JP2527807B2

JP2527807B2 - 光学的連想識別装置

Info

Publication number: JP2527807B2
Application number: JP1114146A
Authority: JP
Inventors: 利治武居; 安弘竹村; 靖幸光岡; 岩城　　忠雄
Original assignee: Sumitomo Osaka Cement Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Osaka Cement Co Ltd
Priority date: 1989-05-09
Filing date: 1989-05-09
Publication date: 1996-08-28
Anticipated expiration: 2011-08-28
Also published as: US5216541A; JPH02293828A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は、光情報処理の分野において利用される光学
的連想識別装置に関する。

［従来の技術及び発明が解決しょうとする問題点］従来、光学的に不完全画像から完全画像を連想する方
法として、第２図に示す方法が提案されていた［応用物
理；第57巻第10号（1988）、1522〜1527頁参照］。この
方法は、あらかじめ、参照画像群の複素共役パターン
を、一つ一つの参照画像に対して、参照光の照射角度を
変えて、記録した多重化ホログラム98と、それに対して
共役な波面を記録したホログラム99とを作り、ホログラ
ム98に対して不完全画像Ａ′を入力し、ホログラム98か
らの出射光が、その不完全画像Ａ′に対して相関の高い
完全画像Ａを記録した時の参照光の方向に出射すること
を利用し、その出射光がホログラム99を照射することに
より、完全画像出力Ａが得られるもので、更に、この完
全画像を先の不完全入力に置き替えて入力する帰還構造
93と非線形過程94を設けることにより、ただ１つの連想
出力が得られるものである。

然し乍ら、この方法では、参照画像をホログラムフィ
ックに記録するメモリとして、非常に高い解像度の記録
媒体が必要となり、現在その要求を満たすものとして
は、写真記録材料以外に実用的なものがない。但し、こ
れを用いても、参照画像が多くなれば、一つのホログラ
ムでは記録しきれず、いくつものホログラムに分けて、
記録して、処理を行なうときに、機械的にホログロムを
切り替える必要があった。従って、この方法では、ホロ
グラムの現像に時間を要すると共に、参照光の方向の一
つ一つの参照画像毎に変えるため、非常に複雑なホログ
ラムの作成作業を必要としており、実時間処理を行なう
ことも不可能であり、また、取り扱う情報量が多くなっ
た時の探索にも多くの時間を必要としていた。

更に、この方法では、ホログラムの作成時に回折効率
の良い空間周波数帯域が決められてしまい、画像の空間
周波数帯域を自由に選択して、比較を行なうことは不可
能であり、従って、大まかな連想と細部にわたる比較を
同一のメモリで行なうことができなかった。

本発明は、上記の問題点を解決するために為されたも
ので、ホログラフィ等の手段を用いずに、容易に参照画
像メモリを形成でき、実時間動作で参照画像群と被検画
像の相関演算を行ない、フィードバック系にすることに
より、参照画像群の個数を飛躍的に大きくできる光学的
連想識別装置を提供することを目的にする。更に、本発
明は、以上のような演算方式で、同一の参照画像メモリ
及び被検画像を用いて、その空間周波数範囲を可変とし
て、相関検出が行なえるので、正確に被検画像の連想及
び認識が行なえる光学的連想識別装置を提供することを
目的にする。

［問題点を解決するための手段］本発明は、上記の技術的な課題の解決のために、少な
くとも、被検画像と、参照画像群とによるコヒーレント
画像を同時に出力し、電気的或いは光学的に出力光複素
振幅の時間的及び空間的変調が可能な第１の画像出力手
段と（例えば１）と、前記第１の画像出力手段からの出力光複素振幅の二次
元的分布パターンを光学的にフーリエ変換する第１の光
学的フーリエ変換手段（例えば２）と、前記第１のフーリエ変換手段からの出力光の受光範囲
を前記被検画像の大きさに応じた空間周波数範囲及び前
記被検画像の比較すべき細部に応じた空間周波数範囲に
制限する空間フィルタ（例えば３）と、前記空間フィルタを通った前記第１の光学的フーリエ
変換手段からの光出力の空間的光強度分布パターンに応
じてコヒーレントな二次元的出射光複素振幅分布を変化
することができる第２の画像出力手段（例えば４）と、前記第２の画像出力手段からの出力光複素振幅の二次
元的分布パターンを光学的にフーリエ変換し、その出力
を前記第１の画像出力手段（例えば１）にその変調信号
として、入力する第２の光学的フーリエ変換手段（例え
ば５）と、前記第２の光学的フーリエ変換手段からの光出力を検
出する光検出手段（例えば６）と、前記光検出手段により検出された被検画像と参照画像
との相互相関に係わる出力から連想過程の飽和を判断
し、前記空間フィルタの光束制限範囲を変化させる空間
フィルタ制御手段（例えば６）と、から本質的になるこ
とを特徴とする光学的連想識別装置である。

