible el componer un conjunto de patrones con diferente compresión de impulsos, de manera tal que la compresión de impulso pueda seleccionarse en forma aleatoria de una lista en tiempo real o secuencialmente para producir un foco de exploración en la dirección z. La combinación con compresión de impulso lineal permite que el foco se varíe en tres dimensiones en tiempo real . Por ejemplo, el diseño actual del FBPSLM permite que se cambie el patrón de compresión de impulso aproximadamente 10,000 veces por segundo. Pueden incluir aplicaciones el acceso de memoria de discos ópticos y memoria holográfica sin el requerimiento por partes mecánicamente móviles. En algunas aplicaciones, puede requerirse compresión de impulso variable, por ejemplo análisis de tiempo/frecuencia en transformada igner o función de Ambigüedad, en donde compresión de impulso desconocido puede estar presente en la señal de alimentación. El propósito de aplicar compresiones de impulso adicionales es encontrar aquello que niega la compresión de impulso desconocido a fin de recuperar una señal deseada. La compresión de impulso también puede utilizarse por un SLM con más de dos niveles de modulación (es decir no binario) . Esto tendrá la ventaja de que múltiples niveles de modulación producen solo un pico de correlación y el rendimiento óptico por lo tanto es más eficiente. Aunque la ambigüedad de la ubicación del objeto buscado se retira al tener solo la presencia de un pico DC. Por lo tanto, es aún benéfico el utilizar compresión de impulso para desenfocar el pico DC. Esta propiedad no se ha discutido en la literatura hasta nuestro conocimiento. También habrá de notarse que la compresión de impulso tiene una descripción matemática semejante a un lente y se ha mostrado experimentalmente que no es necesario utilizar un lente en conjunto con compresión de impulso. Esto simplifica el diseño del sistema óptico. En la práctica, una función de compresión de impulso debe ser multiplicada simplemente con un patrón FFT. Puede ser pre-calculada o incluso accesada desde una tabla de "búsqueda" . En forma alterna, la compresión de impulso puede aplicarse a la señal por convolución. El modulador de luz espacial A fin de implementar el esquema de reconocimiento de patrón es esencial el proporcionar un modulador de luz espacial que es capaz de exhibir el patrón combinado como una máscara espacial codificada en fase. Un SLM binario conveniente se conoce como el modulador de luz espacial de fase de bits rápido (FBPSLM) . Otros SLM (incluyendo otros dispositivos de plano posterior de silicio) pueden ser utilizados. El FBPSLM comprende un conjunto de 320 x 240 pixeles con un factor de llenado de 65%. Esto permite una velocidad máxima de cuadros de 22.7 kHz, que es suficiente para la exhibición en exceso de 10,000 patrones por segundo. Los pixeles son del tipo DRAM. En el FBPSLM, como en la mayoría de los SLM, se aplica un campo eléctrico a través de cada pixel. Para un SLM binario, cada pixel tendrá dos estados de modulación.

Para modulación de fase, corresponderán a retardos diferentes . A fin de evitar disociación del material del pixel bajo una corriente eléctrica neta, los voltajes aplicados idealmente deberán variarse (por ejemplo alternarse) en polaridad, de manera tal que los voltajes netos que se ven por el material de pixel con el tiempo son substancialmente cero DC-compensado . En la técnica previa, un estado de compensación DC se ha logrado al exhibir un patrón y luego exhibir el patrón inverso con ambos patrones mostrados para el mismo tramo de tiempo, es decir exhibir una imagen inversa después de cada imagen de correlación/convolución se ha mostrado. Esto sin embargo resulta en la mitad del tiempo de exhibición para el SLM es redundante. En un reconocimiento de patrón, cuando es importante la velocidad, este tiempo redundante puede imponer un límite en el número total de correlaciones de referencia que pueden realizarse en un tiempo determinado.

A fin de reducir la cantidad de tiempo redundante en el SLM (tanto en el esquema de reconocimiento de patrón mostrado en las Figuras 2 y 3 como en cualquier otro sistema que incorpora un SLM) , se propone el general una lista de patrones a exhibir en el SLM. Los voltajes aplicados a través de cada pixel con el tiempo cuando se exhibe la lista luego pueden ser sumados. Un solo patrón luego puede calcularse del valor de suma y un solo patrón requerido hace que produzca una compensación o equilibrio DC puede exhibirse en el SLM. Los patrones en la lista pueden ser exhibidos de manera tal que alguno que tenga un voltaje negativo y alguno que tenga un voltaje positivo se aproximen a un voltaje neto cero. Pueden exhibirse como alternos patrones de voltaje positivos o negativos. En el sistema de reconocimiento de patrón, el voltaje aplicado a un pixel digamos por 2, 3 o 4 o más patrones, puede sumarse. Se prevé que una lista de patrones probablemente tendrá cientos de patrones combinados (patrón de escena y patrón de referencia combinados) . Se prevé que una lista comprenderá todos los patrones combinados generados por un juego de patrones de referencia para un artículo particular a identificar- es decir la lista puede exhibirse en el SLM y luego después de exhibir todos los patrones combinados de correlación para un articulo predeterminado particular, el material/pixeles SLM se derivan por un voltaje de derivación para compensar el efecto neto de los voltajes aplicados por la lista. Un voltaje de compensación luego puede calcularse y utilizarse para controlar el pixel. El patrón de compensación solo requiere ser aplicado una vez por cada suma, pero puede ser de larga duración y diferente por cada pixel- algunos pueden requerir ser volteados, es decir de negativo a negativo o positivo, en este periodo. Esto se muestra en la Figura 19 de los dibujos acompañantes incorporado en un sistema de reconocimiento de patrón óptico en donde un patrón combinado se va a exhibir en el SLM. El SLM inteligente puede tener umbrales superior y/o inferior para intensidad de luz y alterar su interacción con luz incidente dependiente de la intensidad de la luz incidente. El valor de estos umbrales de preferencia puede cambiarse por un usuario independientemente, por ejemplo al utilizar un SLM inteligente programable. Se prevé que la función de formación de umbral de un SLM inteligente puede realizarse digitalmente y solo señales de un pixel que estaban sobre un valor predeterminado (posiblemente controlado en forma variable) se pasarán por el pixel . Técnica de reconocimiento de patrón alterna En la modalidad de las Figuras 2 y 3, el patrón de correlación se enfoca sobre una cámara CCD. Cuando grandes cantidades de correlaciones de imagen/referencia se hacen por cada imagen de captura, se impone esfuerzo considerable en la velocidad de la cámara de salida. Por ejemplo, si se correlacionan 400 referencias por imagen de captura, y la cámara de captura se opera a una velocidad de video digamos de 25 cuadros por segundo, entonces la cámara de salida debe procesar 10,000 patrones por segundo. Se prevé que la cámara de salida por lo tanto puede imponer límites en el número máximo de correlaciones de referencia que pueden efectuarse. En algunas circunstancias, por ejemplo si la cámara de alimentación se desplaza rápidamente del plano sobre un "objetivo" es substancialmente central en el campo de vista de la cámara y el pico de correlación se restringe para estar cerca del centro del campo de salida como se discutió previamente. Por lo tanto, una cámara de salida de tamaño modesto (por ejemplo 48 x 48 pixeles) y alta velocidad de cuadros, varios kHz, puede ser utilizada. A fin de retirar este cuello de botella potencial, se ha desarrollado un esquema óptico alterno como se ilustra en las Figuras 9 (a) a (c) . Como se ilustra en las Figuras 9 (a) a (c) , la fuente de luz láser se ha reemplazado por un conjunto VCSEL 100. La cámara CCD se ha reemplazado por un conjunto detector de salida lineal 101. El conjunto VCSEL comprende un conjunto lineal de diodos láser, el centro del conjunto coincide con un eje que pasa a través del centro SLM 102 y lentes de enfoque 104 y 105 (se proporcionaron) . El conjunto detector lineal también se centra respecto a este eje, pero es ortogonal al conjunto VCSEL, como se ilustra en la Figura 16. A fin de apreciar la funcionalidad del sistema mostrado en la Figura 9, considere que se generan 100 patrones en el SLM por segundo. La imagen enfocada en una cámara CCD (como en la Figura 2) típicamente comprenderá 512 hileras de 512 pixeles. En una cámara modificada, cada hilera de pixeles puede leerse en paralelo, todas las 512 hileras se leen en un centesimo de segundo. Esta en si puede ser una modificación útil a una cámara CCD, ya que todas las 512 hileras pueden leerse en paralelo. Cada salida puede pasarse a través de un circuito umbral para detectar el o los picos de correlación correspondientes a la presencia del objeto de referencia en la escena. El sistema mostrado en la Figura 9 resuelve el problema en una forma diferente al "mover" la fuente de luz, de manera tal que el patrón de salida bidimensional se escalona a través de un conjunto lineal.

