DE69028577T2 - Optisches Mustererkennungsgerät - Google Patents

Optisches Mustererkennungsgerät

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DE69028577T2
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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft optische Mustererkennungsvorrichtungen zur Verwendung bei optischer Korrelationsverarbeitung unter Verwendung kohärenten Lichts, um automatische Mustererkennung oder Messung im Bereich der optischen Informationsverarbeitung und des optischen Messens auszuführen.
  • Herkömmlicherweise verwenden optische Mustererkennungsvorrichtungen und Korrelationsverarbeitungsvorrichtungen im allgemeinen einen gemeinsamen Transformierungskorrelator. Wie beispielsweise in Fig. 2 dargestellt, wird bei einer derartigen Vorrichtung ein räumlicher Lichtmodulator vom lichtadressierten Typ verwendet, wie es in den offengelegten japanischen Patentanmeldungen Nr. JP-57-138616, 57- 210316 und 58-21716 offenbart ist. Bei der Vorrichtung nach Fig. 2 weist eine Platte 5 ein gemeinsames Bild auf, welches aus einem Referenzbild, d.h. einer Erkennungs grundlage, und einem Eingabebild, d.h. einem zu erkennenden Objekt zusammengesetzt ist. Ein Laser 1 emittiert einen Laserstrahl, welcher durch einen Strahlaufweiter 2 aufgeweitet wird. Hiernach bestrahlt der aufgeweitete Laserstrahl das gemeinsame Bild auf der Platte 5, um das gemeinsame Bild in ein kohärentes Bild umzuwandeln. Das derart erhaltene kohärente Bild wird durch eine Fourier- Transformierungslinse 6 Fourier-transformiert. Die Lichtintensitätsverteilung des Fourier-transformierten Bildes wird auf einem räumlichen Lichtmodulator in Form eines Flüssigkristall-Lichtventils 7, welches an einer Fourier- Ebene der Linse 6 angeordnet ist, aufgezeichnet.
  • Anschließend wird der mittels eines Strahlteilers 3 geteilte einfallende Lichtstrahl über Spiegel 14, 15 und einen polarisierenden Strahlteiler 8 auf das Flüssigkristall-Lichtventil 7 gerichtet, um die aufgezeichnete Lichtintensitätsverteilung des Fourier-transformierten Bildes auszulesen. Das derart reproduzierte Fouriertransformierte Bild wird durch den polarisierenden Strahlteiler 8 geleitet und wird mittels einer weiteren Fourier- Transformierungslinse 9 erneut Fourier-transformiert, um an deren Fourier-Transformierungsebene ein Korrelationsbild zu erzeugen, welches Korrelationsspitzen enthält, die für einen Korrelationskoeffizienten zwischen dem Eingabebild und dem Referenzbild kennzeichnend sind. Diese Spitzen werden mittels einer CCD-Kamera 10 erfaßt.
  • Fig. 3 zeigt ein Beispiel eines gemeinsamen Bildes, welches aus einem Eingabebild und einem dem Eingabebild benachbarten Referenzbild zusammengesetzt ist. Fig. 4 zeigt ein Beispiel eines Paares von Korrelationsspitzen, wie sie durch die CCD-Kamera 10 erfaßt werden und für einen Korrelationskoeffizienten zwischen dem Referenzbild und dem Eingabebild kennzeichnend sind.
  • Die herkömmliche Vorrichtung verarbeitet jedoch normalerweise nur ein einziges Eingabebild und ein einziges Referenzbild. Bei der Erkennung eines Buchstabens des Alphabets wird deshalb ein bestimmtes zu erkennendes Zeichen als ein Eingabebild dargestellt. Um die Korrelation bezüglich aller alphabetischen Zeichen zu untersuchen, wird nacheinander für jedes Zeichen ein Referenzbild ersetzt, um sequentielle Korrelationsverarbeitung auszuführen, wobei beträchtliche Zeit beansprucht wird. Um dieses Problem zu lösen, könnte gleichzeitige Korrelationsverarbeitung zwischen einem Eingabebild und einer Mehrzahl von Referenzbildern angewandt werden. In diesem Fall wird jedoch die Intensität jeder Korrelationsspitze aufgrund von Interferenzen während der gleichzeitigen Korrelationsverarbeitung zwischen der Mehrzahl an Referenzbildern und dem einzigen Eingabebild stark geschwächt, während Rauschen die Störung der geschwächten Korrelationsspitzen erhöht und deren Trennung behindert und dadurch unrichtige Erkennung verursacht. Kürzlich wurde vorgeschlagen, beispielsweise in B. Jawidi und C. J. Kuo, Applied Optics, 27, 663 (1988), die Intensitätsverteilung des gemeinsamen Fourier-transformierten Bildes zwischen den Referenz- und Eingabebildern binär zu machen, um klare und scharfe Korrelationsspitzen zu bilden, damit das Signal-Rausch-Verhältnis verbessert wird. Dieser herkömmliche Aufbau ist jedoch immer noch nicht dahingehend wirksam, gleichzeitige Korrelationsverarbeitung ohne unrichtige Erkennung auszuführen.