［作用］上記のような本発明の光学的連想識別装置の構成によ
り、第１の画像出力手段により提示された参照画像群と
被検画像の空間的パターンは、前記第１の光学的フーリ
エ変換手段により、フーリエ変換され、参照画像群と被
検画像とによる多重干渉縞を形成する。このとき、被検
画像が、参照画像の不完全画像をなしているものとし、
先ず、前記空間フィルタの制限する空間周波数範囲を連
想すべき画像の大きさに対応する空間周波数範囲に設定
し、被検画像と参照画像との高周波領域を除いた空間周
波数領域において、光束が前記空間フィルタを通ること
により、画像の概略の形状を知るのに必要のない細かい
部分の情報が消失し、第２の画像出力手段からは、上記
の多重干渉縞の光強度分布に応じた光強度分布或いは位
相分布を有するコヒーレント光束が出射される。

前記コヒーレント光束は、前記第２の光学的フーリエ
変換手段により光学的にフーリエ変換され、その結果、
得られた二次元的光強度分布は、被検画像と各参照画像
との概略形状の位置及びその相関度を表したものとな
る。

ここで、この二次元的光強度分布は、前記第１の画像
出力手段に入力され、前記第１の画像出力手段の出力光
強度は、前記二次元的光強度分布の大きい部分に対応し
た参照画像の部分で大きく、その逆の部分で小さくな
る。

上記の動作を反復するうちに、被検画像に対して、比
較的低い相互相関的係数を有する参照画像から出射する
光強度が順次減少されていき、被検画像に形状の近い参
照画像群が残され、比較すべき、参照画像の個数が少な
くなる。そして、比較すべき参照画像が少なくなった結
果、前記第１のフーリエ変換手段により得られる干渉縞
の可視度は、上昇し、残された画像について、正確な比
較がなされるようになる。但し、被検画像が、参照画像
の一部が欠落した不完全画像となっている場合は、その
参照画像から出射する光強度がある程度小さい時に、高
い相互相関的係数を示すので、当初相互相関的係数が大
きくなくても、上記の試行を繰り返すうちに徐々に参照
画像から出射する光強度は、増加する。

このようにして、試行を繰り返すと、被検画像に対応
する参照画像に対する相互相関的出力は、仮に当初な小
さくても、徐々に上昇し、また、本来連想されるべきで
ない参照画像に対する相互相関的出力は、徐々に減少
し、最終的に、比較される画像は、一つ乃至極く少数に
絞られる。

この連想によって、識別すべき参照画像の候補を一つ
乃至極く少数に絞り込んだ後に、前記空間フィルタの制
限する空間周波数範囲を画像の識別すべき細部構造に対
応した空間周波数までとし、被検画像と上記の絞り込ま
れた参照画像との細部にわたる相互相関的係数を求める
ことにより、高速で勝つ正確に被検画像の認識及び連想
を行なうことができる。

本発明の光学的連想識別装置は、少なくとも、被検画
像と参照画像群とによるコヒーレント画像を同時に出力
し、電気的或いは光学的に出力光複素振幅の時間的及び
空間的変調が可能な第１の画像出力手段（例えば１）
と、この第１の画像出力手段からの出力光複素振幅の二次
元的分布パターンを光学的にフーリエ変換する第１のフ
ーリエ変換手段（例えば２）と、前記第１のフーリエ変換手段からの出力光の受光範囲
を前記被検画像の比較したい細部の細かさに応じた空間
周波数範囲に制限する空間フィルタ（例えば３）と、前記空間フィルタを通った前記第１の光学的フーリエ
変換手段からの光出力の空間的光強度分布パターンに応
じてコヒーレントな二次元的出射複素振幅分布を変化す
ることのできる第２の画像出力手段（例えば４）と、前記の第２の画像出力手段からの出力光複素振幅の二
次元的分布パターンを光学的にフーリエ変換し、その出
力を前記第１の画像出力手段に、その変調信号として、
入力する第２の光学的フーリエ変換手段（例えば５）
と、前記第２の光学的フーリエ変換手段からの光出力を検
出する光検出手段（例えば６）と、前記光検出手段によ
り検出された被検画像と参照画像との相互相関に係わる
出力から連想過程の飽和を判断し、前記空間フィルタの
光束制限範囲を変化させる空間フィルタ制御手段（例え
ば62）とから構成され、被検画像と参照画像群との相互相関係数を求めること
により、被検画像の認識を行なおうとするものである。

このときに、前記相互相関係数に応じた前記第２のフ
ーリエ変換手段の出力により、正帰還的に前記第１の画
像出力手段における各参照画像からの出力光強度を変化
させることにより、相互相関係数の低い画像からの影響
が選択的に排除され、多数の参照画像の中から、高速で
正確な識別が行なうことができるものである。

そして、本発明の光学的連想識別装置において、第１
の画像出力手段（例えば１）は、少なくともコヒーレン
トな光源（例えばレーザ11）と、その光源からの光束の
弗素振幅の空間的分布のパターンを変調可能な第１の空
間光変調器（例えば、液晶ライトバルブ15）と、前記第
１の空間光変調器から出射した光束を入力とする参照画
像群及び被検画像を表示する一つないし複数の表示体
（例えば、画像表示装置16）がある。

