JPH02293828A - 光学的連想識別装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［）１ｅ業トの利用分野］ 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Ｊる． ［従来の技術及び発明が解決しようとする問題点］従来
、光学的に不完全画像から完全画像を連想−゛るノｊ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ｌＧ号（　１　９８８）１５２２〜１５２
７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、つ一つの参照画像に対して、参照尤
の照射角度を変えて、記録した多重化ホＩＩグラム９８
と、それに対してノ（役な波面を記録したホ［１グラム
９９とを作り、ホ１１グシｌ、９８に対して不完全画像
Ａ゛を入力し、ホＩＩ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
た時の参照尤の方向に出射することを利川し、その出射
光がホログラム９９を照射［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１−る帰還構造９３と非腺形過程
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［１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．ｆ！１シ、
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『Ｊ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１１
グラｌ、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１ると共に、参照尤
の方向を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髪としており、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町能
であり、従って、大まかな連想と細部にわたる比較を同
−のメモリで行なうことができなかった． 本発明は、］一記の問題点を解決するために為されたも
ので、ホ１１グラソイ等の手段を用いφ゛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１るこ
とにより、参照画像群の個数を飛＆Ｖ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１１的にする．更
に、本発明は、以１−のような演算Ｊｊ式で、同−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
囲を可変としで、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Ｖ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、１二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；ＩＰ−レン
Ｆ・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ＩＩ丁能な第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４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尤の受光範囲を
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４−べき細部に応じた空間周波数範囲に
制限す−る空間ノイルタ（例λば３）と、 前記空間′フィルタを通った前記第１の光学的ソリ−ｉ
ｆ換手段からの光出力の空間的九強度分布パターンに応
じてコヒー［．ン］・な二次元的出ｑ１尤複素振幅分布
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一二次
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１−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λ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゛７イルタの
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］ ｌ１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の光学的クーリ
エ変換手段により、フーリエ変換され、参照画像群と被
検画像とによる多虫干ｆＪＡ縞を形成［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′ノイルタの制限する空間周波数範
囲を連想−４べき画像の大きさに対応着る空間周波数範
囲に設定し、被検画像と参照画像ｔ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便のな
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、１一記の多重Ｆ′−渉縞の尤強度分布に応じた光強
度分布或いは位相分布を有ずる：ＪＬ−レント光束が出
射される．前記−】Ｌ−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ーｒ−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． 、一こで、この二次元的尤強度分布は、前記第１の画像
出力手段に入力され、ｎ；１記第１のｌｌｉｎ像出力手
段の出力光強度は、前記二次元的九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． 」二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１−べき、参照画像の個数が少
なくなる．そして、比較４゜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モ
渉縞の可視度は、−Ｌ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−・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ｔので、当初相η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九強度は、増加［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、徐々にト昇し、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．、一の連想によって、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１−る空間周波数範囲を画像の識別−゜べさｍ
部構造に対応した空間周波数までとし、被検画像と−Ｌ
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λ．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き
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
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、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−っ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、液晶ライトバルプ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５２Ｆ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１−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の二次元的充電変換
素ｆ（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
プ１５）を変調ｊ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
液晶ライトバルプ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く例えば１６’の他の一