  • US-A-4 695 973 offenbart einen Korrelator zur gemeinsamen Transformation. Es ist angegeben, daß die erfaßten Signale in einen das System steuernden Mikrocomputer zur einfachen Verarbeitung und Bildprogrammierung zurückgeführt werden. Die Art der Rückführung wird jedoch nicht diskutiert.
  • Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine optische Mustererkennungsvorrichtung bereitzustellen, welche gleichzeitige Korrelationsverarbeitung bei großer Geschwindigkeit ohne unrichtige Erkennung ausführen kann. Die Erfindung ist durch die beiliegenden Ansprüche definiert.
  • Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine optische Mustererkennungsvorrichtung vorgesehen, die
  • - Mittel, welche kohärentes Licht verwenden, um gleichzeitig wenigstens ein Referenzbild und eine Mehrzahl von Eingabebildern oder wenigstens ein Eingabebild und eine Mehrzahl von Referenzbildern in ein gemeinsames kohärentes Bild umzuwandeln,
  • - ein Mittel zum übertragen des gemeinsamen kohärenten Bildes, um ein Fourier-transformiertes Bild des gemeinsamen Bildes zu erzeugen,
  • - ein Mittel, um eine Intensitätsverteilungsaufzeichnung auf der Grundlage des Fourier-transformierten Bildes bereitzustellen, und
  • - Mittel, welche auf die Intensitätsverteilungsaufzeichnung ansprechen, um Korrelationsinformation zur Bestimmung einer Korrelation zwischen dem Referenzbild oder den Referenzbildern und dem Eingabebild oder den Eingabebildern zu liefern,
  • umfaßt und gekennzeichnet ist durch Mittel, welche in Antwort auf die gelieferte Korrelationsinformation betätigbar sind, um die Intensität des in den Umwandlungsmitteln verwendeten kohärenten Lichtstrahls derart zu verändern, daß die Intensität des für die jeweiligen Bilder verwendeten Lichts in Abhängigkeit von dem jedem Bild entsprechenden Maß der bestimmten Korrelation geändert wird, so daß die Bilder, welche ein niedriges Korrelationsmaß aufweisen, durch die Verwendung des kohärenten Lichts variierter Intensität geringeren Einfluß auf die nachfolgend bereitgestellte Intensitätsverteilungsaufzeichnung haben.
  • Folglich wird in Abhängigkeit von der Lichtintensität jeder aus der optischen Korrelationsverarbeitung zwischen den Referenz- und Eingabebildern erhaltenen Korrelationsspitze die Intensität eines auf jedes jeder Korrelationsspitze entsprechende Referenzbild fallenden Lichtstrahls im wesentlichen so eingestellt, daß ein Rückkopplungssystem gebildet wird. Durch diesen Aufbau kann die Vorrichtung bei der Verarbeitung einer relativ großen Zahl von Eingabe- oder Referenzbildern Erkennungsfehler aufgrund der Reduzierung der Lichtintensität von Korrelationsspitzen vermeiden und kann fehlerhafte Erkennung vermeiden, um schnelle Mustererkennung zu ermöglichen.
  • Gemäß einer ersten Ausführungsform umfaßt die optische Mustererkennungsvorrichtung ein Mittel zum Umwandeln wenigstens eines Referenzbildes, welches ein bestimmtes Objektbild enthält, und wenigstens eines Eingabebildes in ein gemeinsames kohärentes Bild, ein Mittel zum Fourier- Transformieren des gemeinsamen kohärenten Bildes, um ein gemeinsames Fourier-transformiertes Bild des Referenzbildes und des Eingabebildes zu erzeugen, einen räumlichen Lichtmodulator vom lichtadressierten Typ zum Aufzeichnen des gemeinsamen Fourier-transformierten Bildes, ein Mittel zum Lesen des in dem räumlichen Lichtmodulator vom lichtadressierten Typ aufgezeichneten Bildes unter Verwendung kohärenten Lichts, ein Mittel zum Fourier-Transformieren des gelesenen Bildes in ein Korrelationsbild, ein Mittel in Form einer Videokamera zum Umwandeln des Korrelationsbildes in ein Korrelationssignal, ein Mittel zum digitalen Verarbeiten des Korrelationssignals, um einen zweidimensionalenkorrelationskoeffizienten zwischen dem Referenzbild und dem Eingabebild zu bestimmen, und ein Mittel, welches einen zu einer Ebene des Referenzbildes benachbarten weiteren räumlichen Lichtmodulator umfaßt, um eine Intensität des die Ebene des Referenzbildes durchlaufenden kohärenten Lichts gemäß dem bestimmten Korrelationskoeffizienten zu verändern, um dadurch eine Korrektur des Korrelationskoeffizienten über Rückkopplung zu bewirken.