また、第１の空間光変調器（例えば、液晶ライトバル
ブ15）は、参照画像群を構成する各参照画像に対応し
て、区分けがなされ、各区分は、前記第２の光学的フー
リエ変換手段からの出力光（例えば、スクリーン52上に
おける光強度パターン）の各々に対応した部分の光量に
応じて、その透過率或いは反射率が変化するものであ
る。

この時、第２の光学的フーリエ変換手段（例えば、フ
ーリエ変換レンズ51）からの出力は、前記第１の空間光
変調器が光入力型であれば、直接該第１の空間光変調器
に入力され、また、電気入力型であれば、第１の二次元
的光電変換素子（例えば、二次元光電変換素子61）によ
り受光され、電気信号として画像処理及び液晶駆動回路
62を経て、前記第１の空間光変調器（例えば、液晶ライ
トバルブ15）を変調する。

また、その参照画像群を表示する表示体（例えば、画
像表示装置16の一部）は、例えば電気的な変調が可能な
液晶ライトバルブ16aである。そして、それと同時に前
記被検画像を表示する表示体（例えば16′の他の一部）
は、インコヒーレント・コヒーレント変換素子16bであ
ることが好適である。また、その第１の画像出力手段
（例えば１）は、少なくともコヒーレントな光源と、参
照画像群及び被検画像を表示する電気入力による変調が
可能な第３の空間光変調器（例えば画像表示装置16）で
あって、それ自身で液晶ライトバルブ15の機能も受け持
つものが好適である。そして、第２の画像出力手段（例
えば４）は、少なくとも、コヒーレントな光源と、前記
第１のフーリエ変換手段（例えば21）からの出力光を受
光する第２の二次元的光電変換手段（例えば42）からの
信号（例えば42から45への）に基づいて、入射した光束
の複素振幅分布を変調して出力する第４の空間光変調器
（例えば45）とから本質的になることができる。そし
て、第２の画像出力手段（例えば４）は、少なくとも、
コヒーレントな光源と、入射した前記第１のフーリエ変
換手段からの出力光の強度分布に依存して、その光学的
特性が二次元的或いは三次元的に変化する第５の空間光
変調器（例えば45′）とから本質的になることができ
る。

次に、本発明の光学的連想識別装置を具体的に実施例
により説明するが、本発明はそれらによって限定される
ものではない。

［実施例］第１図は、本発明による光学的連想識別装置の１例の
構成を示す模式構成図である。

第１図の光学配置図において、光学的連想識別装置
は、画像出力手段１、光学的フーリエ変換手段２、空間
フィルタ３、画像出力手段４、光学的フーリエ変換手段
５、光検出手段６から構成され、以下、その構成につい
て、詳細に説明する。

半導体レーザや気体レーザ等のコヒーレント光源11か
ら出射した光束12は、ビームエキスパンダ13で、適当な
光束径に変換され、ビームスプリッタ14で、２つの光路
に分けられる。

ビームスプリッタ14を通過した光束12は、液晶ライト
バルブ（以下LCLVと称する）15を通過して、画像表示装
置16に入射する。ここで、LCLV15は、電気信号入力によ
り、空間的に透過率分布を変調できる空間光変調器をな
しており、その最も一般的な例では、液晶テレビやコン
ピュータ用デイスプレイに使用されている液晶パネルが
用いられる。このLCLV15は、当初、透過率が均一に設定
されているが、この後の行程の結果により、その形状が
被検画像と相関性が高い参照画像に対応する部分の透過
率が高くなり、そうでない部分の透過率が低くなる。

また、画像表示装置16は、第３図に示すように、被検
画像表示部分16bと参照画像表示部分16aとに分かれてお
り、参照画像表示部分16aは、写真フィルムに複数の参
照画像が記録されたもの或いは複数の参照画像を電気的
入力或いは光学的入力により表示できる空間光変調器と
なっており、被検画像表示部分16bは、被検画像の電気
的或いは光学的入力が可能な空間光変調器をなしてい
る。即ち、図示のように、参照画像群例えばａ、ｂ、
ｃ、ｄ、ｅが、16a部分に表示され、被検画像ｓが16b部
分に表示される。

さて、画像表示装置16を通過した光束12は、フーリエ
変換レンズ21を通り、そのフーリエ変換面におかれたス
クリーン41に入射する。このスクリーン41上では、画像
表示装置16における複素振幅分布の二次元フーリエ変換
の２乗に比例した光強度が観測される。この光強度分布
は、CCD等の２次元光電変換素子42により検出される
が、その際に、空間フィルタ３或いは二次元光電変換素
子42の視野を制限することにより、画像の概略形状を知
る上において不要な細かい部分の情報は、カットされ
る。この空間フィルタ３は、例えばLCLV等の空間的に透
過率分布を変化させることができる空間光変調器を成し
ており、画像処理装置及び液晶駆動回路62により、コン
トロールされ、当初、画像の大きさに応じた空間周波数
範囲のみの光束を透過するように、光軸から一定距離内
の透過率が高く、その外側の透過率が低くなっている。