Para lograr resultados idénticos a un conjunto CCD de 512 x 512 pixeles, el VCSEL puede comprender 512 diodos láser, y el conjunto lineal puede comprender 512 detectores. Al conmutar un diodo láser a la vez, y ciclar a través de todos los 512 diodos dentro del tiempo que se exhibe un solo patrón en el SLM, todo el patrón bidimensional puede explorarse a través del conjunto lineal . En la práctica, puede no ser conveniente o factible implementar este esquema al escalonar todas (digamos) las 512 hileras sobre un conjunto detector lineal sencillo. Una solución posible a esta dificultad es utilizar un número relativamente pequeño n de estos conjuntos lineales, como se ilustra esquemáticamente en la Figura 9 (c) . En este caso, el número de VCSELs requerido es de 512/n. En el ejemplo ilustrado en la Figura 9 (d) la separación de los conjuntos detectores de salida, H es la misma que la extensión reducida del conjunto VCSEL si los lentes son idénticos "n" puede ser 1, 2, 3, 4 o más. En un refinamiento mostrado en la Figura 17, se proporciona una cantidad de hileras de detectores. Cada hilera se lee en direcciones alternas, es decir primera hilera a la izquierda, segunda a la derecha, tercera a la izquierda, etc.

Se considera que el concepto de conjunto VCSEL no funcionará con un esquema Vander Lugt real. Sin embargo, no es difícil para la persona con destreza en la especialidad el establecer que montajes ópticos funcionarán con la idea de detector lineal explorado - el descrito funciona . Modulador "inteligente" El uso de estos no se restringe a correlacionadores . Una solución posible a los problemas de lectura de alta velocidad de patrones de correlación se ha descrito como una alternativa a una cámara CCD. Sin embargo, para muchas aplicaciones, el uso de una cámara CCD puede ser la mejor solución. Por ejemplo, cuando la escala/orientación exacta de una referencia en una escena no es importante, la salida del CCD simplemente puede integrarse sobre el tiempo para detectar picos de correlación. Desafortunadamente, a muy altas velocidades, la acumulación de lóbulos laterales y señales de interferencia de fondo pueden saturar los picos de correlación. A fin de resolver este problema, el solicitante ha desarrollado un modulador de luz espacial "inteligente" que puede adaptarse para actuar como un filtro no lineal, que en un modo puede disponerse para pasar solo fuertes picos ópticos que, por ejemplo corresponden a un pico de correlación. Ya que esto retiraría la interferencia de fondo de bajo nivel, la interrogación de la señal de salida integrada de un TSD se vuelve una proposición atractiva. Esto es especialmente cierto si todas las referencias se centran en un punto común, ya que el pico de salida luego corresponde a aquel punto independientemente de la escala u orientación de la referencia. Un problema diferente que también puede resolverse por un SLM "inteligente", se ilustra en la Figura 10. Una escena distante 200 se observa por el espectador a través de un lente L 201, que forma una imagen intermedia en el plano Pl de la Figura 1. Un punto brillante Bl provoca un punto brillante B2, en este plano de imagen intermedio, y provoca un punto brillante B3 en la retina 103 del espectador. El punto brillante B3 puede deslumbrar al espectador o dañar la retina o provocar agrandamiento del punto explorador en una cámara (o sobre exposición en una cámara convencional con una película) . El SLM "inteligente" propuesto, limitará la intensidad del punto brillante B3. Un SLM "inteligente" simple se ilustra en la Figura 11. Comprende un substrato bidimensional rectangular 300 que transporta un conjunto de elementos idénticos, todos energizados por una fuente común (es decir batería) a través de una estructura de electrodo conductor que se proporciona en el substrato. La estructura de electrodo puede ser metálica o formada a partir de un conductor ópticamente transparente tal como óxido de indio estaño (ITO = Indium Thin Oxide) . En el SLM mostrado en la Figura 11, el detector 301, un amplificador asociado (no mostrado) , un comparador (no mostrado) y un transistor (tampoco mostrado- y en algunas modalidades no presentes) ocupan un área pequeña separada de una área transmisora más grande de pixel de cristal líquido 302. Por esta construcción, cuando el cristal líquido se conecta a un potencial eléctrico por el transistor, la mayor parte de la luz pasa a través del pixel SLM. Si se aplica un voltaje, el cristal cambia para atenuar la luz. (En esta versión, el SLM se configura como un dispositivo de amplitud, no un dispositivo de fase, y no requiere ser cristal líquido) . También es posible el hacer que este dispositivo opere directamente desde el detector que está en serie con un resistor R. El voltaje a través de R es V = iR, i = corriente que es proporcional a la densidad óptica. Este voltaje se aplica a través del modulador, por ejemplo cristal líquido. El SLM de la Figura 11 funciona como sigue: luz incidente sobre el detector 301 genera una pequeña fotocorriente . Esta se aumenta por el amplificador y se suministra a la alimentación de un comparador. La otra alimentación del comparador se conecta a un voltaje de referencia. Cuando suficiente luz es incidente sobre el detector para producir una alimentación al comparador mayor que la referencia, la salida del comparador saltará, a su vez operando el transistor para conmutar el pixel de cristal líquido asociado 302. De esta manera, se apreciará fácilmente que al elegir un voltaje de referencia apropiado dependiente de la sensibilidad de detector y ganancia de amplificador, puede hacerse que el pixel conmute a una intensidad de luz incidente predeterminada. El SLM simple mostrado en la Figura 11, bloqueará toda la luz sobre una cierta intensidad umbral (de hecho es difícil bloquear la luz completamente y se atenuará severamente en un grado determinado- es decir el pixel es cualquiera de "claro" u "obscuro" . A fin de limitar la intensidad de luz en vez de la luz de corte si excede el umbral, el modulador alterno ilustrado en la Figura 12 se ha diseñado. En esta disposición, el elemento de detección se localiza tras de su pixel asociado en vez de a un lado. En este caso, un punto brillante no se extinguirá completamente, sino que se limitará a un nivel umbral que es autoconsistente . Esta disposición se preferirá para protección para los ojos por ejemplo o para utilizar con una cámara.