  • Wenn die Lichtintensität der jeweiligen Korrelationsspitzen durch Erhöhen der Anzahl an Referenzbildern erniedrigt wird, wird gemäß dem vorangehend beschriebenen Aufbau zur Ausführung gleichzeitiger Korrelationsverarbeitung bezüglich mehrfacher Referenzbilder die Rückkopplungskorrektur wiederholt durchgeführt, indem jedes Referenzbild gemäß der Lichtintensität der entsprechenden Korrelationsspitze maskiert wird, damit getrennte und klare Korrelationsspitzen erzeugt werden, um schnelle und genaue Mustererkennung auszuführen.
  • Gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung umfaßt die optische Mustererkennungsvorrichtung ein Mittel zum Umwandeln wenigstens eines Referenzbildes, welches ein bestimmtes Objektbild enthält, und wenigstens eines Eingabebildes in ein gemeinsames kohärentes Bild, ein Mittel zum Fourier-Transformieren des gemeinsamen kohärenten Bildes, um ein gemeinsames Fourier-transformiertes Bild des Referenzbildes und des Eingabebildes zu erzeugen, einen räumlichen Lichtmodulator vom elektrisch adressierten Typ zum Aufzeichnen des gemeinsamen Fourier-transformierten Bildes, ein Mittel zum Lesen des in dem räumlichen Lichtmodulator vom elektrisch adressierten Typ aufgezeichneten Bildes unter Verwendung kohärenten Lichts, ein Mittel zum Fourier-Transformieren des gelesenen Bildes in ein Korrelationsbild, ein Mittel in Form einer Videokamera zum Umwandeln des Korrelationsbildes in ein Korrelationssignal, ein Mittel zum digitalen Verarbeiten des Korrelationssignals, um einen zweidimensionalen Korrelationskoeffizienten zwischen dem Referenzbild und dem Eingabebild zu bestimmen, und ein Mittel, welches einen zu einer Ebene des Referenzbildes benachbarten weiteren räumlichen Lichtmodulator umfaßt, um eine Intensität des die Ebene des Referenzbildes durchlaufenden kohärenten Lichts gemäß dem bestimmten Korrelationskoeffizienten zu verändern, um dadurch eine Korrektur des Korrelationskoeffizienten über Rückkopplung zu bewirken.
  • Wenn die Lichtintensität der jeweiligen Korrelationsspitzen durch Erhöhen der Anzahl an Referenzbildern erniedrigt wird, wird gemäß dem vorangehend beschriebenen Aufbau, zur Ausführung gleichzeitiger Korrelationsverarbeitung bezüglich mehrfacher Referenzbilder die Rückkopplungskorrektur wiederholt durchgeführt, indem jedes Referenzbild gemäß der Lichtintensität der entsprechenden Korrelationsspitzen maskiert wird, damit getrennte und klare Korrelationsspitzen zu erzeugt werden, um schnelle und genaue Mustererkennung auszuführen.
  • Gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung umfaßt die optische Mustererkennungsvorrichtung ein Mittel zum Umwandeln wenigstens eines Referenzbildes, welches ein bestimmtes Objektbild enthält, und wenigstens eines Eingabebildes in ein gemeinsames kohärentes Bild, ein Mittel zum Fourier-Transformieren des gemeinsamen kohärenten Bildes, um ein geineinsames Fourier-transformiertes Bild des Referenzbildes und des Eingabebildes zu erzeugen, ein Mittel zum Umwandeln des gemeinsamen Fourier-transformierten Bildes in ein entsprechendes elektrisches Signal mittels eines Bilddetektors und zum Binärmachen des elektrischen Signals, um dasselbe in einen elektrisch adressierten räumlichen Lichtmodulator einzugeben, um ein binär gemachtes Intensitätsverteilungsbild darzustellen, oder ein Mittel zum Aufstrahlen des gemeinsamen Fouriertransformierten Bildes auf einen lichtadressierten binären räumlichen Lichtmodulator, welcher aus einem ferroelektrischen Flüssigkristall aufgebaut ist, der bezüglich seiner Reflektivität und der angelegten Spannung bistabile Speichereigenschaften aufweist, um dasselbe binär zu machen und ein binär gemachtes Intensitätsverteilungsbild aufzuzeichnen, ein Mittel zum Lesen des binär gemachten Intensitätsverteilungsbildes, welches in dem räumlichen Lichtmodulator aufgezeichnet ist, unter Verwendung kohärenten Lichts, ein Mittel zum Fourier-Transformieren des gelesenen binär gemachten Intensitätsverteilungsbildes in ein Korrelationsbild, ein Mittel in Form einer Videokamera zum Umwandeln des Korrelationsbildes in ein Korrelationssignal, ein Mittel zum digitalen Verarbeiten des Korrelationssignals, um zweidimensionale Korrelationskoeffizienten zwischen den Referenzbildern und dem Eingabebild zu bestimmen, und ein Mittel, welches benachbart zu einer Ebene des Referenzbildes einen weiteren maskierenden räumlichen Lichtmodulator umfaßt, um eine Intensität des durch die Ebene des Referenzbildes fallenden kohärenten Lichts gemäß dem bestimmten Korrelationskoeffizienten zu ändern, um hierdurch eine Korrektur des Korrelationskoeffizienten über Rückkopplung zu bewirken.
  • Bei dem vorangehend beschriebenen Aufbau ist in der der Eingabeebene gegenüberliegenden Fourier-Transformationsebene das Fourier-transformierte Bild mit einem Interferenzmuster überlagert, welches aus der Mehrzahl an Referenzbildern der Eingabeebene erzeugt ist. Die Intensitätsverteilung des Fourier-transformierten Bildes wird binär gemacht, um das überlagerte Interferenzmuster zu schärfen, um hierdurch getrennte Korrelationsspitzen zu bilden. Wenn sich die Lichtintensität der jeweiligen Korrelationsspitzen erniedrigt und durch Erhöhen einer Anzahl von Referenzbildern Rauschen entsteht, wird ferner, um gleichzeitige Korrelationsverarbeitung bezüglich der Mehrzahl an Referenzbildern durchzuführen, die Rückkopplungskorrektur wiederholt durchgeführt, indem jedes Referenzbild gemäß der Lichtintensität der entsprechenden Korrelationsspitze erstellt wird, um getrennte und klare Korrelationsspitzen zu erzeugen, damit hierdurch schnelle und genaue Mustererkennung ausgeführt wird und um das Rauschen zu reduzieren.
  • Gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung wird bei dem Korrelator zur gemeinsamen Korrelation, welcher einen räumlichen Lichtmodulator vom lichtadressierten Typ verwendet, in Abhängigkeit von der Lichtintensität jeder aus optischer Korrelationsverarbeitung zwischen wenigstens einem Referenzbild und wenigstens einem Eingabebild erhaltenen Korrelationsspitze die Intensität eines Lichtstrahls, welcher durch jedes jeder Korrelationsspitze entsprechende Referenzbild verläuft, im wesentlichen so eingestellt, daß ein Rückkopplungssystem gebildet wird. Bei diesem Aufbau wird die Intensität des Fourier-transformierten Bildes oder die Intensität des Korrelationssignals für verschiedene Referenzbilder normiert. Bei diesem Betrieb kann die Vorrichtung bei der Verarbeitung einer relativ großen Zahl von Eingabe- oder Referenzbildern Erkennungsfehler aufgrund der Verminderung der Lichtintensität der Korrelationsspitzen vermeiden und kann fehlerhafte Erkennung vermeiden, um schnelle Mustererkennung zu ermöglichen.