ここで、二次元光電変換素子42で得られた画像は、電
気信号してビデオアンプ及び液晶駆動回路43を通って、
LCLV45上に表示される。このLCLV45もLCLV15と同様に空
間光変調器をなしており、入射光の複素振幅を変調して
出射させる。このLCLV45への入射光束47は、レーザ11か
ら出射した光束12がビームスプリッタ14で分けられたも
ので、従って、画像出力手段４の光源とは、ここでは共
有されていることになる。

LCLV45を出射した光束47は、フーリエ変換レンズ51を
通ってスクリーン52に入射する。この際に、スクリーン
52は、LCLV45に対して、フーリエ変換の位置となってお
り、従って、スクリーン52上における光強度は、参照画
像群と被検画像との空間的相互相関及び空間的自己相関
の程度を表わしたものとなる。そこで、参照画像同志の
相互相関の位置に重ならないように、画像表示装置上で
の画像の配列を行なえば、CCDの二次元光電変換素子61
により、被検画像との相関の強い参照画像の位置及び相
関の程度を検出することができる。

さて、このような相互相関度に応じた光強度のピーク
がどのようなものであるかを、第３図に示されたパター
ンを例として以下説明する。

画像表示装置16上には、第３図に示すように、例え
ば、参照画像群ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅと被検画像Ｓとが描
かれている。

第３図に示された被検画像は、参照画像群の内の一つ
が、一部欠落したものとして、考え、例えば、第４図に
示すように、参照画像が長さ2aの直線で表わされ、被検
画像が長さａの直線になっているとする。

被検画像Ｓの位置を示す空間座標を仮に一次元で
（０）とし、これをＳ（０）と示すものとする。

同様に、参照画像を、ａ（ａ）と表す。これらのパタ
ーンにコヒーレント光を照射し、フーリエ変換レンズ21
にて、フーリエ変換を行なうと、スクリーン41上の光強
度パターンＩ（f_x）は、以下のようになる。

Ｉ（f_x）＝|S＋Ａ・exp（j2πf_xa_x）|² ＝|S|²＋|A|²＋Ｓ^＊・Ａ・exp（j2πf_xa_x）＋c.c. ……（１）ここで、f_xは、各々スクリーン41上での、ｘ方向の空
間周波数、S,Aは、被検画像と参照画像の光振幅分布の
フーリエ変換の複素振幅、^＊印は、各々の画像の光振幅
分布の複素共役量を表わす。

ここで、ＳとＡは、各々、Ｓ＝｛sin（π・ａ・f_x）／π・ａ・f_x｝・ａＡ＝｛sin（２πaf_x）/2πaf_x｝・2a と表わされる。

さて、Ｉ（f_x）＝（|S|²＋|a|²）｛１＋mcos（２πaf
_x）｝なので、スクリーン41上での干渉縞の可視度ｍ
は、となる。従って、低周波数領域では、f_x→０として、ｍ
＝4/5となる。

ここで若し、参照画像に対して、Ｋの透過率を有した
マスクで遮光すると、同様に、干渉縞の可視度は、となる。従って、可視度ｍ′の最大値は、Ｋ＝sin（πaf_x）/sin（２πaf_x）のとき、ｍ′＝１となる。従って、低周波数領域では、
f_x→０として、Ｋ＝1/2にすると、干渉縞のコントラス
トは、最大になる。

ところで、上記の光強度パターンＩ（f_x）をLCLV45に
透過率分布として書き込み、フーリエ変換光学系により
再びフーリエ変換すると、スクリーン52上の光強度パタ
ーンＩ（ｘ）は、となる。

ここで、＊印は相関を表わしている。

このように、各々の像の自己相関は、光軸上に現れ、
被検画像と参照画像群との間の相互相関は、光軸に対
し、対称的な位置に１組、被検画像と参照画像群との相
対位置に対応した光軸からの位置に現れる。

従って、被検画像と参照画像群との相互相関度のピー
クが、画像表示装置16上の参照画像群の位置に対応した
スクリーン52上の位置に現れることになる。

さて、ｓ＊ａは、フーリエ変換面上の干渉縞の可視度
に関係しており、全光量のm/4に相当する光量が、相互
相関量となる。従って、第４図のように、参照画像の一
部が欠落している場合には、空間周波数の低周波領域の
フーリエ変換像をとると、マスキングした方（Ｋ＝1/
2）が、相互相関量は、相対的に大きくなる。上記の事
象は、被検画像の一部が遮蔽されている場合には、必ず
生じることであり、被検画像の他の一部が、参照画像の
一部と一致しているような複合的な場合にも、全体とし
ては、参照画像を遮蔽した場合の方が、可視度は大きく
なる。

ところで、このままでは、参照画像数が大きい場合に
は、被検画像に対する参照画像群の相関ピークを明確に
読み込むことは不可能となる。

その理由は、（２）式に示す相関項は、（１）式にお
ける各画像のフーリエ変換パターン同志の重なりによる
干渉縞の形成に関係しているため、参照画像の数が増加
すると、急激に干渉縞の可視度が低下していき、結果と
して相関ピークの光量が減少し、更に、形成された干渉
縞の光量分布の細かさやダイナミックレンジが空間光変
調器の能力を超えている場合には、正しい相関ピークの
出力を得ることができなくなってしまう。

