JP2986487B2 - 光学的連想識別装置 - Google Patents

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
的フィルタの作成方法とそれを利用した光学的連想識別
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。

ところが、この方法では、参照画像をホログラフィッ
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、機械的にホログラムを切り
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、参照光の方向を一つ一
つの参照画像毎に切り替えるため、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
た時の検索にも多くの時間を必要としていた。更に、こ
のままでは、文字や画像の変形（回転、大きさの変化）
に対するフレキシビリテイに乏しいので、それを補う方
法として、予め計算によっていくつかの変形パターンを
同一のホログラムフィルタにするという手法（SDF）を
用いることもできるが、この場合、変形パターンのフー
リエ変換を計算し、ある程度の変形パターンに対しても
相関度が大きく変化しないようにフィルタを作成する必
要があるので、計算が面倒であった。

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出来なかった。

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、変形パターン
に対するフレキシビリテイを有するフィルタを容易に形
成し、容易に参照画像メモリとし、実時間動作で参照画
像群と被検画像の相関演算を行い、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
像の連想及び認識を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。換言すれば、従来より提案され
ていた光学的相関処理において、被検画像の回転や大き
さにフレキシビリテイに富んだ対応方法としてSDFがあ
ったが、その作成が非常に困難で、実時間性に乏しかっ
た。そこで、発明者らが開発研究を続けている相関フィ
ードバック系により、簡単に、しかも、学習するという
方法の採用により達成できる可能性をもった光学的装置
を提供するものである。

［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（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
に制限する制限範囲可変性の空間フィルタと（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
との相互相関が全体に変わらなくなった時点で、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）から本質的に構成され、 前記参照画像の作成方法は、前記被検画像を表示する
画素領域に同一と見做したい第１の画像群の各々を重ね
合わせた第２の画像を書き込み、前記参照画像を表示す
る画素領域に前記同一と見做したい第１の画像群の各々
の画像を書き込み、前記光検出手段により検出された第
２の画像と前記各々の画像との各々の相互相関に係わる
出力から第２の画像或いは前記第１の画像群の各々の画
像の出力光複素振幅を調整し、前記の各々の画像にいず
れの画像に対してもその相互相関出力がほぼ同一になる
ように、参照画像を作成し、この出力に基づき第２の画
像の第１の画像群の各々に対応した部分から出力される
複素振幅分布を変化させ、前記複素振幅分布が得られる
画像を１つのフィルタとし、更に、連想或いは識別すべ
き各々の同一と見做したい画像群の組合わせより、同様
のフィルタを複数作成し、これらのフィルタ群を新たに
参照画像群とすることを特徴とする光学的連想識別装置
である。

この第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（例えば11）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（例えば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16）
とからなる装置が好適である。

この第２の光学的フーリエ変換手段（例えば51）から
の出力は、第１の二次元的光電変換素子（例えば61）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（例えば61）からの出力信号に従っ
て電気的に変調される装置が好適である。

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（例えば15）であることが好
適である。

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（例えば45′）であることが好
適である。

前記第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11）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15）であることが好適である。

前記第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）と、前記第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（例えば
45）とから本質的になる装置が好適である。

［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、前記被検画像を表示する画像エリアに同一
と見做したい第１の画像群の各々を重ね合わせた第２の
画像を書き込み、前記参照画像を表示する画素エリアに
前記と同様に同一と見做したい第１の画像群の各々の画
像を書き込み、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、識別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、その空間周波数領域におい
て、光束が前記空間フィルタを通り、第２の画像出力手
段からは、前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、前記第２の画像と、前
記同一と見做したい第１の画像群の各々の画像との形状
の位置及び相関度を表わしたものとなる。ここで、この
二次元的光強度分布が、前記同一と見做したい第１の画
像群の各々の画像に対して、ほぼ等しい相関度を得るよ
うに、前記第１の画像出力の複素振幅分布を変える。即
ち、前記二次元的光強度分布の大きい部分に対応した前
記同一と見做したい第１の画像群の各々の画像の部分か
ら出力される光複素振幅分布を小さくし、この逆の場
合、光複素振幅分布を大きくする。

上記の動作を反復するうちに、前記第２の画像に対し
て、当初、比較的低い相互相関的係数を有する前記同一
と見做したい第１の画像群の各々の画像から出射する光
強度が徐々に増大し、結果的に相互相関的係数が増大す
る。この逆の場合には、相互相関的係数が減少するの
で、すべての前記同一と見做したい第１の画像群の各々
の画像に対してほぼ等しい相互相関的係数を有する前記
同一と見做したい第１の画像群の各々の画像の複素振幅
分布を求めることができる。そこで、前記第１の画像か
ら出力される光複素振幅分布を、上記方法によって求め
た前記同一と見做したい第１の画像群の各々の画像に対
応する光複素振幅分布に変え、前記光複素振幅分布が得
られる画像を１つのフィルタにする。