  • Bei dieser vierten Ausführungsform umfaßt die optische Mustererkennungsvorrichtung ein Mittel zum Umwandeln eines aus wenigstens einem Referenzbild, welches ein gegebenes Objektbild enthält, und wenigstens einem Eingabebild zusammengesetzten gemeinsamen Bildes in ein kohärentes Bild, ein Mittel zum Fourier-Transformieren des kohärenten Bildes, um ein gemeinsames Fourier-Bild der Referenz- und Eingabebilder zu erzeugen, und ein Mittel zum Umwandeln des gemeinsamen Fourier-Bildes in ein Intensitätsverteilungsbild und zum Darstellen desselben auf einem räumlichen Lichtmodulator oder auf einem Aufzeichnungsgerät oder einem Mittel zum Umwandeln des gemeinsamen Fourier-Bildes in ein binär gemachtes Intensitätsverteilungsbild und zum Darstellen desselben auf einem binären räumlichen Lichtmodulator oder einem Aufzeichnungsgerät. Die Vorrichtung umfaßt ferner ein Mittel zum Lesen des auf dem Aufzeichnungsgerät dargestellten Intensitätsverteilungsbildes unter Verwendung kohärenten Lichts, ein Mittel zum Fourier-Transformieren des gelesenen Intensitätsverteilungsbildes in ein Korrelationsbild und zum Umwandeln des Korrelationsbildes in ein entsprechendes Korrelationsbildsignal unter Verwendung eines Bilddetektors sowie ein Mittel zum digitalen Verarbeiten des Korrelationsbildsignals, um einen zweidimensionalen Korrelationskoeffizienten zwischen einem Eingabebild und jedem der Referenzbilder zu bestimmen. Die Vorrichtung umfaßt ferner einen maskierenden räumlichen Lichtmodulator oder ein Lichtventil vom elektrisch adressierten Typ, welcher bzw. welches vor oder hinter der Referenzbildebene angeordnet ist und betätigbar ist, um seine Transmissivität oder Reflektivität lokal gemäß jedem Korrelationskoeffizienten zu ändern. Das maskierende Lichtventil ist ferner betätigbar, um seine Transmissivität oder Reflektivität lokal entsprechend jedem der Referenz- und Eingabebilder, d.h. der Primärbilder, gemäß dem Flächenverhältnis oder dem eingegebenen Intensitätsverhältnis der Referenz- oder Eingabebilder zu ändern, um die Lichtintensität der jeweiligen Primärbilder zu normieren, um dadurch die Intensität der gemeinsamen Fourier-Transformation zwischen einem Eingabebild und jedem Referenzbild gleich zu machen. Durch diesen Aufbau wird bei gleichzeitiger Verwendung mehrerer Referenzbilder mit verschiedenen Größen jede Korrelationsspitze nicht durch Rauschen gestört, wodurch fehlerhafte Erkennung vermieden wird.
  • Bei diesem Aufbau interferiert kohärentes Licht von den Referenz- und Eingabebildern in der Ebene des gemeinsamen Fourier-Bildes, um ein Interferenzmuster in zu dem gemeinsamen Fourier-Bild überlagerter Beziehung zu bilden. Durch Normieren der Intensität der Referenz- und Eingabebilder kann die Sichtbarkeit des überlagerten Interferenzmusters verbessert werden. Demgemäß wird eine Trägerwellenkomponente nicht deformiert, wenn die Intensitätsverteilung des gemeinsamen Fourier-Bildes binär gemacht wird. Darüber hinaus kann eine Rauschkomponente reduziert werden, um dadurch die Korrelationsspitzen stark zu schärfen. Insbesondere wenn ein beträchtlicher Flächen- oder Größenunterschied zwischen der Mehrzahl Referenzbilder besteht, kann jegliche Auswirkung aufgrund eines derartigen Unterschieds durch Normieren der Eingangsintensität der Referenzbilder aufgehoben werden.
  • Wenn durch Erhöhen der Zahl der Referenzbilder die Lichtintensität der jeweiligen Korrelationsspitzen erniedrigt wird und Rauschen entsteht, wird ferner, um gleichzeitige Korrelationsverarbeitung bezüglich der Mehrzahl an Referenzbildern auszuführen, die Rückkopplungskorrektur wiederholt ausgeführt, indem jedes Referenzbild gemäß der Lichtintensität der entsprechenden Korrelationsspitze maskiert wird, so daß somit getrennte und klare Korrelationsspitzen erzeugt werden, um schnelle und genaue Mustererkennung auszuführen.
  • Gemäß einer fünften Ausführungsform der Erfindung wird die Lichtintensität jeder aus optischer Korrelationsverarbeitung zwischen wenigstens einem Referenzbild und wenigstens einem Eingabebild erhaltenen Korrelationsspitze durch eine nichtlineare Funktionseinheit verarbeitet. Gemäß deren Ausgabe wird die Intensität eines Lichtstrahls, welcher jedes jeder Korrelationsspitze entsprechende Referenzbild durchläuft, im wesentlichen so eingestellt, daß ein Rückkopplungssystem gebildet wird. Durch diesen Aufbau kann die Vorrichtung bei Verarbeitung einer relativ großen Zahl von Eingabe- oder Referenzbildern Erkennungsfehler aufgrund der Verminderung der Lichtintensität der Korrelationsspitzen und aufgrund von zunehmendem Rauschen vermeiden und kann fehlerhafte Erkennung vermeiden, um schnelle Mustererkennung zu ermöglichen.