そこで、本実施例では、スクリーン52の上の光強度を
二次元光電変換素子61で読み込み、電気信号として画像
処理及び液晶駆動回路62に送り、各参照画像との相互相
関量を規格化し、この量に応じてLCLV15の透過率分布を
決定することにより、各参照画像に照射する光量を変化
させる。即ち、例えば、被検画像と最も高い相関度を有
する参照画像が、ｂであったとすると、ｂを照射する光
束が透過してくるLCLV15の画素部分の透過率を最大とす
る。その他の参照画像においては、例えば、参照画像ａ
に対しては、ａを照射する光量が、ｂを照射する光量の
ｓ＊a/s＊ｂとなるように、LCLV15の参照画像ａを照射
する光束が透過する画素部分の透過率を決定する。以
下、他の参照画像についても同様である。

このように、LCLV15の透過率を変化させ、各参照画像
に照射される光量を変化させた後のパターンを入力とし
て、上記の操作を繰り返すことができる。

第５図は、第３図に示された画像群において、被検画
像Ｓが参照画像ｃの一部が欠落したパターンであった場
合の試行回数とスクリーン52上の出力の関係である。こ
のように、連想すべき参照画像ｃ以外の相関ピーク出力
の小さい参照画像ａ、ｅ、ｄは、１回１回その照射光量
が少なくなり、一方、連想すべき参照画像ｃに対して
は、上述のように、スクリーン41上における干渉縞の可
視度が増加して、相互相関ピークを持っていた連想すべ
きでない参照画像ｂに対しては、その相互相関ピーク
は、その光量比のバランスが崩れることにより、数回の
試行の後に光量が減少し、しかも、連想すべきでない参
照画像の場合は、照射される光量の少ないところに被検
画像との干渉縞の可視後のピークを持たせないため、そ
の相互相関ピークの光量は、単調に減少する。よって、
結果的に、連想すべき、被検画像ｃが想起される。

また、被検画像との相関度の高い参照画像が幾つかあ
った場合には、相関度の著しく低い幾つかの参照画像に
ついては、相関度に閾値レベルを設け、試行回数の少な
い段階で空間変調器の透過率を最低にしてしまっても良
い。このとき、何回かの試行後に、相関度が閾値よりも
低くなった参照画像は、同様に空間光変調器の透過率を
最低にしていけば、早く結果を導くことができる。

更に、参照画像の数を最初の段階で制限するので、以
降の動作において、比較すべき対象が少なくなり、干渉
縞の可視度が上昇し、正しい認識をすることになる。

また、参照画像中に連想すべきではないが、被検画像
に対して高い相互相関値を有するものがある場合には、
連想されるべき参照画像による相互相関ピークの光量
は、当初比較的小さく、試行を繰り返すうちに、大きく
なるという過程を経るが、この相関ピーク光量が、当初
もっとも大きい相関ピークを有していた参照画像による
相関ピーク光量を超えた時点或いはその両者のピーク光
量の変動が少なくなった時点で、相関ピーク光量が当初
小さかった方の参照画像に対する照射光量を最大照射光
量とし、その他の参照画像に対する照射光量は、それよ
り小さくすれば、連想の収束が早くなる。

また、試行回数が大きくなった段階で、相互相関度が
全体に変わらないなった時点での相関度を比較すること
により、被検画像の参照画像に対する相関度を曖昧に判
断させることも可能となる。

上記の実施例においても、変化させる透過率は、実質
上もっとも相関度の高い参照画像に対して、高く、それ
以外の参照画像に対して低くなるように、規則を設定す
れば、どのようなものであっても良いことは、言うまで
もないことである。例えば、最も相関度の高い参照画像
がｂのとき、他の参照画像ａを照射する光強度を、単調
増加関数ｆ（ｘ）に対してｆ（ｓ＊ａ）/f（ｓ＊ｂ）と
しても可能である。

さて、上述のようにして、相関ピーク出力の変化を収
束させ、画像処理装置中で、参照画像群の中から唯一つ
或いは相関出力の大きい少数の候補を決定し、その後
に、画像処理及び液晶駆動回路62のコントロールによ
り、空間フィルタ３の制限する空間周波数範囲を画像の
識別したい細部に対応した空間周波数範囲にまで拡張す
る。

そこで、例えばLCLV15と画像表示装置16とによって、
唯一つの参照画像と被検画像とが与えられれば、スクリ
ーン41上には、それらのフーリエ変換パターン同志によ
る干渉縞パターンが照射され、そのパターンがLCLV45に
書き込まれ、スクリーン52には、その干渉縞に応じて、
比較している二つの画像の相対距離に応じた位置に、相
関ピーク出力が得られる。この相関ピーク出力は、その
二つの画像の相関度を表わすと共に、そのピーク位置の
両者が完全に一致したときに出るべき位置とのズレによ
り、大まかに被検画像のどの部分が欠落しているかを知
ることができる。