Un SLM inteligente alterno se ilustra en la Figura 21. En esta disposición, un detector 301 controla un conjunto de cuatro pixeles adyacentes de medio de modulación 302. Para ser conveniente para uso en el esquema de reconocimiento de patrón como un dispositivo para retirar señales espurias de fondo, las conexiones al comparador pueden invertirse (o la operación del transistor puede invertirse) o alguna otra modificación efectuarse, de manera tal que el pixel bloquea la luz hasta que la luz en el detector excede el nivel umbral . Esto puede permitir que sea factible la integración de las señales en umbral, ya que solo se pasan fuertes picos de correlación a la cámara de salida. En un caso más general, la salida del detector puede conectarse a cualquier circuito lógico para controlar la operación de cada pixel. Un detector y circuito asociado pueden asociarse con más de un pixel. Por ejemplo, la detección puede proporcionarse al centro de un conjunto 2 x 2 de pixeles en el SLM. Se prevé que un modulador de luz espacial "inteligente" puede incorporarse en un sistema de correlación en una cantidad de formas. Primero, se prevé que un SLM inteligente adaptado para atenuar porciones de alta intensidad de la escena de imagen puede proporcionarse frente a (o en un plano de imagen intermedio frente a) una cámara de alimentación adaptada para capturar la imagen de escena. Esto por ejemplo puede evitar que el sol o luz brillante provoque que la cámara agrande el punto explorador o que las películas sea sobre expuesta. La luz de sol puede bloquearse completamente, o justo más preferiblemente atenuarse a una intensidad menor. El filtro SLM inteligente puede construirse en la cámara o construirse en una unidad de lente, o ser una unidad de filtro de adición que se agrega a la cámara o asociarse en alguna forma. Un SLM "inteligente" semejante también puede incorporarse en el correlacionador óptico después de que el SLM se emplea para exhibir los patrones combinados o patrones combinados de compresión de impulso pero antes de una cámara de salida. En este caso, si la señal combinada incluye compresión de impulso para desenfocar uno de los picos de correlación en un sistema binario, puede localizarse una cámara en el plano más alejado del SLM que contiene el pico de correlación. Un SLM inteligente luego puede ubicarse en un plano intermedio que contendrá el otro pico de correlación. El SLM inteligente puede atenuar los picos indeseados en este plano para mejorar la discriminación. Un montaje semejante puede emplearse para retirar el pico DC al colocar un SLM inteligente en el plano que contiene el pico DC. Estas ideas pueden ser una invención independiente. El dispositivo puede tener un filtro para alteración-discriminación programable. Un SLM inteligente alterno que retira (o al menos atenúa) la luz por debajo de una intensidad umbral mientras que pasa (o refleja si es un dispositivo reflejante) luz con intensidad sobre el umbral puede colocarse frente a la cámara de salida. Puede formar parte de la propia cámara de salida. Esto se adaptará para retirar interferencia de fondo. En este caso, la salida de la cámara de salida puede integrarse sobre una cantidad de patrones combinados. Si un voltaje de salida sobre un nivel predeterminado se produce, puede considerarse que la referencia del juego de patrones de referencia empleados para generar los patrones combinados estaba presente. De ser necesario, luego sería posible pasar a través del juego de referencias identificado de nuevo, sin integrar una cantidad de patrones para identificar cual de los patrones del juego de patrones de referencia se iguala con la imagen de la escena, posiblemente también centrando los patrones en cualquier exhibición que puede emplearse (si se emplea exhibición) . Sin embargo, puede solo ser necesario el saber que hay una referencia, no su escala y orientación, en cuyo caso no será necesaria segunda operación de comparación con las referencias.