部》は、インコヒーレン１−・：Ｊ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１・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Ｉｉｆ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、：Ｊ　Ｐ
．−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の二次元的充電
変換手段（例えば４２）からの信号（例えば４２から４
５への）に基づいて、入射した光束の複素振幅分布を変
調しで出力する第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、−１トーレントな光
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、その尤学的特性が二次元的或
いは王次元的に変化φ″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Ｗｔ．図において、光学的連想識別装置
は、画像出力手段ｌ、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から構成きれ、以下、その構成につい
て、詳細に説明ずる．ｔ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ｂ：
ｒ−キスバンダ１３で、適当な光束径に変換され、ビー
ムスゾリッタ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
プ（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７
−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φ一ように、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ー）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
＝Ｔ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、ＣＯＤ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ＬＣＬ
Ｖ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、：Ｊ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（７）ＬＣＬＶ４　
５もＬＣＬＶ１　５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で出射させる．このＬＣＬ
Ｖ４　５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、ここでは共有きれ
でいることになる． 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、ＬＣＬＶ４　５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λ．ば、Ｃ
ＣＤ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、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
を例として以丁説明する．画像表示装置１６Ｆ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　つが
、一部欠落したものとして、考え、例えば、第４図に示
［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４　１−１．の光強度パ
ターンＮｆ’．）は−、以下のようになる． １　（ｆ．）−　１Ｓ＋Ａ・ｃｘｐ（ｊ２πｆ．ａ．）
ｌ”＝　Ｉｓ＋”　＋ＩＡＩ”＋Ｓ１１Ａ−ｅｘｐ（ｊ
：２ｒｆ．ａ，）＋ｃ．ｃ．−−−−−−一−＜　１　
） ここで、ｆｗ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１−． ここで、ＳとＡは、各々、 Ｓ＝　（ｓｉｎ（　ｒｔ　・ａ４．）／π・ａ−ｆ．｝
−ａＡ＝　｛ｓｉｎ（２ｘ　ａｆ．）７２７ｒ　ａｆ．
｝４ａと表わされる． さて、Ｉ　（ｆ．）＝　（１５１”ｆａｔ”）（１＋ａ
ｃｏｓ（２πａｆ．）｝なので、スクリｉン４１上での
ト渉縞の＝ｒ視度ｍは、 ｍ　−　２ＳＡバＩＳｌ”ｌａｌ”） となる．従って、低周波数領域では、ｆ，　−　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　＝　ｓｉ
ｎ（　ｙｒ　ａｆｌ）／　ｓｉｎ（２πａｆ，）のとき
、ｍ’−１となる．従って、低周波数領域では、ｆ．→
０として、Ｋ−１／２にすると、干渉縞の：Ｊントラス
トは、最大になる． ところで　−Ｌ記の光強度パターンＩ　（ｆ．）をＬＣ
ＬＶ４５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Ｊ−ン５２上
の光強度パターンＩ　（ｘ）は、＝　ｓ傘ｓ＋ａ本ａ＋
ｓ＊ａ｛　Ｓ　　（ａｍ−ｘ）＋（ａ．＋ｘ）｝−−−
−（２）となる． ここで、車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〃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ｌｉ相関度のピー
クが、画像表示装置１６ｌ：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＊８は、フーリエ変換面上の下渉縞の可視度に
関係しており、全光量のｍ／４に相当する光址が、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、“７スキングしたノｊ（Ｋ＝
１／２）が、相Ｉｉ相関量は、相対的に大きくなる．１
．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４′生じることであり、被検画像の他の一部が、
参照画像の−・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１−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のトの光強度を
−二二次元光電変換素子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、この徹に，応じてＬＣＬｖ１
５の透過率分布を決定することにより、各参照画像に照
射する光量を変化きせる．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ＬＣＬＶＩ　５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ｓｅａ／　９柿となるように
、ＬＣＬＶ１５の参照画像ａを照射４″る光束が透過す
る画素部分の透過率を決定する．以｝゛、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猜を変化さ
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−・部が欠落したバタンであった場合
の試行回数とスクリーン５２Ｆの出力の関係である．こ
のように、連想１−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ａ１　ｅ，ｄは、１回１回その照射
光覗が少なくなり、一ノｊ１連想すべき参照画像Ｃに対
しては、１一述のように、スクリーン４１Ｆ：における
ト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
、数回のシ（行の後に光ｌ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ｔべき対象が少なくなり、干渉縞の
ｉｒ視度が卜昇し、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措は、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、実質上もっとも相闇度の高い参照
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
（ｓｅａ）／　ｆ（ｓｏｂ）としても可能である． さて、Ｆ述のようにし天、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Ｉノ−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ケえられれ
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４
２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鯉においては、レーザ