更に、連想、或いは識別すべき各々の同一と見做した
い画像群の組合わせより、同様のフィルタを複数作成
し、これらのフィルタ群を改めて、参照画像群として、
前記第１の画像出力手段に提示する。

次に、連想或いは識別すべき被検画像を前記第１の画
像出力手段に提示する。この第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
を成しているものとし、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
との形状の位置及び相関度を表わしたものとなる。

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力する
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
が成されるようになる。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、ある程度小さいときに、
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、当初は
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、一つ乃至極少数に絞
られる。

この連想操作によって、識別すべき参照画像の候補を
一つ乃至少数に絞りこんだ後に、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、高速で且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時間
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の光
学的フーリエ変換手段（例えば２）と、 前記第１の光学的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限手段（例え
ば62）とから構成され、被検画像と参照画像との相互相
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。

ここで、先ず、前記被検画像を表示する画像エリアに
同一と見做したい第１の画像群の各々を重ね合わせた第
２の画像を書き込み、前記参照画像を表示する画像エリ
アに前記同一と見做したい第１の画像群の各々の画像を
書き込み、前記一連の手段により相互相関的係数を求
め、該相互相関的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、負帰還的に前記第１の画像出力手段
における前記同一と見做したい第１の画像群の各々の画
像からの出力光強度を変化させることにより、前記同一
と見做したい第１の画像群の各々の画像のいずれのもの
とも、相互相関的係数をほぼ等しくすることができる。
このようにして得た画像の出力光強度に応じて、前記第
２の画像を構成する同一と見做したい第１の画像群の各
々の画像の出力光強度を変化させて、新たな参照画像と
する。このようにして得た参照画像を連想、或いは識別
すべきパターンについて、複数用意し、これらを新たな
参照画像群として、前記第１の画像出力手段に出力す
る。

次に、連想或いは識別したい被検画像を前記第１の画
像出力手段に出力し、前記一連の手段により、再び相互
相関的係数を求め、該相互相関的係数に応じた前記第２
のフーリエ変換手段により、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、相互相関的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
で正確な識別を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乃至複数の表示体（例
えば、画像表示装置16）とからなる。

このとき、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、第２の二次元的
光電変換素子（例えば、二次元的光電変換素子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。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、それ自体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１］ 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、第１の画像出力手段１、光学的フーリエ変換手段
２、空間フィルタ３、第２の画像出力手段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
ピュータ用ディ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
被検画像との相関度に対応して参照画像部分の透過率を
変化させることになる。

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、画像の連想に必要な
空間周波数以外の空間周波数をカットする。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
気信号と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、フーリエ変換面になっており、
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
相関が、参照画像と被検画像と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、先ず、画像ｓを、第４図に示すように、連想或
いは識別したいパターン、例えば、文字Ａの変形パター
ン（回転や大きさの変化、或いは書体の変化等による）
の重ね合わせとして画像表示装置16の画像表示部分16b
に表示する。

一方、各々の変形パターンは、参照画像群として、画
像表示装置16の画像表示部分16aに表示する。この場
合、上記したように、スクリーン52上の光強度は、参照
画像群と被検画像との空間的相互相関の程度を表わした
ものであるから、被検画像ｓに対して、許容度の大きい
パターンを作ることが目的なので、いずれの参照画像に
対しても、相関度が等しいように、画像ｓを作成する必
要がある。

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
決定し、負帰還を掛けることにより、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ｓと最
も低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。尚、＊印は相関演算を表わしている。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し、すべての参照画像に対し
て、ほぼ等しい相関度を得た時点で、各参照画像の透過
率を決定し、この透過率に従い、画像ｓ中の各参照画像
に対する部分の透過率を変え、これを画像処理装置62内
のメモリに蓄えておく。

以上の操作を、連想或いは識別すべきすべての参照画
像に対して施し、複数の画像を作成する。このようにし
て得られた複数の画像をメモリより読み出し、これらを
新ためて参照画像として、画像表示装置16の参照画像表
示部分16aに書き込む。

尚、被検画像表示部分16bが、電気的に入力が可能な
空間光変調器になっている場合には、上記相関度に応じ
て、透過率を変える部分を、被検画像を表示している部
分とし、被検画像ｓを構成する各変形パターンに対応す
る部分の透過率を変えても同様なことができることは言
うまでもないことである。