En un sistema, los patrones de referencia se dividen en listas de patrones. Las listas pueden consistir de una lista maestra y sub-listas. La lista maestra puede contener al menos una referencia representativa de cada sub-lista. Por ejemplo, cada sub-lista puede comprender listas diferentes de un vehículo o automóvil particular, con la lista maestra que comprende una vista de cada tipo de vehículo. Una vez que se identifica una correlación utilizando una lista maestra digamos un automóvil está presente (o de algún tipo) las sub-listas pueden utilizarse a su vez para identificar más claramente la vista específica del automóvil . Esto puede mostrar ser más eficiente en tiempo para identificar la presencia de una referencia que opera a través de todos los patrones de referencia. Para identificar exactamente que referencia produce el pico de correlación, los patrones combinados pueden exhibirse en el SLM a su vez y la presencia de un pico de correlación monitorearse cuidadosamente. Esto se ilustra diagramáticamente en la Figura 19. Los patrones de referencia pueden ser funciones de discriminación sintética, tanto en esta última idea como en discusiones previas. Un método de operación alterno del sistema de reconocimiento de patrón aquí descrito, también se ha desarrollado. Esto es particularmente útil cuando el objeto que se busca requiere ser identificado, es decir distinguido de objetos muy semejantes. Se proporciona una fuente de luz que se adapta para iluminar la escena con una serie de ráfagas de luz de corta duración. Por supuesto, pueden emplearse longitudes de onda diferentes a las ópticas, siempre que la cámara de captura sea compatible (o sin duda otros mecanismos de propagación para transferencia de señal diferentes a e.m.) . Este método se ilustra en la Figura 18 para una escena típica. En una primer etapa, se emite un corto pulso de radiación. El pulso puede ser en el orden de un nano-segundo, dando una extensión espacial digamos de 30 centímetros para un pulso de longitud de onda visible. El campo óptico reflejado luego se pasa a través de un intensificador de imagen pulsada y registra en una cámara. La imagen capturada registrada por la cámara luego se procesa para formar un primer patrón de escena como se ilustra en la modalidad de las Figuras 2 y 3 y compara con una o más referencias. Esto luego se repite para un segundo pulso que puede ser detectado permitiendo el tiempo transcurrido que es mayor que aquel en el cual se registró la primer imagen capturada. Una versión alterna es enviar un primer pulso y medir el tiempo de retorno para obtener el rango- luego se actúa en un modo de localización de rango. Todo es posible al realizar una serie de rangos alrededor de este promedio. Al variar el tiempo de retardo entre transmisión de pulso y captura de la señal regresada, puede construirse una forma de imagen tridimensional del escenario. Cada "capa" de la imagen puede correlacionarse con una o más imágenes de referencia. Esto también permite que un objeto en la escena que de otra forma sería obscurecido o bloqueado por interferencia de fondo, sea identificado. Se domina la resolución espacial, en la práctica por la longitud de impulso emitido como la longitud o duración del tiempo para la cual opera el intensificador . Como se ilustra en la Figura 18, reflejos indeseadas de automóviles estacionados y arbustos pueden ser eliminados. Esta es una ventaja diferente además de la posibilidad de formación de imagen tridimensionada . Adicionales refinamientos Otra característica ventajosa del nuevo aparato para reconocimiento de patrón óptico/digital híbrido es que es posible "formar mosaicos" o "azulejear" más de un patrón de máscaras sobre el SLM, para producir varios patrones de correlación en el plano de salida del lente de enfoque. Esto es posible debido a que no es necesario el tener la frecuencia DC del patrón en el eje óptico (como en una clásica correlación Vander Lugt) .

En un correlacionador óptico clásico, como se ilustra en la Figura 1, está presente un eje óptico definido. Cuando la escena de imagen es transformada Fourier por el primer lente, las frecuencias espaciales todas se centran en el eje. El patrón de referencia que debe colocarse en el plano de transformada Fourier, debe alinearse similarmente en este eje. Utilizando técnicas de transformada Fourier digital para procesar la primer etapa de los datos, las frecuencias espaciales no tienen orden definido. Esto permite que el SLM exhiba, digamos cuatro o más patrones simultáneamente. Por ejemplo, estos pueden ser azulejeados o formados en mosaico en cuatro cuadrantes como se ilustra en las Figuras 13 (a) a (c) . Esto tiene una cantidad de ventaja distintas. En primer lugar, las frecuencias espaciales exhibidas en el SLM, de acuerdo con la Figura 13, pueden disponerse en cualquier orden (en distinción a tener un requerimiento que las frecuencias espaciales se ordenen cuidadosamente alejadas del eje óptico - se puede mapear el mismo patrón combinado a diferentes regiones del SLM y aún operar adecuadamente) . En segundo, la velocidad de correlación puede incrementarse conforme se incrementa el número de patrones en mosaico. Cada mosaico producirá su propio patrón de correlación cuando se transforma Fourier, y uno o más detectores (tales como CCD) pueden trabajar en paralelo en los patrones . El uso de los patrones en mosaico también permitirá que un número de diferentes patrones de compresión de impulso sea aplicado a un solo patrón combinado en paralelo. Esto puede ser conveniente para separar las regiones de correlación y evitar diafonía.

Además, una imagen multi-espectral puede capturarse (digamos colore rojo, verde, azul) que puede procesarse en paralelo, cada mosaico correspondiente a un color por ejemplo . Una modificación aún adicional se ilustra en la Figura 14. En esta disposición, el aparato para reconocimiento de patrón 500 se divide en dos secciones. Una sección 501 comprende un dispositivo de alimentación óptico 502 que se conecta por un cable óptico 503 a una computadora 504 u otro dispositivo electrónico. El dispositivo de alimentación óptica recibe los datos de captura de alimentación que se transmiten sobre el cable óptico. La computadora, que en este ejemplo está energizada por batería y se proporciona en una unidad autocontenida, genera las imágenes de escena y patrones de escena y los transmite sobre una segunda fibra óptica 505 a una unidad base 506. Esta contiene el circuito de procesamiento de señal digital requerido para realizar las transformadas Fourier. También contiene un modulador de luz espacial y lente óptico (cuando se proporciona) . Una ventaja de esta disposición es que los dispositivos de alimentación óptica pueden localizarse remotos de los componentes electrónicos por hasta decenas de kilómetros. La fibra óptica es inmune a interferencia electromagnética y de esta manera puede permitir que se obtengan datos de captura de alimentación en ambientes con interferencia electromagnética. También, al separar el dispositivo de alimentación óptica relativamente económico y la computadora del costoso modulador y equipo físico de procesamiento de señal digital, se vuelven individualmente menos costosos y más pequeños. Podemos alimentar las señales de una pluralidad de dispositivos de alimentación (ópticos o no) a un correlacionador común, que puede analizarlos a su vez o simultáneamente. Se entenderá que la presente invención comprende, cuando se ve en una forma, un correlacionador híbrido digital/óptico. Muchas características ventajosas se han descrito, de las cuales muchas tienen aplicaciones bastante más amplias que el campo de reconocimiento de patrón. Por ejemplo, muchos de los aparatos y métodos descritos, mientras que se desarrollaron primordialmente como parte de un sistema de reconocimiento de patrón completo, encontrarán más amplias aplicaciones en otros campos. Puede buscarse protección para cualquier característica individual novedosa por su propio derecho. También se entenderá que la expresión "transformada Fourier" se pretende que incluya diferentes tipos de transformada incluyendo seno, coseno, Hartley, transformadas Wavelet, etc. Mientras que cada transformada tiene propiedades ligeramente diferentes, todas pueden implementarse digitalmente a fin de definir los mismos patrones, patrones de referencia y patrones combinados empleados en el aparato de reconocimiento de patrón descrito . Esta solicitud ha discutido el realizar la invención con "luz". La invención por supuesto puede realizarse con luz óptica o radiación electromagnética de cualquier longitud y formación de imagen rmn (mri) . Sin duda, aplicaciones médicas/de formación de imagen médica son un campo de gran potencial para las invenciones -controlar el alineamiento y/o movimiento de un láser médico respecto a estructuras de cuerpo conocidas, posiblemente en forma automática o remota y por ejemplo solo permitiendo que el láser médico opere cuando se ha encontrado una correspondencia de patrón correcto (si está correctamente alineado) puede ser una aplicación.