１ｌを出射した光束１２は、ビームエキスバンダ１３を
通り、偏光ビームスブリッタ１４゜に入射する．偏光ビ
ームスブリッタ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． 統いて、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１１型液晶ライトバルプである．この液晶ラ
イトバルブは、透明電極７２と７８で挾んだ液晶パネル
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ｒＩｒ．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｛１Ｍ　（図では右（ＩＩＩ）に配置され、こらら
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７０ａ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、ＬＣＬＶＩ　５　’に入射した古
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の強度分布に応して、偏光ビーム
スプリツタ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−な光量が偏光ビームスプリツタ１４゛
を透過するようにされている． さて、偏光ビームスブリッタ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１
６上の複素振幅のフーリエ変換による強度パターンをＬ
ＣＬＶ４５’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゜に対ずる読み出し光Ｂは、偏光ビー
１・スブリッタ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、偏光ビームスブ
リッタ４８に対して、Ｓ偏光となっているので、光束４
７は、ほぼすべてが反射され、ＬＣＬＶ４　５゜に入射
し、その読み出し光となる．ＬＣＬＶ４　５　’に入射
した光束４７は、ＬＣＬＶＩ　５　’における光束ｌ２
と、同様に変調を受け、フーリエ変換レンズ５１により
、ＬＣＬＶ４５’に入射した光束１２０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Ｌ
ＣＬＶ１５゜に入射ずる．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、ＬＣＬＶＩ　５′」一ノ
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κ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で検出ず
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がーＩン！１７−
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Ｉ二の差異はあるが、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　１１気アドレス型の例としては、
」二述の液晶パネルの他に、ＰＬＺＴやＫ　Ｄ　Ｐ　％
Ｂ　Ｓ　Ｏ　（　Ｂｉ＋ｔＳｉＯｍ＊）等の電気光学効
果を示すセラミックスや結晶にマトリンクス電極を付加
したものが良く使用きれている． 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Ｂａ　Ｔ　ｉ
　Ｏ　ｓ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ｊること
かできる．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
光と古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！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し−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［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−レント変換ｆ：ｒに照射ずるための
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１゛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８ＩｙＪの
光学的連想識別装置において、レーザ１１からの光束１
２は、ビーｌ，スプリツタ１４で反射されて画像表示装
置１６゜に入射ずる．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ＬＣＬ
Ｖ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によリ、インコヒーレント・フヒ
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、
二次元光電変換素千６１で検出き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！！
１６゜から出射すべき光強度の情報とが重畳きれたもの
となっている．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凶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． −Ｌ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−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１″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ｂ（行回数に対４゛る光検出手段６のおける出力
の関係を示すグラ′ノである．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４“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 １　１　．．．．．．．．レ〜ザ １２、４　７　．．．．．．．．光束 １　４　．．．．．．．．ビームエキスパンダ１４゜　
４　８　．．．．．．．．偏光ビームスプリッタｌ　５
、　１　５　゜　　ｌｌｌｉ’　、　４　５、　４　　
５　　’　．．．．．．．．液晶ライトバルプ ６　．．．．．．．．画像表示装置 ６　ａ　．．．．．．．参照画像表示部６　ｂ　．．．
．．．．．被検画像表示部７　．．．．．．．．結像レ
ンズ ８　．．．．．．．．被検物体 １、５　１　．．．．．．．．フーリエ変換レンズ１、
５　２　．．．．．．．．スクリーン２、６　１　．．
．．．．．．二次元光電変換素子３　．．．．．．．．
ビデオアンプ及び液晶駆動回路６　．．．．．．．．　
２分の１波長板０　．．．．．．．．偏向ビームスブリ
ッタ４、５３．．．．．．．，ミラ ４　．．．．．．．．ハーフミラ ２　．．．．．．．．画像処理及び液晶駆動回路０　．
．．．．．．．反射型液晶バルブＯ　ａ　．．．．．．
．．分画画素 １、７　６　．．．．．．．．ガラス基板２、７　Ｂ　
．．．．．．．．透明電極３　．．．．．．，．スベー
サ ４　．．．．．．．．液晶層 ５　．．．．．．．．誘電体ミラー ？　．．．．．．．．光導電層 ０　．．．．．．．．参照画像メモリ 特許出願人　　住友セメント株式会社

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. （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。
2. （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. （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。
4. （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。
5. （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。
6. （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
   。
7. （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。
8. （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。
9. （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。