このとき、参照画像が極く少数に限られたことによ
り、スクリーン41上での被検画像と参照画像の間の干渉
縞パターンの可視度が良好となり、二次元光電変換素子
42及びLCLV45の分解能やダイナミックレンジが大きくな
ても、スクリーン52上には、充分に精度の高い相互相関
出力が得られる。これにより、最初の連想過程に対する
相関度や被検画像の欠落の位置、度合いなどを検出し、
被検画像の認識を確実なものにすることができる。

次に、第６図は、他の本発明の光学的連想識別装置の
構成を示す模式図である。これにより、更に、本発明を
説明する。

第６図に示した光学的連想識別装置においては、レー
ザ11を出射した光束12は、ビームエキスパンダ13を通
り、偏光ビームスプリッタ14′に入射する。偏光ビーム
スプリッタ14′では、そのｓ偏光成分のみが反射され、
ｐ偏光成分は透過して光束47となる。

続いて、ｓ偏光成分よりなる光束12は、LCLV15′に入
射する。ここで、LCLV15′は、第７図に示すような反射
型液晶ライトバルブである。この液晶ライトバルブは、
透明電極72と78で挟んだ液晶パネルの間に光導電層77と
誘電体ミラー75を配置したもので、その光導電層77は、
必要な画素の大きさに分割されている。このLCLV15′に
おいては、この画素の大きさは、画像表示装置16におけ
る参照画像の大きさである。

ここで、誘電体ミラー75は、光導電層77よりも、液晶
層側（図では右側）に配置され、こちらが読み出し、光
の入射方向となる。このとき、両側の透明電極（即ち72
と78の）間に電圧を印加しておいて、書き込み光Ａを照
射すると、書き込み光Ａの光量に応じて、各分割画素70
aにおいて、光導電層77における電圧降下が起こり、各
部分の液晶にかかる電圧が変化し、入射した読み出し光
Ｂは、その偏光面が回転する。従って、光束12は、LCLV
15′に入射した書き込み光Ａに応じて、偏光面の回転を
受け、その反射光は、その書き込み光Ａの強度分布に応
じて、偏光ビームスプリッタ14′を透過する。但し、処
理開始当初は、バイアス電位設定或いはバイアス光入射
により、前光束範囲に対して均一な光量が偏光ビームス
プリッタ14′を透過するようにされている。

15の反射型液晶ライトバルブの構造は、第７図に示す
ようなものである。即ち、順次、ガラス基板71、透明電
極72、液晶層74、誘電体ミラー75、光導電層77、透明電
極78、ガラス基板76を積層したもので、70aの分割画素
に分割されているものである。

さて、偏光ビームスプリッタ14′を透過した光束12
は、画像表示装置16に入射し、更に、ミラー22を通り、
フーリエ変換レンズ21を通って、画像表示装置16上の複
素振幅のフーリエ変換による強度パターンをLCLV45′上
に照射する。LCLV45′は、基本的にはLCLV15′と同様の
もので、但し、上述の光束12を書き込み光Ａとし、入射
する干渉縞のパターンに応じて、分割画素の大きさは小
さくなっている。

このLCLV45′に対する読み出し光Ｂは、偏光ビームス
プリッタ14′を透過した光束47である。この光束47は、
２分の１波長板46を通って、その偏光方向を90度回転
し、偏光ビームスプリッタ48に入射する。このとき、光
束47の偏光状態は、偏光ビームスプリッタ48に対して、
ｓ偏光となっているので、光束47は、ほぼすべてが反射
され、LCLV45′に入射し、その読み出し光となる。LCLV
45′に入射した光束47は、LCLV15′における光束12と、
同様に変調を受け、フーリエ変換レンズ51により、LCLV
45′に入射した光束12の強度分布のフーリエ変換に対応
したパターンが、スクリーン52及びLCLV15′に入射す
る。但し、LCLV15′に入射する光束47は、その光軸即
ち、０次光スポット位置が、ハーフミラー54等により、
LCLV15′上の被検画像の位置55にくるように、設定させ
る。このとき、LCLV15′上の参照画像の位置に、各々に
対応した相互相関ピークの光スポットがくるように、予
め、参照画像の位置及び光学系の配置を設定する。

従って、これ以降、被検画像に対して、相関強度の強
い参照画像は、より強度の強い光束で照明され、相関強
度の弱い参照画像は、より弱い光束で照明されることに
なる。尚、この相互相関強度出力は、スクリーン52の光
強度分布をCCD等の二次元光電変換素子61で検出するこ
とにより、得られ、その情報から、画像処理及び液晶駆
動回路62により空間フィルタ３がコントロールされる。

尚、本発明において、空間光変調器の働きをしている
部分については、仕様上の差異はあるが、原理的にはす
べて同様の電気アドレス型のもの及び光アドレス型のも
のが使用可能である。電気アドレス型の例としては、上
述の液晶パネルの他に、PLZTやKDP、BSO（Bi₁₂SiO₂₀）
等の電気光学効果を示すセラミックスや結晶にマトリッ
クス電極を付加したものが良く使用されている。

