JPH03500694A

JPH03500694A - 単一面構造の光学相関器

Info

Publication number: JPH03500694A
Application number: JP1506475A
Authority: JP
Inventors: ファイン，ジョン　ヴィ
Original assignee: グラマン　エアロスペース　コーポレーション
Priority date: 1988-05-31
Filing date: 1989-05-17
Publication date: 1991-02-14
Also published as: US4903314A; DE68914625T2; WO1989012284A1; EP0375765B1; EP0375765A1; EP0375765A4; DE68914625D1; CA1319036C

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】単一面構造の光学相関器この発明は、一般に入力像についての認識や外観情報を得るマツチド・フィルター・メモリ　（ｍａｔｃｈｅｄ　ｆｌｌｔｅｒｍ　ｅ　ｍ　ｏ　ｒ　ｙ　）に利用されるコンパクトな単一面構造の光学相関器に関するものである。

より詳細には、この発明は、相関器の光学素子の幾つかの構造、成形および配列を簡略化することのできるコンパクトな単一面構造の光学相関器に関するものである。

従来の光学相関システムは、入力像についての認識、位置および外観情報を得るために、入力像と単一あるいは複数（ｍ　ｕ　ｌ　ｔ　ｉ　ｐ　１　ｅ　）のマツチド・フィルター・メモリ内に記憶された光学情報とを光学的に比較していた。一つの開示された実施例では、入力像は空間光変調器に向けられて空間的にコヒーレントな放射光とされる。この空間的にコヒーレントな放射光は、この光のフーリエ変換の複数の組み合わせの配列を得るため、複数のフーリエ変換演算を行なう複数のホログラフ・レンズ（ｈｏｌｏｇｒａｐｈｌｃ　１ｅｎｓ）がその面上に記録されたガラス写真板に向けられている。第２のガラス写真板の面上に記録されたマツチド・フィルタ・−の対応する配列には、前記フーリエ変換の配列が入射され、それぞれのマツチド・フィルターは知ろうとする物体の外形寸法についてのフーリエ変換ホログラムから構成されている。それぞれのマツチド・フィルターは、空間的に変調された放射光とフィルター上に記録されたフーリエ変換ホログラムとの相互相関関数値に依存する光学相関信号を透過させる。逆フーリエ変換レンズはマツチド・フィルターの配列からの出力である光学相関信号を受信し、このレンズ上で逆フーリエ変換を行なう。検出器は光学相関信号の逆フーリエ変換を検出し、これを表す検出信号を出力する□コノタイプの光学相関器の問題点の一つは・複数のマツチド。

フィルターがその面上に記録されたガラス板に関し、複数のホログラフ・レンズがその面上に記録されたガラス板をいかに適正かつ精確に位置決め及び配置するかという点にある。それぞれのホログラフ・レンズは、こ五に対応するマツチド・フィルターに関して基準公差にして１ミクロン以下の精度で精確に位置決めされなければならない。

また、この位置決め及び配置の問題点として、複数のマツチド・フィルターがその面上に記録された第２のガラス板が、通常、このガラス板の成形や記録に用いられる複数のホログラフ・レンズのガラス板と組み合わされてしか用いられないという問題点がある。この点において実際の問題としては、複数のマツチド・フィルター板は、通常、このフィルター板の成形や記録に眉いられる複数のホログラフ・レンズ板とベアとなり、そしてこのガラス板のベアはその状態が維持されて一緒に使用される。

このタイプの光学相関器の別の問題点は、特に光学相関器の使用時や操作時中において、光学素子をいかにその位置に安定した状態で、しかも外部からの運動や振動に影響されずに、精確に配置しかつ位置決めさせておくかという点にある。

従って、いかなる外部振動も遮断し、そして光学素子の安定性や位置決めをいくらかでも精確に維持するために、光学相関器は安定したオプチカルベンチやオプチカルテーブル上に配置されてこの上で操作されることが度々ある。