  • Bei dieser fünften Ausführungsform umfaßt die optische Mustererkennungsvorrichtung ein Mittel zum Umwandeln wenigstens eines Referenzbildes, welches ein bestimmtes Objektbild enthält, und wenigstens eines Eingabebildes in ein gemeinsames kohärentes Bild, ein Mittel zum Fourier- Transformieren des gemeinsamen kohärenten Bildes, um ein gemeinsames Fourier-Transformationsbild des Referenzbildes und des Eingabebildes zu erzeugen, einen räumlichen Lichtmodulator zum Aufzeichnen des gemeinsamen Fouriertransformierten Bildes in Form eines Intensitätsverteilungsbildes, ein Mittel zum Lesen des in dem räumlichen Lichtmodulator aufgezeichneten Intensitätsverteilungsbildes unter Verwendung kohärenten Lichts, ein Mittel zum Fourier- Transformieren des gelesenen Intensitätsverteilungsbildes in ein Korrelationsbild, ein Mittel in Form einer Videokamera zum Umwandeln des Korrelationsbildes in ein Korrelationssignal, ein Mittel zum digitalen Verarbeiten des Korrelationssignals, um einen zweidimensionalen Korrelationskoeffizienten zwischen dem Referenzbild und dem Eingabebild zu bestimmen, sowie ein Mittel, welches benachbart zu der Ebene des Referenzbildes einen maskierenden räumlichen Lichtmodulator umfaßt, um eine Intensität des durch die Ebene des Referenzbildes fallenden kohärenten Lichts gemäß dem bestimmten Korrelationskoeffizienten durch eine Funktionseinheit vom linearen oder nichtlinearen Sättigungstyp oder eine Funktionseinheit vom Stufentyp mit wenigstens einer Stufe oder einer Kombination davon zu ändern, um dadurch eine Korrektur des Korrelationskoeffizienten durch Rückkopplung zu bewirken.
  • Bei dem vorangehend beschriebenen Aufbau können verschiedene Rückkopplungsübertragungsfunktionen linearer und nicht linearer Arten auf geeignete Weise ausgewählt werden, um die Rückkopplungsbeziehung des jeweiligen Korrelationskoeffizienten auf die durch das entsprechende Referenzbild transmittierte Lichtintensität in Abhängigkeit von verschiedenen Zuständen, wie etwa der Zahl der Eingabe- und Referenzbilder, der Ähnlichkeit der Referenzbilder und der Geschwindigkeit oder Genauigkeit, welche für die Erkennungsleistung benötigt wird, zu bestimmen. Folglich kann durch Auswählen einer geeigneten Transferfunktion schnelle Mustererkennung oder Messung ausgeführt werden, wobei die Genauigkeit der Erkennung beibehalten wird.
  • Die Erfindung wird nun beispielhaft unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben, von denen
  • Fig. 1 eine Strukturdarstellung ist, welche eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen optischen Mustererkennungsvorrichtung zeigt,
  • Fig. 2 eine schematische Darstellung ist, welche einen herkömmlichen Korrelator vom optisch schreibendnen Typ zur gemeinsamen Transformation zeigt,
  • Fig. 3 eine Darstellung ist, welche ein Beispiel eines in dem herkömmlichen Korrelator zur gemeinsamen Transformation zu verarbeitenden gemeinsamen Bildes zeigt,
  • Fig. 4 eine Darstellung ist, welche ein Beispiel eines Korrelationsspitzenbildes aus dem herkömmlichen Korrelator zur gemeinsamen Transformation zeigt,
  • Fig. 5 eine Darstellung ist, welche ein Beispiel eines durch die erfindungsgemäße Vorrichtung zu verarbeitenden gemeinsamen Bildes zeigt,
  • Fig. 6 ein Graph ist, welcher die Änderung des normierten Spitzenpegels des Korrelationsbildes in Abhängigkeit von der Korrektur-Rückkopplungs- Schleifenzahl bei der Vorrichtung gemäß der Erfindung zeigt,
  • Fig. 7 ein weiterer Graph ist, welcher die Änderung des normierten Spitzenpegels des Korrelationsbildes in Abhängigkeit von der Korrektur-Rückkopplungs Schleifenzahl bei der Vorrichtung gemäß der Erfindung zeigt,