También es posible utilizar la invención en escenas transportadas por ondas no - e.m., por ejemplo con sonido o ultra sonido u otra transferencia de energía ondulatoria compresiva. De esta manera, el lector deberá interpretar "luz" para que cubra todo lo anterior y probablemente "propagador que transforma información" sería un término más amplio apropiado. Como se mencionó previamente, la "escena" no requiere representar una imagen o cosa física. Ahora siguen el apéndice 1 que es un glosario de términos y el apéndice 2, que es una lista de referencias que el lector aquí se dirige a consultar antes de considerar esta solicitud de patente. APÉNDICE 1 TÉRMINOS Y SIMPLIFICACIONES EMPLEADAS EN ESTA SOLICITUD DE PATENTE Reconocimiento de Patrón es un término empleado para describir el proceso de identificar la presencia de un objeto de referencia en una escena. La imagen de escena y objeto de referencia pueden ser cosas reales tales como automóviles (objetos) en una lista de espera (escena) , o pueden ser cantidades más abstractas tales como conjuntos de datos o incluso una sarta de datos. Por simplicidad siempre se refieren como la imagen de escena y objetos de referencia. Funciones discriminantes sintéticas, son combinaciones efectivas de datos de referencia, por ejemplo una combinación de un automóvil a los lados y de frente.

Se emplean para reducir el número de referencias necesarias para identificar la presencia de un objeto en una escena. El texto a menudo se refiere a convertidores ópticos-a-electrónicos - estos son típicamente cámaras o conjuntos detectores. El texto a menudo se refiere a convertidores electrónicos-a-ópticos - usualmente se refiere al uso de SLMs, moduladores de luz espaciales. Los SLM descritos como ejemplos en el texto, invariablemente son dispositivos pixelados, es decir comprenden conjuntos de elementos moduladores individuales. Muchos tipos de SLM existen.

Los dispositivos más comunes emplean cristales líquidos o elementos micro maquinados como medios de modulación de luz . SLM pueden operar en muchas formas, por ejemplo en transmisión o en reflexión. En el texto nos referiremos por simplicidad siempre a SLM que trabajan en transmisión. Habrá de entenderse que SLM que trabajan en reflexión también pueden utilizarse en configuraciones ligeramente modificadas, y que se pretende protección para aquellos también. Los patrones exhibidos en SLM se refieren como máscaras . En los sistemas descritos, un lente a menudo forma la transformada Fourier del patrón de máscara, la salida se verifica en el plano focal posterior del lente.

Esto forma la salida (patrón) del correlacionador. Sin embargo, a menudo nos referimos a esto como enfoque, ya que en el proceso de correlación, cuando el objeto de referencia buscado está presente en la escena, se enfoca luz para formar un pico de correlación en el plano focal de salida . Idealmente, hay una distinción entre transformadas Fourier y transformadas Fourier inversas, pero la diferencia no es de importancia práctica, y todas estas transformadas se describen como transformadas Fourier aquí. Similarmente, el término transformada Fourier se emplea para cubrir transformadas cercanamente relacionadas tales como transformadas coseno. El proceso de correlación entre objetos de referencia y la escena pueden realizarse en el dominio de frecuencia espacial. La primer etapa en este proceso es multiplicar la transformada Fourier de uno con el conjugado complejo de la transformada Fourier del otro. (La segunda etapa es tomar una transformada Fourier inversa del producto) . En el caso de datos de solo fase, en la primer etapa es lo único necesario para calcular la diferencia de las fases. En el caso de datos de solo fase binarizados esto es, se logra más fácilmente a través de una operación lógica no- exclusiva (XOR) . En el texto "combinado" habrá de entenderse en este sentido. Los patrones descritos en el texto se generan a partir de las transformadas Fourier del objeto o escena.