このタイプの相関器の更に別の問題点は、温度勾配が光学相関器の安定化を妨げないように、安定した温度環境下において光学素子の精確な配置及び位置決めを維持するかという点にある。

加えての問題点は、通常オプチカルベンチやオプチカルテーブルの上面全体に広がるほど、相関器全体の構成が一般的に大規模になるという点であり、この相関器の大規模化は一般に相関器の実際の応用を妨げている。

この発明は、入力像の認識や外観情報を得るためにこの入力像とマツチド・フィルター・メモリー内に記憶された光学情報とを光学的に比較する光学相関器のためのコンパクトなシステムの実現を目的としている。このシステムは、空間的に変調された放射光を得るための解析すべき入力像を含む空間的に変調された参照光放射手段と、少なくとも一つのホログラフ・レンズがその面上に記録された単一（ｕｎｔｔａｒｙ）の光学板とを有し、当該光学板には空間的に変調された放射光が入射されて、この空間的に変調された放射光のフーリエ変換を得るために前記光学板上でフーリエ変換演算がなされ、前記単一の光学板には同様に前記フーリエ変換が入射されるマツチド・フィルターがその面上に少なくとも一つ記録され、各マツチド・フィルターは知ろうとする物体の外観についてのフーリエ変換のホログラムを有し、前記マツチド・フィルターに記録されたフーリエ変換と空間的に変調された放射光のフーリエ変換との相互相関関数値に依存する光学相関信号を透過きせる。また、このシステムは、各マツチド・フィルターからの光学相関信号の出力を受信し、これら各光学相関信号の出力の逆フーリエ変換演算を行う少なくとも１枚の逆フーリエ変換レンズと、この少なくとも１枚のフーリエ変換レンズからの出力を検出して、これを表す検出信号を出力する検出手段とを有している。

この明細書の開示するところにより、本発明によれば、入力像の認識や外観情報を得るためにマツチド・フィルター・メモリーに記憶された光学情報と入力像とを光学的に比較する光学相関器のためのコンパクトなシステムを実現することができる。

このような光学相関器においては、参照先の放射ビームは解析すべき入力像を含んだ形で空間的に変調される。単一の光学板にはその面上に少なくとも一つのホログラフ・レンズが記録され、この光学板には前記空間的に変調された放射光が入射され、この空間的に変調した放射光のフーリエ変換が得られる。前記単一の光学板には同様にその面上にマツチド・フィルターが記録され、このマツチド・フィルターにはフーリエ変換が入射される。このマツチド・フィルターは、当該マツチド・フィルターにより記録されたフーリエ変換と前記空間的に変調された放射光のフーリエ変換との相互相関関数値に依存する光学相関信号を透過させる。前記単一の光学板には更にその面上に逆フーリエ変換レンズが記録され、この逆フーリエ変換レンズは各マツチド・フィルターからの相関信号の出力を受信して、このレンズ上で逆フーリエ変換演算を行う。最後に一つの検出器が前記フーリエ変換レンズからの出力を検出して、これを表す検出信号を出力する。

より詳細には、前記単一の光学板は一方向に延在する写真板からなり、この写真板の一端部にある第１の領域にはホログラフ・レンズが記録され、中央部にある第２の領域にはマツチド・フィルターが記録され、他端部の近傍にある第３の領域にはフーリエ変換レンズが記録されている。第１の反射体は前記単一の光学板の一端部上に近接されて配置され、ホログラフ・レンズからのフーリエ変換の出力を反射して前記単一の光学板上のマツチド・フィルターに戻す。第２の反射体は前記単一の光学板の他端部上に近接されて配置され、マツチド・フィルターからの光学相関信号を反射して前記単一の光学板上の逆フーリエ変換レンズに戻す。好ましい実施例としては、単一の光学板にはその面上に複数のホログラフ・レンズと、これに対応するマツチド・フィルターの複数の配列とが記録され、各マツチド・フィルターは１つのホログラフ・レンズの出力に対応している。