光アドレス型の例でもやはり電気アドレス型と同様の
材料に、第７図で説明したように、光導電層を組み合わ
せたものが、一般的である。但し、BSOやBaTiO₃等の光
起電力効果を持つ結晶では、入射光強度に応じた自発分
極により光誘起屈折率変化を起こすので、光導電層を付
加する必要はない。尚、これらの空間変調器は、透過型
としても、反射型としても構成することができる。但
し、光アドレス型で読み出し光が書き込み光の情報を完
全に消してしまうような場合は、読み出し光と書き込み
光の波長域を分離して、読み出し光が書き込み情報に影
響を与えないようにする等の工夫が必要である。

また、電気アドレス型を使用する場合は、その入力画
像を得るための二次元光電変換素子及びその駆動回路が
必要となるが、その信号を加工し易いという利点があ
る。

尚、通常使用されているインコヒーレント・コヒーレ
ント変換素子は、上述の光アドレスの反射型空間光変調
器に属するものであり、これを画像表示装置16の被検画
像表示部分16bに用いるには、入力画像をそのインコヒ
ーレント・コヒーレント変換素子に照射するための結像
光学系が必要である。その場合、参照画像表示部分16a
も光アドレス、電気アドレスに係わらず、反射型とする
光学系を構成することが容易である。そのような光学系
の１例の構成図を第８図に示す。

第８図の光学的連想識別装置において、レーザ11から
の光束12は、ビームスプリッタ14で反射されて画像表示
装置16′に入射する。ここで、画像表示装置16′は、被
検画像表示部分に対応したインコヒーレント・コヒーレ
ント変換素子と、参照画像表示部分に対応したLCLV等の
反射型電気アドレス型空間光変調器とからなる。ここ
で、インコヒーレント・コヒーレント変換素子は、光束
12とは反対側から光学的な変調入力を受ける。この変調
入力は、例えば、図示のように、被検物体Ｓの像18が結
像レンズ17により、インコヒーレント・コヒーレント素
子の画面上の、16bに結像されたものである。また、参
照画像表示部分の入力は、参照画像群と、二次元光電変
換素子61で検出された相互相関度に基づいた帰還情報、
即ち、各々の参照画像の画像表示装置16′から出射すべ
き光強度の情報とが重畳されたものとなている。即ち、
第８図の光学的連想識別装置では、画像表示装置16′
は、第１図の光学的連想識別装置のLCLV15と画像表示装
置16との機能を同時に受け持つものである。

これ以外の部分については、使用している空間光変調
器が、電気アドレス型或いは光アドレス型であるか、ま
た、透過型或いは反射型であるかの組合わせの違いがあ
るが、第１図及び第６図の光学的連想識別装置について
の説明とほとんど同じであり、説明番号は、各々相当す
るもので表わしている。

尚、参照画像表示部に空間光変調器を用いた場合、参
照画像を直接描けるので、画像の書き替えが容易とな
り、当初、多数ある参照画像と被検画像の輪郭又は分解
能の粗い画像を一度に提示しておいて連想を行ない、徐
々に参照画像の候補を減らすと共に、画像を大きく表示
して、その分解能を上げていき、最後は、参照画像の候
補を一つに絞って精度の高い相関度の検出を行なうこと
により、被検画像の確実な認識を行なうことができる。

また、上述の実施例における空間フィルタ３は、基本
的に光空間変調器として考えることができるのは無論で
あるが、この場合には、透過型の電気アドレス型とする
ことが構成上並びに制御上で都合が良いものである。ま
た、機械的な絞りと同様に構成することも可能である。

上述の説明からも分かるように、これらの空間光変調
器は、どのような組合わせでも可能であり、従って、本
発明の光学的連想識別装置は、その組合わせによって、
多数の実施形態を取ることができることになる。

［発明の効果］本発明による光学的連想識別装置により、上述のよう
な効果が得られた、それをまとめると、次のような顕著
な技術的効果となる。

第１に、ホログラフィなどの手段を用いずに、実時間
動作で参照画像群と被検画像の相関演算を行ない、フィ
ードバック系にすることにより、参照画像群の個数を飛
躍的に大きくすることができる光学的連想識別装置が提
供できた。