La ubicación de un objeto en una escena se define por las coordenadas (x, y) . Una forma de onda de compresión de impulso (chirp) es una forma de onda análoga de amplitud constante y frecuencia linealmente variante. Una aproximación óptica binaria bidimensional a esto es un lente de placa de zona con inversión de fase. Por simplicidad en el texto nos referimos a esto como un lente de placa de zona. En muchas estructuras reclamadas, se incluye un lente de placa de zona, a menudo en conjunto con un lente de vidrio convencional. A menos de que se mencione específicamente, puede considerarse que este lente de placa de zona está ausente en las descripciones de operación. En este caso, la salida del correlacionador invariablemente se toma en el plano focal posterior del lente de vidrio real. A menudo nos referimos a SLM "inteligente". Esto habrá de entenderse como un dispositivo en el que la intensidad de luz transmitida (o reflejada) se determina por la intensidad de luz incidente a través de un voltaje aplicado. Este voltaje puede aplicarse a pixeles vecinos a detectores de luz individuales. APÉNDICE 2 Referencias 1. J.W. Goodman, " Introduction to Fourier Optics" (Introducción a Ópticas Fourier), McGraw-Hill Companies Inc., Segunda Edición, pág. 9 (1996) . 2. A Vander Lugt, "Signal detection by complex spatial filtering" (detección de señal por filtrado espacial complejo), IEEE Trans. Inf . Theory IT-10 , págs-139-145 (1964) 3. J.W. Goodman, " Introduction to Fourier Optics" (Introducción a Ópticas Fourier) , McGraw-Hill Companies Inc., Segunda Edición, pág. 237 (1996). 4. A.J. Seeds, "Quantum wells and lasers : novel applications in opto-electronic systems" (Pozos cuánticos y láseres: aplicaciones novedosas en sistemas opto-electrónicos) , Fifth Opto-electronics Conference (Quinta Conferencia Opto-electrónica) (OEC'94) Technical Digest (Resumen Técnico), págs. 448-449 (1994) 5. J.L. Horner, P.D. Gianino, " Phase-only matched filtering" (Filtrado de correspondencia solo en fase) , Appl. Opt. 23. págs. 812-816 (1984) 6. D. Psaltis, E.G. Paek, S.S. Venkatesh "Optical image correlation with a binary spatial light modulator" (Correlación de Imagen Óptica con un Modulador De Luz Espacial Binario), Opt. Eng 23., págs. 698-704 (1994) 7. W. A Crossland, T.D. Wilkinson, T.M. Coker, T.C. B. Yu, M. Stanley, "The Fast Bit Plañe SLM: A new ferro-electric liquid crystal on silicon spatial light modulator designed for high yield and low cost manufacturability" (El SLM de plano de bit rápido: Un nuevo modulador de luz espacial de silicio en cristal líquido ferro-eléctrico diseñado para fabricación de alto rendimiento y bajo costo) , OSA TOPS 14. (Spatial Light Modulators) , pl02-106 (1997) 8. W. A Crossland, T.D. Wilkinson, T.M. Coker, A.B. Davey, T.C. B. Yu, "Ferroelectric liquid Crystal on silicon spatial light modulator designed for high yield and low cost fabrication: The Fast Bit Plañe SLM" (modulador de luz espacial de silicio en cristal líquido ferro-eléctrico diseñado para fabricación de alto rendimiento y bajo costo: El SLM de plano de bit rápido) , Ferroelectrics iFerroeléctricos) 213. págs. 219-223 (1988). 9. S. Vallmitjana, S. Bosch, I. Juvells, D. Ros, "New múltiple matched filter: desing and experimental realisation" (Nuevo filtro de correspondencia múltiple: realización de diseño y experimental) , Appl. Opt. 25., págs. 4473-4475 (1986) 10. M.A.A. Neil, E.G.S. Paige, "Breaking of inversión symmetry in 2 -level, binary. Fourier holograms" (Ruptura de Simetría de Inversión en hologramas Fourier de 2 niveles, binarios), Proc. Holographic Systems, Devices and Applications, Nettchatel, (1993). 11. G. Y. Yates, R.A. Gallegos, T.E. McDonald, F.J. Zutavern, W.D. Helgesen, G.M. Loubriel, "Range-gated imaging for near-field target identification" (Formación de imagen en rango de compuerta para identificación de objetivo en campo cercano), Proc. SPE 2869 , págs. 374-385 (1997) 12. J.L. de Bougrenet de a Tocnaye, E. Quemener, Y. Petillot, "Composite versus multichannel binary phase-only filtering" (Filtrado de solo fase binaria mútiples canales contra compuesto), Appl. Opt. 3_6, págs. 6646-6653 (1997) . 13. B.J. Pernick, "Phase-only and binary phase-only spatial filters for optical correlators : a survey" (Filtros espaciales de solo fase y solo fase binaria para correlacionadores ópticos), Opt. & Láser Technol . 23. págs. 273-282 (1991) 14. W. A Crossland, M.J. Birch, AB . Davey, and D.G. Vass "Ferroelectric liquid crystal/silicon VCSI backplane technology for smart spatial light modulators" (Tecnología de placa de fondo VCSI de silicio/cristal líquido ferroelectrónico para moduladores espaciales inteligentes) , Coloquio del IEE en "Two dimensional optoelectronic device arrays" (Conjuntos de Dispositivos optoelectrónicos bidimensionales) Octubre (1991) .