逆フーリエ変換レンズは、複数のマツチド・フィルター内に記録された異なるタイプの物体像で決定されるｌまたはそれ以上のレンズから構成することができる。

前記単−の光学板は、１枚構造の光学板であることが好ましい。しかしながら、１つの光学要素がその面上に記録された異なる複数の光学板を保持用の接着剤で基板に接着し、単一の光学板をなすようにすることもできる。

本発明の詳細な説明するために、以下の図面を参照して好ましい実施例について説明する。しかしながら、ここに示された配置や手段によって本発明は不必要に限定されない。

第１図の上部は入射像のフーリエ変換演算を行うレンズ及び参照光を含むマツチド・フィルターの成形を示す図であり、第１図の下部は入力像のフーリエ変換を表す複数のホログラフ・レンズ及び参照光を含むマツチド・フィルターの成形を示す図である。

第２図は複数のマツチド・フィルターをメモリーとして使用した光学相関器の第１実施例の概略構成図である〇第３図は第２図の光学相関器と類似の構成を有する光学相関器の第２実施例の概略構成図である。

第４図は複数のホログラフ・レンズと、これに対応する複数のマツチド・フィルターの配列と、１つの逆フーリエ変換レンズとが記録された１枚構造の写真板を示す図である。

第５ｒｇＪは第４図に示す写真板が本発明により開示された光学相関器の内部に配置された状態を示す図である。

本発明に係る多数の要素や概念がこの説明中に用いられているが、これらは光学相関器の機能や操作の一般的原理を理解する上で必須のものであり、従って、以下にこれら概念のうち幾つかについて最初に説明を行う。

ホログラフ・レンズ（ＨＬ）は拡張する点状の放射源と平行な放射光との干渉縞を記録することにより製造され、点光源のホログラムを作り出す。（写真フィルム板上にある場合のように、記録及び処理後において）ホログラフ・レンズに光を当てると、点光源が再現され、すなわちこのホログラフ・レンズは通常のレンズの役割をもっている。そして、この記録作業を繰り返すと、点光源のホログラムの列、あるいは複数のホログラフ・レンズ（ＭＨＬ）がフィルム上に記録される。

ここで述べられる光学相関器は、空間的に変調された入力放射レーザー光のフーリエ変換の配列を得るために、複数のホログラフ・レンズの配列のオフセット角、位置及び焦点距離の実現性のある分布を利用する。一般的には、この配列に特に要求されるものは、そこに位置付けられる特別の応用により決められる。要するに、１つのホログラフ・レンズによれば光を当てられた風景や対象物からの空間的に変調さ、れたレーザー光のフーリエ変換を得ることができると共°に、複数のホログラフ・レンズによれば同様にフーリエ変換の複数の組み合せを得ることができる。複数のホログラフ・レンズの配列は、通常、これに対応する複数のマツチド・フィルターと結合して使用される。

実際の応用では、複数のマツチド・フィルターとこれに対応する複数のホログラフ・レンズとは非常に精確にその相互間の位置決めがなされなければならず、そのため、複数のマツチド・フィルターを成形、記録するのに用いられるホログラフ・レンズの配列は、光学相関器の操作中においては常にこの複数のマツチド・フィルターとペアにされて使用される。

第１図に示すように、（風景や対象物等の記録像１４を透過することにより）空間的に変調された平行光１２がレンズ１０に入射すると、このレンズｌＯによりその焦点距離の位置に像１４のフーリエ変換が生成され、これは写真フィルム板１６上に記録することができる。これが通常のレンズの特性である。