第２に、同一の参照画像メモリ及び被検画像を用い
て、その空間周波数範囲を可変として、相関検出が行な
えるので、正確に被検画像の連想及び識別が行なえる光
学的連想識別装置を提供する。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の光学的連想識別装置の１例の構成を
示す模式構成図である。第２図は、従来の光学的連想識別装置を示す模式図であ
る。第３図は、本発明の光学的連想識別装置の１例における
画像表示装置を示す模式概念図である。第４図は、本発明の光学的連想識別装置における参照画
像と一つの入力とされる被検画像の１例を示す説明図で
ある。第５図は、本発明の光学的連想識別装置において、実施
された試行回数に対する光検出手段６のおける出力の関
係を示すグラフである。第６図は、本発明の光学的連想識別装置の他の例の構成
を示す模式構成図である。第７図は、本発明の光学的連想識別装置の用いられる反
射型液晶ライトバルブの構成を説明する模式構成図であ
る。第８図は、本発明の光学的連想識別装置の他の例での構
成を示す模式構成図である。［主要部分の符号の説明］１、４……画像出力手段２、５……光学的フーリエ変換手段３……空間フィルタ５……光学的フーリエ変換手段６……光検出手段 11……レーザ 12、47……光束 14……ビームエキスパンダ 14′、48……偏光ビームスプリッタ 15、15′、16′、45、45′……液晶ライトバルブ 16……画像表示装置 16a……参照画像表示部 16b……被検画像表示部 17……結像レンズ 18……被検物体 21、51……フーリエ変換レンズ 41、52……スクリーン 42、61……二次元光電変換素子 43……ビデオアンプ及び液晶駆動回路 46……２分の１波長板 50……偏向ビームスプリッタ 44、53……ミラー 54……ハーフミラー 62……画像処理及び液晶駆動回路 70……反射型液晶バルブ 70a……分画画素 71、76……ガラス基板 72、78……透明電極 73……スペーサ 74……液晶層 75……誘電体ミラー 77……光導電層 80……参照画像メモリ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者岩城忠雄東京都江東区亀戸６丁目31番１号セイコー電子工業株式会社内 (56)参考文献特開平２−293827（ＪＰ，Ａ)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも、被検画像と、参照画像群とに
よるコヒーレント画像を同時に出力し、電気的或いは光
学的に出力光複素振幅の時間的及び空間的変調が可能な
第１の画像出力手段と、前記第１の画像出力手段からの出力光複素振幅の二次元
的分布パターンを光学的にフーリエ変換する第１の光学
的フーリエ変換手段と、前記第１のフーリエ変換手段からの出力光の受光範囲を
前記被検画像の大きさに応じた空間周波数範囲及び前記
被検画像の比較すべき細部に応じた空間周波数範囲に制
限する制限範囲可変の空間フィルタと、前記空間フィルタを通った前記第１の光学的フーリエ変
換手段からの光出力の空間的光強度分布パターンに応じ
てコヒーレントな二次元的出射光複素振幅分布を変化す
ることができる第２の画像出力手段と、前記第２の画像出力手段からの出力光複素振幅の二次元
的分布パターンを光学的にフーリエ変換し、その出力を
前記第１の画像出力手段にその変調信号として、入力す
る第２の光学的フーリエ変換手段と、前記第２の光学的フーリエ変換手段からの光出力を検出
する光検出手段と、前記光検出手段により検出された被検画像と参照画像と
の相互相関に係わる出力から連想過程の飽和を判断し、
前記空間フィルタの光束制限範囲を変化させる空間フィ
ルタ制御手段とから本質的になることを特徴とする光学
的連想識別装置。
【請求項２】前記第１の画像出力手段は、少なくともコ
ヒーレントな光源と、前記光源からの光束の複素振幅の
空間的分布のパターンを変調可能な第１の空間光変調器
と、前記第１の空間光変調器から出射した光束を入力と
する参照画像群及び被検画像を表示する一つないし複素
の表示体とからことを特徴とする請求項第１項記載の光
学的連想識別装置。
【請求項３】前記第１の空間光変調器は、参照画像群を
構成する各参照画像に対応して、区分けがなされ、各区
分は、前記第２の光学的フーリエ変換手段からの出力光
の各々に対応した一部を受光し、その光量に応じて、そ
の透過率或いは反射率が変化することを特徴とする請求
項第２項記載の光学的連想識別装置。
【請求項４】前記第２の光学的フーリエ変換手段からの
出力は、第１の二次元的光電変換素子により受光され、
前記第１の空間光変調器は、該第１の二次元的光電変換
素子からの出力信号に従って電気的に変調されることを
特徴とする請求項第２項記載の光学的連想識別装置。
【請求項５】前記参照画像群を表示する表示体は、電気
的な変調が可能な第２の空間光変調器であることを特徴
とする請求項第２或いは３項に記載の光学的連想識別装
置。
【請求項６】前記被検画像を表示する表示体は、インコ
ヒーレント・コヒーレント変換素子であることを特徴と
する請求項第２〜５項のいずれかに記載の光学的連想識
別装置。
【請求項７】前記第１の画像出力手段は、少なくともコ
ヒーレントな光源と、参照画像群及び被検画像を表示す
る電気入力による変調が可能な第３の空間光変調器とか
らなることを特徴とする請求項第１項記載の光学的連想
識別装置。
【請求項８】前記第２の画像出力手段は、少なくとも、
コヒーレントな光源と、前記第１のフーリエ変換手段か
らの出力光を受光する第２の二次元的光電変換手段から
の信号に基づいて、入射した光束の複素振幅分布を変調
して出力する第４の空間光変調器とから本質的になるこ
とを特徴とする請求項第１〜７項のいずれかに記載され
る光学的連想識別装置。
【請求項９】前記第２の画像出力手段は、少なくとも、
コヒーレントな光源と、入射した前記第１のフーリエ変
換手段からの出力光の強度分布に依存して、その光学的
特性が二次元的或いは三次元的に変化する第５の空間光
変調器とから本質的になることを特徴とする請求項第１
〜７項のいずれかに記載される光学的連想識別装置。