Claims

REIVINDICACIONES 1. Un aparato para detectar la presencia de una o más imágenes de un tipo predeterminado conocido en una escena, que comprende: medios adaptados para producir una imagen de escena que corresponde a una escena; medios de alimentación digital que comprenden: primeros medios de procesamiento electrónico adaptados para procesar al menos una parte de la imagen de escena para producir un patrón de escena que corresponde a la Transformada Fourier de al menos parte de la imagen de escena, medios de almacenamiento adaptados para almacenar uno o más patrones de referencia, cada patrón de referencia comprende la Transformada Fourier de una imagen de referencia respectiva, segundos medios de procesamiento adaptados para combinar electrónicamente el patrón de escena con un patrón de referencia, para producir un patrón combinado; y medios de salida óptica adaptados para producir una salida óptica que se deriva del patrón combinado, caracterizado porque el aparato comprende al menos dos dispositivos emisores de luz, cada dispositivo emisor de luz está espaciado a una posición diferente respecto a un eje óptico del aparato; un controlador adaptado para controlar la iluminación de cada dispositivo secuencialmente; y un modulador de luz espacial que comprende los medios de salida óptica y que se adapta para exhibir el patrón combinado y se proporciona entre los dispositivos emisores de luz y un detector de salida adaptado para recibir luz que se ha modulado por el modulador espacial .
2. Aparato de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque un elemento óptico con poder de enfoque se proporciona entre los dispositivos emisores de luz y el detector.
3. Aparato de conformidad con la reivindicación 2, caracterizado porque el elemento óptico es un lente o espejo.
4. Aparato de conformidad con la reivindicación 2 o 3, caracterizado porque el elemento óptico se proporciona entre el modulador de luz espacial y el detector.
5. Aparato de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 2 a 4, caracterizado porque se proporciona un elemento óptico adicional, uno de los elementos ópticos se proporciona entre los dispositivos emisores de luz y el modulador de luz espacial y el otro de los elementos óptico entre el modulador de luz espacial y el detector.
6. Aparato de conformidad con cualquier de reivindicación precedente, caracterizado porque el conjunto detector comprende al menos una línea de detectores.
7. Aparato de conformidad con cualquier de reivindicación precedente, caracterizado porque hay un conjunto detector que tiene una dirección longitudinal y en donde los dispositivos emisores de luz se disponen en una línea que se extiende substancialmente ortogonal a la dirección longitudinal del conjunto detector.
8. Aparato de conformidad con cualquier de reivindicación precedente, caracterizado porque un conjunto de dispositivos emisores de luz se alinea substancialmente ortogonal al eje óptico que pasa a través del centro del modulador de luz espacial .
9. Aparato de conformidad con cualquier de reivindicación precedente, caracterizado porque se proporciona un lente colimador entre los dispositivos emisores de luz y el modulador de luz espacial .
10. Aparato de conformidad con cualquier de reivindicación precedente, caracterizado porque se proporciona un polarizador entre los dispositivos emisores de luz y el modulador de luz espacial .
11. Aparato de conformidad con cualquier de reivindicación precedente, caracterizado porque el polarizador forma parte del modulador de luz espacial.
12. Aparato de conformidad con cualquier de reivindicación precedente, caracterizado porque los dispositivos emisores de luz comprenden un dispositivo de la lista: láser y diodos láser.
13. Aparato de conformidad con cualquier de reivindicación precedente, que se adapta de manera tal que en uso solo un dispositivo emisor de luz emite un haz de luz en cualquier instante .
14. Aparato de conformidad con cualquier reivindicación precedente, caracterizado porque el conjunto de dispositivos comprende un conjunto de VCSEL.
15. Aparato de conformidad con cualquier de reivindicación precedente, caracterizado porque el detector comprende un conjunto de elementos detectores.
16. Aparato de conformidad con cualquier de reivindicación precedente, caracterizado porque el detector comprende un conjunto lineal de una o más líneas de elementos detectores .
17. Aparato de conformidad con cualquier de reivindicación precedente, caracterizado porque hay un conjunto lineal de dispositivos emisores de luz y un conjunto detector de salida de luz, y en donde los conjuntos se cruzan, de manera tal que el uso la luz de los dispositivos emisores de luz del conjunto de dispositivos emisores de luz puede recorrer sobre el módulo de luz espacial y crear una serie equivalente de salidas ópticas escalonadas sobre el detector de salida.
18. Aparato de conformidad con cualquier de reivindicación precedente, caracterizado porque el modulador de luz espacial se elige de la lista: dispositivo transmisor, dispositivo reflector.
19. Aparato de conformidad con cualquier de reivindicación precedente, caracterizado porque el modulador de luz espacial es un dispositivo binario.
20. Aparato de conformidad con cualquier de reivindicación precedente, caracterizado porque se proporciona un dispositivo de formación de umbral antes del conjunto detector, el dispositivo de formación de umbral permite que la luz alcance al detector o conjunto detectores si la intensidad de la luz está sobre un umbral predeterminado .
21. Aparato de conformidad con cualquier de reivindicación precedente, caracterizado porque hay un lente u otro elemento óptico de enfoque que tiene un eje óptico, y hay un conjunto lineal de dispositivos emisores de luz substancialmente ortogonal al eje óptico, y en donde hay un conjunto detector que es substancialmente ortogonal tanto al eje óptico como la línea del conjunto lineal de dispositivos emisores de luz.
22. Aparato de conformidad con cualquier de reivindicación precedente, caracterizado porque hay un conjunto detector que tiene al menos una línea detectora, y en donde se proporcionan circuitos de lectura para sucesivos detectores en las líneas de detectores del conjunto colocados alternos a lados opuestos de su línea.
23. Un aparato de conformidad con la reivindicación 22, caracterizado porque hay una sola línea de detectores en el conjunto detector.
24. Un aparato de conformidad con la reivindicación 23, caracterizado porque hay al menos tres dispositivos emisores de luz en una línea.
25. Un aparato de conformidad con la reivindicación 24, caracterizado porque el controlador se adapta para iluminar próximo adyacente a los dispositivos emisores de luz en orden a su vez en la línea.
26. Aparato de conformidad con cualquier de reivindicación precedente, caracterizado porque los emisores de luz se proporcionan en un conjunto.
27. Un método para detectar la presencia de una o más imágenes de referencia en una escena, que comprende las etapas de producir una escena de imagen que corresponde cuando menos a una parte de una escena; procesar al menos una parte de la escena de imagen capturada para producir un patrón de escena que corresponde a la Transformada Fourier de una imagen de escena capturada; combinar electrónicamente el patrón de escena con al menos un patrón de referencia que corresponde a la Transformada Fourier de un objeto de referencia para producir un patrón combinado y producir una salida óptica derivada por el patrón combinado; el método además comprende proporcionar al menos dos dispositivos emisores de luz en un sistema óptico, los dos dispositivos como mínimo están en posiciones diferentes respecto a un eje óptico del sistema y el método además comprende las etapas de controlar los dispositivos de manera tal que cada dispositivo se ilumine secuencialmente en forma efectiva para mover la fuente del haz de luz, y proporcionar al menos un medio detector en un plano que contiene el patrón óptico que se va a verificar, con lo que el controlar la iluminación del dispositivo recorre el patrón bidimensional a través de los medios detectores.
28. Un método de conformidad con la reivindicación 27, caracterizado porque se proporciona un lente, espejo u otro elemento de enfoque óptico en el sistema y los dispositivos emisores de luz en posiciones diferentes respecto al eje óptico de ese elemento óptico.
29. Un método de conformidad con la reivindicación 27 o la reivindicación 28, caracterizado porque se proporciona un modulador de luz espacial y se desplaza o se controla para exhibir un patrón correspondiente cuando menos a una combinación de la Transformada Fourier de un patrón de escena y de un patrón de referencia.
30. Un método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 27 a 29, caracterizado porque hay una línea de más de dos dispositivos emisores de luz y dispositivos emisores de luz próximos adyacentes se iluminan a su vez sobre la línea.
31. Un método para correlación con reconocimiento de patrón que utiliza el método de cualquiera de la reivindicación 27 o reivindicación 30.