このフーリエ変換が平行（または参照）光１８と干渉させられると、干渉縞を得ることができる。これはフーリエ変換ホログラム、またはマツチド・フィルター（ＭＦ）と呼ばれ、入力像の光学的空間フィルターである。このマツチド・フィルターが用いられた光学相関器のシステムに、後に任意の風景を映す光が透過されると、このマツチド・フィルターはフィルターをつくるのに寄与した物体情報を取り出してこれを透過させる。フィルターを透過された信号は再度フーリエ変換され、光学相関信号が検出される。もし、前記景色内にマツチド・フィルターを形成した物体が存在すれば、幅が狭く強度の大きい相関信号が得られ、一方、物体が存在しなければ幅が広く強度の小さい相関信号が得られる。

特に第１図の下部に示すように、複数のホログラフ・レンズの配列１９に空間的に変調されたレーザー光が入射すると、ＭＨＬの配列１９によりその焦点平面上に物体のフーリエ変換の配列が生成される。平行参照光１８がこのフーリエ変換の配列と干渉されてフーリエ変換ホログラムまたはマツチド・フィルターが生成され、これはマツチド・フィルター板またはフィルム１６上に記録される。ＭＨＬによりフーリエ変換（ＦＴ）が繰り返され、そして、ＭＨＬの配列内で行われるように、１回のＦＴの代わりに多数のＦＴが行われる。操作の前に、マツチド・フィルター（ＭＦ）がＭＨＬの−の焦点に対応する各点において成形される。

このＭＦの配列は光学相関器の光メモリーを構成する。このＭＦは多数の対象物により成形してもよく、また１つの物体から得られる多数の外観から成形してもよく、当然これらの組み合せであってもよい。操作中は、配列中の全てのＭＦは、適正な操作のために基準公差として１ミクロン以下の公差で精確に位置決めされなければならない。

第２図は複数のホログラフ・レンズ及び複数のマツチド・フィルターの配列が使用された光学相関器の典型例の概略構成図である。この概略構成図には３Ｘ１配列の複数のホログラフ・レンズと３Ｘ１配列の複数のマツチド・フィルターが示されている。しかしながら、任意のｎＸｎ配列の複数のホログラフ・レンズやｎＸｎ配列の複数のマツチド・フィルターをこの光学相関器に利用できることは勿論である。第２図に示すように、知ろうとする物体２０は、光学相関器の入力位置に配置され、この物体２０の像は入力レンズ２２を介して空間光変調器（ＳＬＭ）２４上に結像され、このＳＬＭ２４は、前記像を変調して、レーザー発振器２６から鏡２８及びビームスプリッタ−３０を介して導光されたレーザー先玉に乗せる。空間的に変調されたレーザー光は、複数のホログラフ・レンズ３２によりフ−リエ変換され、これに対応する複数のマツチド・フィルターの配列３４上に向けられる。逆フーリエ変換レンズ３６はマツチド・フィルターからの出力を逆フーリエ変換し、その結果を検出器の配列３８に出力する。この検出器３８からの出力信号は処理装ｆ１４０により電気的に処理され、制御信号として出力さ第３図は第２図と類似の構成を持つ第２の光学相関器を示し、この光学相関器では、複数のマツチド・フィルターからの相関出力が全て１つの逆フーリエ変換レンズ４２に向けられ、この逆フーリエ変換レンズ４２はこれらの出力を有効に集積して１つの検出器４４へと向け、この検出器４４は１つの相関信号を出力する。光学相関の手法において周知のように、別体をなす逆フーリエ変換レンズ及び検出器の必要数は、マツチド・フィルター内に記憶され、そして光学相関器により処理される互いに異なる対象物の数に一般的に依存する。

第４図は、符号４８でその概略が示される複数のホログラフ・レンズと、このホログラフ・レンズ４８に対応し、符号５０でその概略が示されるマツチド・フィルターと、符号５２でその概略が示される１つの逆フーリエ変換レンズとがその面上に記録された１枚の写真板４６を示す図である。この図は概略的に示されており、各要素は実際には第４図に示されるような形状には見えない。これは、実際の各要素の外観を表現するのは大変難しく、また一般的に外観でその内容を知り得ないからである。この実施例では、単一の光学板は一方向に延在する写真板を有し、この写真板の一端部には複数のホログラフ・レンズ４８が記録され、その中央部には前記ホログラフ・レンズ４８し；対応するマツチド・フィルターの配列５０が記録され、その他端部の近傍にはフーリエ変換レンズ５２が記録されている。