  • Fig. 8 eine schematische Darstellung ist, welche eine Abwandlung der ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen optischen Mustererkennungsvorrichtung zeigt,
  • Fig. 9 eine schematische Darstellung ist, welche eine weitere Abwandlung der ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zeigt,
  • Fig. 10 eine schematische Darstellung ist, welche eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen optischen Mustererkennungsvorrichtung zeigt,
  • Fig. 11 eine schematische Darstellung ist, welche eine dritte Ausführungsform der erfindungsgemäßen optischen Mustererkennungsvorrichtung zeigt,
  • Fig. 12 ein Graph ist, welcher die Änderung des normierten Spitzenpegels des Korrelationsbildes in Abhängigkeit der Korrektur-Rückkopplungs-Schleifenzahl gemäß der dritten Ausführungsform zeigt,
  • Fig. 13 ein weiterer Graph ist, welcher die Änderung des normierten Spitzenpegels des Korrelationsbildes in Abhängigkeit der Korrektur-Rückkopplungs- Schleifenzahl gemäß der dritten Ausführungsform zeigt,
  • Fig. 14 eine schematische Darstellung ist, welche eine Abwandlung der dritten Ausführungsform der erfindungsgemäßen optischen Mustererkennungsvorrichtung zeigt,
  • Fig. 15 eine Schnittansicht ist, welche einen Aufbau eines Flüssigkristall-Lichtventils, das einen ferroelektrischen Flüssigkristall verwendet, zeigt,
  • Fig. 16 eine schematische Darstellung ist, welche eine vierte Ausführungsform der erfindungsgemäßen optischen Mustererkennungsvorrichtung zeigt,
  • Fig. 17 eine schematische Darstellung ist, welche eine Abwandlung davon zeigt,
  • Fig. 18 ein Graph ist, welcher einen Lichtintensitätsunterschied zwischen einer normierten Autokorrelationsspitze für jedes Referenzbild und der maximalen Kreuzkorrelationsspitze für den Fall zeigt, daß das Referenzbild gemäß der Erfindung normiert ist, und für den Fall daß das Referenzbild nicht normiert ist,
  • Fig. 19 ein Graph ist, welcher einen Lichtintensitätsunterschied zwischen einer normierten Autokorrelationsspitze und einer maximalen Kreuzkorrelationsspitze in Abhängigkeit von der Zahl der Referenzbilder für den Fall zeigt, daß das Referenzbild normiert und nicht normiert ist,
  • Fig. 20 ein Graph ist, welcher die Änderung des Pegels der normierten Spitze des Korrelationsbildes für das Eingabebild "E" in Abhängigkeit von der Korrekturschleifenzahl für den Fall zeigt, daß die Referenzbilder gemäß der Erfindung normiert sind und für den Fall, daß die Referenzbilder nicht normiert sind,
  • Fig. 21 eine schematische Darstellung einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist,
  • Fig. 22 eine schematische Darstellung ist, welche eine Abwandlung der fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt,
  • Fig. 23 eine Darstellung ist, welche ein Beispiel einer Primärbildanordnung zeigt, welche bei der fünften Ausführungsform verwendet wird,
  • Fig. 24 ein Graph ist, welcher die Form einer Sigmoidfunktion als eine Rückkopplungstransferfunktion zeigt,
  • Fig. 25 ein Graph ist, welcher die Änderung der normierten Korrelationsspitzenpegel in Abhängigkeit von der Rückkopplungsschleifenzahl zeigt, wenn eine nichtlineare Rückkopplungsübertragungsfunktion verwendet wird,
  • Fig. 26 ein Graph ist, welcher die Änderung der normierten Korrelationsspitzenpegel in Abhängigkeit von der Rückkopplungsschleifenzahl zeigt, wenn eine lineare Rückkopplungstransferfunktion verwendet wird,
  • Fig. 27 eine schematische Darstellung ist, welche eine weitere Abwandlung der fünften Ausführungsform der Erfindung zeigt, und
  • Fig. 28 eine Explosionsdarstellung eines bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung verwendeten Flüssigkristall-Lichtventils ist.