32. Un conjunto óptico que comprende al menos dos dispositivos emisores de luz, cada dispositivo emisor de luz está espaciado una posición diferente respecto al eje óptico del conjunto; un controlador adaptado para controlar la iluminación de cada dispositivo secuencialmente; y un modulador de luz espacial que se proporciona entre los dispositivos emisores de luz y un detector de salida adaptado para recibir luz que se ha modulado por el modulador de luz espacial.
33. Un conjunto óptico de conformidad con la reivindicación 32, caracterizado porque se proporciona un elemento óptico con poder de enfoque entre los dispositivos emisores de luz y el detector.
34. Un conjunto óptico de conformidad con la reivindicación 33, caracterizado porque el elemento óptico es un lente o espejo.
35. Un conjunto óptico de conformidad con la reivindicación 32 o reivindicación 34, caracterizado porque el elemento óptico se proporciona entre el modulador de luz espacial y el detector.
36. Un conjunto óptico de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 33 a 35, caracterizado porque se proporciona un elemento óptico adicional, uno de los elementos ópticos se proporciona entre los dispositivos emisores de luz y el modulador de luz espacial y el otro de los elementos ópticos entre el modulador de luz espacial y el detector.
37. Un conjunto óptico de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 32 a 36, caracterizado porque el detector comprende al menos una línea de elementos detectores .
38. Un conjunto óptico de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 32 a 37, caracterizado porque hay un conjunto detector que tiene una dirección longitudinal y en donde los dispositivos emisores de luz se disponen en una línea que se extiende substancialmente ortogonal a la dirección longitudinal del conjunto detector.
39. Un conjunto óptico de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 32 a 38, caracterizado porque el conjunto de dispositivos emisores de luz se alinea substancialmente ortogonal al eje óptico que pasa a través del centro del modulador de luz espacial.
40. Un conjunto óptico de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 32 a 39, caracterizado porque se proporciona un lente colimador entre los dispositivos emisores de luz y el modulador de luz espacial .
41. Un conjunto óptico de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 32 a 40, caracterizado porque se proporciona un polarizador entre los dispositivos emisores de luz y el modulador de luz espacial .
42. Un conjunto óptico de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 32 a 41, caracterizado porque el polarizador forma parte del modulador de luz espacial .
43. Un conjunto óptico de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 32 a 42, caracterizado porque los dispositivos emisores de luz comprenden un dispositivo de la lista: láser, diodos láser.
44. Un conjunto óptico de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 32 a 43, caracterizado porque se adapta de manera tal que en uso solo un dispositivo emisor de luz envía un haz de luz en cualquier instante .
45. Un conjunto óptico de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 32 a 44, caracterizado porque el conjunto de dispositivos comprende un conjunto VCSEL.
46. Un conjunto óptico de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 32 a 45, caracterizado porque el detector comprende un conjunto de elementos detectores .
47. Un conjunto óptico de conformidad con la reivindicación 46, caracterizado porque el detector comprende un conjunto lineal de una o más líneas de elementos detectores .
48. Un conjunto óptico de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 32 a 47, caracterizado porque hay un conjunto lineal de dispositivos emisores de luz y un conjunto detector de salida lineal, en donde los conjuntos se cruzan de manera tal que en uso la luz proveniente de los dispositivos emisores de luz del conjunto de dispositivos emisores de luz, puede recorrer sobre el módulo de luz espacial y crear una serie equivalente de salidas ópticas escalonadas sobre el detector de salida.
49. Un conjunto óptico de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 32 a 48, caracterizado porque el modulador de luz espacial se elige de la lista: dispositivo transmisor, dispositivo reflector.
50. Un conjunto óptico de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 32 a 49, caracterizado porque el modulador de luz espacial es un dispositivo binario .
51. Un conjunto óptico de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 32 a 50, caracterizado porque se proporciona un dispositivo formador de umbral antes del conjunto detector, el dispositivo formador de umbral permite que la luz alcance el detector o conjunto detector si la intensidad de la luz está sobre un umbral predeterminado .
52. Un conjunto óptico de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 32 a 51, caracterizado porque hay un lente u otro elemento óptico de enfoque que tiene un eje óptico, y hay un conjunto lineal de dispositivos emisores de luz que es substancialmente ortogonal al eje óptico, y en donde hay un conjunto detector que es substancialmente ortogonal tanto al eje óptico como la línea del conjunto lineal de dispositivos emisores de luz .
53. Un conjunto óptico de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 32 a 52, caracterizado porque hay un conjunto detector que tiene al menos una línea de detectores y en donde se proporcionan circuitos de lectura para detectores sucesivos en las líneas de los detectores del conjunto dispuestos alternos a lados opuestos de su línea.
54. Un conjunto óptico de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 32 a 53, caracterizado porque hay una sola línea de detectores en el conjunto detector.
55. Un conjunto óptico de conformidad con la reivindicación 54, caracterizado porque hay al menos tres dispositivos emisores de luz en una línea.
56. Un conjunto óptico de conformidad con la reivindicación 55, caracterizado porque el controlador se adapta para iluminar próximo adyacente a dispositivos emisores de luz en orden a su vez en la línea.
57. Aparato para correlación con reconocimiento de patrón que incorpora una estructura óptica de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 32 a 56.
58. Un método para leer rápidamente un patrón óptico bi-dimensional, el método se caracteriza porque comprende proporcionar al meno dos dispositivos emisores de luz en un sistema óptico, los dos dispositivos como mínimo están en posiciones diferentes respecto a un eje óptico del sistema, y el método además comprende las etapas de controlar los dispositivos de manera tal que cada dispositivo se ilumina secuencialmente en forma efectiva paras mover la fuente del haz de luz, y proporcionar al menos un medio detector en un plano que contiene el patrón óptico que se va a verificar, con lo que al controlar los dispositivos se recorre el patrón bi-dimensiona a través de los medios detectores .
59. Un método de conformidad con la reivindicación 58, caracterizado porque se proporciona un lente, espejo u otro elemento óptico de enfoque en el sistema y los dispositivos emisores de luz están en posiciones diferentes respecto al eje óptico de ese elemento óptico.
60. Un método de conformidad con la reivindicación 58 o reivindicación 59, caracterizado porque se proporciona un modulador de luz espacial y se controla para exhibir un patrón que corresponde cuando menos a una combinación de la Transformada Fourier de un patrón de escena y un patrón de referencia.
61. Un método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 58 a 60, caracterizado porque hay una línea de más de dos dispositivos emisores de luz y dispositivos emisores de luz próximos adyacentes, se iluminan a su vez sobre la línea.
62. Un método de correlación con reconocimiento de patrón que utiliza el método de cualquiera de las reivindicaciones 58 o 61. RESUMEN DE LA INVENCIÓN Se describe un aparato para detectar la presencia de una o más imágenes de un tipo conocido en una escena, que comprende medios de alimentación digital y medios de salida óptica. Los medios de alimentación digital comprenden medios de captura que pasan una imagen de captura a un primer medio de procesamiento electrónico, para producir un patrón de escena correspondiente a una Transformada Fourier de la imagen de escena. Este patrón luego se combina digitalmente con uno o más patrones de referencia correspondientes a Transformadas Fourier de una imagen de referencia. Este patrón luego se combina digitalmente con uno o más patrones de referencia correspondientes a Transformadas Fourier de una imagen de referencia. Los patrones combinados resultantes luego se utilizan para modular un haz de luz que puede enfocarse para realizar una Transformada Fourier inversa proporcionando información de correlación. En una disposición preferida, el patrón combinado se exhibe en un modulador de luz espacial. Un modulador de luz espacial "inteligente" también se describe, que comprende un conjunto de dispositivos moduladores de luz, cada dispositivo comprende un detector y al menos un pixel, con lo que la luz incidente sobre el detector produce una señal de salida que se adapta para controlar el estado del medio modulador. Por procesamiento conveniente, el SLM "inteligente" puede adaptarse ya sea para atenuar la luz por debajo de una cierta intensidad o sólo luz sobre una cierta intensidad para que actúe como un absorbente saturable .