第５図は第４図に示す写真板が本発明により開示された光学相関器の内部に配置された状態を示す図である。空間的に変調された参照光５４は、典型的にはコヒーレントなレーザー光であるが、空間光変調器２４のようなものにより知ろうとする物体像を含んだ形で空間的に変調され、第２図や第３図に示す光学相関器と同様の手法により複数のホログラフ・レンズ４８に向けられる。第１の反射体５８は前記単一の光学板４６の一端部上に近接されて配置され、ホログラフ・レンズからのフーリエ変換の出力を反射して前記単一の光学板上のマツチド・フィルター５０に戻す。第２の反射体５８は前記単一の光学板４６の他端部上に近接されて配置され、マツチド・フィルターからの光学相関信号を反射して前記単一の光キ板上の逆フーリエ変換レンズ５２に戻す。マツチド・フィルターからの出力は逆フーリエ変換レンズ５２により集められ、一つの光学検出器６０で検出される。

他の実施例としては、第５図中に点線で符号６２で示されるように、空間光変調器２４を写真板４６上に直接載置してもよい。また他の実施例としては、高純度の光学ガラスで形成された立方体の一面に写真フィルムを設けることで写真板４６を構成し、これに対向する面を鏡面仕上げすることで鏡（反射体）５６を構成してもよい。さらには、立方体より複雑な形状とすることで、ガラス多面体の他の面を鏡面仕上げして鏡（反射体）５８を構成してもよい。ただし１、これらの実施例においては、光学的損失が最小となるような高純度の光学ガラスを用いるべきである。