次に、識別すべき被検画像を画像表示装置16の被検画
像表示部分16bに表示する。この場合、上記したよう
に、スクリーン52上の光強度は、参照画像群と被検画像
との空間的相互相関の程度を表わしたものであるから、
被検画像に対して相関度の高い参照画像に対して光強度
は大きくなる。そこで、本実施例では、スクリーン52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、画像処理装置及び液晶駆動装置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、LC
LV15の透過率を決定し、正帰還を掛けることにより、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。尚、＊印は相関演算を表わし
ている。以下、他の参照画像に対しても同様である。

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（上記手段によって、回転や大きさの
変化、或いは書体の変化に対して感応する画像）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以外の相関ピークの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、スクリーン41上にお
ける干渉縞の可視度が増加する。このとき、当初強い相
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
度のピークを持たないため、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うことも
できる。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
全体に変わらなく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、
画像処理装置及び液晶駆動回路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、その干渉縞に応じた
位置に、相関ピーク出力が得られる。この相関ピーク
は、その二つの画像の相関度を表わすとともに、そのピ
ーク位置が両者が完全に一致したときに、出るべき一致
度のズレにより、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、上記操作により、極小数に限
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
ンジが大きくなくても、スクリーン52上には、十分に精
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認識の欠落の位
置、度合などを検出し、被検画像の認識を確実なものに
することができる。

［実施例２］ 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。これは、第１図における画像出力手段４の部
分を光学的に行なうものである。従って、その他の部分
は、第１図と殆ど同じ構成となるので省略して説明す
る。

第６図に示した光学的連想識別装置においては、被検
画像と参照画像の光学的フーリエ変換像が、フーリエ変
換レンズ21によりインコヒーレント・コヒーレント変換
素子45′に入射される。ここで、インコヒーレント・コ
ヒーレント変換素子は、ミラー44、46及びハーフミラー
48を介して、光束12とは反対側から光学的な変調を受け
る。インコヒーレント・コヒーレント変換素子45′上の
パターンは、上記被検画像と参照画像のフーリエ変換の
空間的光強度分布パターンになっているので、これを光
束47によって読み出し再びフーリエ変換レンズ51により
フーリエ変換すれば、スクリーン52上に、相関出力を得
ることができる。第６図の装置の構成、並びに、動作
は、第１図の説明と同様なので以下省略する。

また、第１図の画像表示装置16の被検画像表示部に、
インコヒーレント・コヒーレント変換素子を使用し、被
検物体の像を結像レンズなどにより、導いても同様なこ
とができることは、言うまでもない。

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。

尚、参照画像表示部分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、画像の書き換えが容易とな
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行き、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、上記の実施例における空間フィルタ３は、基本
的に空間光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、都合が良い。また、機械
的な絞りと同様な構成にすることができる。

上記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。

［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、参照画像群を学習的な手法によって、連想或
いは識別したい画像の回転や大きさの変化或いは書体の
相違等に感応するようにすることで、被検画像の変形に
も冗長度をもたすことのできる光学的連想識別装置が提
供できた。

第３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
学的連想識別装置が提供できた。

【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変形パ
ターンの参照画像を作成する方法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における出力の関
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。 ［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 13……ビームエキスパンダ 14……ビームスプリッタ 15、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 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 44、46……ミラー 45′……インコヒーレント・コヒーレント変換素子 48……ハーフミラー 62……画像処理及び液晶駆動回路

Claims (7)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【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性の空間フィルタと、 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
   の相互相関が全体に変わらなくなった時点で、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
   手段から本質的に構成され、 前記被検画像を表示する画素領域に同一と見做したい第
   １の画像群の各々を重ね合わせた第２の画像を書き込
   み、前記参照画像を表示する画素領域に前記同一と見做
   したい第１の画像群の各々の画像を書き込み、前記光検
   出手段により検出された第２の画像と前記各々の画像と
   の各々の相互相関に係わる出力から第２の画像或いは前
   記第１の画像群の各々の画像の出力光複素振幅を調整
   し、前記の各々の画像のいずれの画像に対してもその相
   互相関出力がほぼ同一になるように、参照画像を作成
   し、この出力に基づき第２の画像の第１の画像群の各々
   に対応した部分から出力される複素振幅分布を変化さ
   せ、前記複素振幅分布が得られる画像を１つのフィルタ
   とし、更に、連想或いは識別すべき各々の同一と見做し
   たい画像群の組合わせより、同様のフィルタを複数作成
   し、これらのフィルタ群を新たに参照画像群とすること
   を特徴とする光学的連想識別装置。
2. 【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
   数の表示体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。
3. 【請求項３】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。
4. 【請求項４】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。
5. 【請求項５】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。
6. 【請求項６】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の空間光変調器で
   あ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。
7. 【請求項７】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と、
   前記第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１〜６項のいずれかに記載される光学的連想識
   別装置。