以上、単一面構造を有する光学相関器の実施例について詳細に説明したが、本発明の開示する内容に関して、当業者あれば多数の変形例を示唆できることは明らかである。

−隼、紺り一、−焦、覗島鴨ＦＩＧ、　３国際調査報告

Claims

【特許請求の範囲】

（１）入力像の認識や外観情報を得るために、この入力像とマッチド・フィルター内に記憶された前記入力像の光学情報とを光学的に比較するコンバクトな単一面構造の光学相関器であって、空間的に変調された放射光を得るための解析すべき入力像を含む空間的に変調された参照光放射手段と、少なくとも一つのホログラフ・レンズがその面上に記録された単一の光学板とを有し、この光学板には空間的に変調された前記放射光が入射されて、この空間的に変調された放射光のフーリエ変換を得るために前記光学板上でフーリエ変換演算がなされ、前記単一の光学板には前記フーリエ変換が入射されるマッチド・フィルターが同様にその面上に少なくとも一つ記録され、各マッチド・フィルターは知ろうとする物体の外観についてのフーリエ変換のホログラムを有し、前記マッチド・フィルターに記憶されたフーリエ変換と空間的に変調された放射光のフーリエ変換との相互相関関数値に依存する光学相関信号を透過させ、また、前記光学相関器は、各マッチド・フィルターからの光学相関信号の出力を受信し、これら各光学相関信号の出力の逆フーリエ変換演算を行う少なくとも１枚の逆フーリエ変換レンズと、この少なくとも１枚のフーリエ変換レンズからの出力を検出して、これを表す検出信号を出力する検出手段とを有していることを特徴とする単一面構造の光学相関器。
（２）入力像の認識や外観情報を得るために、この入力像とマッチド・フィルター内に記憶された前記入力像の光学情報とを光学的に比較する請求項１記載のコンバクトな単一面構造の光学相関器であって、前記単一の光学板には少なくとも１枚の逆フーリエ変換レンズもその面上に記録されていることを特徴とする単一面構造の光学相関器。
（３）入力像の認識や外観情報を得るために、この入力像とマツチド・フィルター内に記憶された前記入力像の光学情報とを光学的に比較する請求項２記載のコンバクトな単一面構造の光学相関器であって、前記単一の光学板は１枚の写真板からなり、この写真版の第１の領域にはホログラフ・レンズが少なくとも１枚記録され、第２の領域にはマッチド・フィルターが少なくとも１枚記録され、第３の領域には逆フーリエ変換レンズが少なくとも１枚記録されていることを特徴とする単一面構造の光学相関器。
（４）入力像の認識や外観情報を得るために、この入力像とマッチド・フィルター内に記憶された前記入力像の光学情報とを光学的に比較する請求項３記載のコンバクトな単一面構造の光学相関器であって、前記１枚の写真板は一方向に延在する板からなり、この板の一端部には前記第１の領域が設けられ、中央部には前記第２の領域が設けられ、他端部近傍には前記第３の領域が形成されていることを特徴とする単一面構造の光学相関器。
（５）入力像の認識や外観情報を得るために、この入力像とマッチド・フィルター内に記憶された前記入力像の光学情報とを光学的に比較する請求項４記載のコンバクトな単一面構造の光学相関器であって、前記単一の光学板には、前記少なくとも１枚のホログラフ・レンズからのフーリエ変換の出力を反射して前記少なくとも１枚のマッチド・フイルターに戻す第１の反射手段が、その一端部上に近接されて配置されていると共に、このマッチド・フィルターからの光学相関信号を反射して前記少なくとも１枚の逆フーリエ変換レンズに戻す第２の反射手段が、その他端部上に近接されて配置されていることを特徴とする単一面構造の光学相関器。
（６）入力像の認識や外観情報を得るために、この入力像とマッチド・フィルター内に記憶された前記入力像の光学情報とを光学的に比較する請求項５記載のコンバクトな単一面構造の光学相関器であって、前記単一の光学板の前記第１の領域には複数のホログラフ・レンズが記録され、また、前記第２の領域には、それぞれが前記ホログラフ・レンズの１つの出力に向けられたマッチド・フィルターの配列が記録されていることを特徴とする単一面構造の光学相関器。
（７）入力像の認識や外観情報を得るために、この入力像とマツチド・フィルター内に記憶された前記入力像の光学情報とを光学的に比較する請求項２記載のコンバクトな単一面構造の光学相関器であって、前記単一の光学板には、前記少なくとも１枚のホログラフ・レンズからのフーリエ変換の出力を反射して前記少なくとも１枚のマッチド・フィルターに戻す第１の反射手段が、その一端部上に近接されて配置されていると共に、このマッチド・フィルターからの光学相関信号を反射して前記少なくとも１枚の逆フーリエ変換レンズに戻す第２の反射手段が、その他端部上に近接されて配置されていることを特徴とする単一面構造の光学相関器。
（８）入力像の認識や外観情報を得るために、この入力像とマッチド・フィルター内に記憶された前記入力像の光学情報とを光学的に比較する請求項１記載のコンバクトな単一面構造の光学相関器であって、前記単一の光学板の第１の領域には複数のホログラフ・レンズが記録され、第２の領域には、それぞれが前記ホログラフ・レンズの１つの出力に向けられたマッチド・フィルターの配列が記録されていることを特徴とする単一面構造の光学相関器。
（９）入力像の認識や外観情報を得るために、この入力像とマッチド・フィルター内に記憶された前記入力像の光学情報とを光学的に比較する請求項１記載のコンバクトな単一面構造の光学相関器であって、前記単一の光学板は１枚の写真板からなり、この写真板の第１の領域にはホログラフ・レンズが少なくとも１枚記録され、第２の領域にはマッチド・フィルターが少なくとも１枚記録され、第３の領域には逆フーリエ変換レンズが少なくとも１枚記録されていることを特徴とする単一面構造の光学相関器。