  • Im folgenden werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung in Verbindung mit den Zeichnungen beschrieben. Fig. 1 ist ein Blockdiagramm, welches eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen optischen Mustererkennungsvorrichtung zeigt. Ein Laser 1 emittiert einen kohärenten Lichtstrahl, welcher durch einen Strahlaufweiter 2 aufgeweitet wird und dann durch einen Strahlteiler 3 in zwei Lichtstrahlen geteilt wird. Einer der geteilten Lichtstrahlen durchläuft nach einem Verschluß 16 ein maskierendes Lichtventil 4 in Form eines Flüssigkristall-Flächenmodulators, um eine Eingabeplatte 5 mit einem gemeinsamen Bild, welches aus einem Eingabebild und wenigstens einem dem Eingabebild parallel und benachbart angeordneten Referenzbild zusammengesetzt ist, zu beleuchten, um das gemeinsame Bild in ein kohärentes Bild umzuwandeln. Eine Fourier-Transformierungslinse 6 Fourier-transformiert das kohärente Bild in ein Fourier-transformiertes Bild, welches auf einen räumlichen Lichtmodulator oder ein Aufzeichnungsgerät 7 in Form einer Flüssigkristallfläche projiziert wird, um darauf eine Lichtintensitätsverteilung des Fourier-transforrnierten Bildes aufzuzeichnen.
  • Andererseits wird der andere der durch den Strahlteiler 3 geteilten Lichtstrahlen nacheinander durch Spiegel 14, 15 und einen polarisierenden Strahlteiler 8 reflektiert, und er beleuchtet hiernach das Flüssigkristall-Lichtventil 7 von hinten. Da das Lichtventil 7 vom reflektierenden Typ ist, beleuchtet der andere Lichtstrahl eine Rückseite des Lichtventils 7, welche einer Vorderseite desselben, welche das Fourier-transformierte Bild hält, entgegengesetzt ist. Durch einen derartigen Vorgang wird das Fourier-transformierte Bild, welches auf dem Flüssigkristallflächen- Lichtventil 7 in Form seiner Lichtintensitätsverteilung aufgezeichnet ist, so wie es ist gelesen oder reproduziert. Dieses Bild wird durch den polarisierenden Strahlteiler 8 hindurch mittels einer weiteren Fourier-Transformierungslinse 9 in ein Korrelationsbild erneut Fourier-transformiert. Darin enthaltene Korrelationsspitzen werden durch eine CCD-Kamera 10 erfaßt.
  • Bei diesem Aufbau ist die Eingangsplatte 5 unter einem Abstand fL in einer Objekt-Fokalebene der ersten Fourier- Transformierungslinse 6 angeordnet, und das Flüssigkristall-Lichtventil 7 ist in einer Fourier-Fokalebene der Linse 6 angeordnet. Ferner ist das Flüssigkristall-Lichtventil 7 in einer Objekt-Fokalebene der zweiten Fourier-Transformierungslinse 9 ausgerichtet, und die CCD- Kamera 10 ist in einem Abstand fL in einer Fourier-Fokalebene der Linse 9 angeordnet. Zudem ist das maskierende Lichtventil 4 knapp vor der Eingangsplatte 5 angeordnet. Der Verschluß 16 wird durch einen Computer 12 gesteuert, um den optischen Weg zu schließen, wenn das Fourier-transformierte Bild nicht auf dem Lichtventil 7 in Form der Lichtintensitätsverteilung aufgezeichnet wird.
  • Die CCD-Kamera 10 gibt ein für das Korrelationsbild repräsentatives analoges Signal aus, welches in ein entsprechendes digitales Signal durch einen AD-Wandler 11 umgewandelt wird. Der Computer 12 empfängt das digitale Signal und verarbeitet es, um Korrelationskoeffizientendaten gemäß der Lichtintensität der in dem Korrelationsbild enthaltenen Korrelationsspitzen zu bestimmen. In Abhängigkeit von den Daten gibt der Computer 12 ferner ein digitales Signal aus, welches dahingehend wirksam ist, das Lichtventil 4 zu betätigen. Das digitale Signal wird nämlich durch einen DA-Wandler 13 in ein entsprechendes analoges Signal umgewandelt, um das Lichtventil 4 zu treiben.
  • Nachfolgend wird der Betrieb der Ausführungsform gemäß Fig. 1 beschrieben. Wie in Fig. 5 dargestellt, ist das gemeinsame Bild auf der Eingabeplatte 5 aus einem zentralen Eingabebild und einer Mehrzahl peripherer Referenzbilder entlang eines Bogens derart zusammengesetzt, daß ein Abstand zwischen dem Eingabebild und den jeweiligen Referenzbildern gleich gehalten ist. Das maskierende Lichtventil 4 weist in seinem Anfangszustand homogen maximale Transparenz auf.
  • Im Anfangszustand erfaßt die CCD-Kamera 10 eine Mehrzahl von auf den Korrelationen zwischen dem Eingabebild und den jeweiligen Referenzbildern basierenden Korrelationsspitzen. Beispielsweise können im Falle des gemeinsamen Bildes gemäß Fig. 5 den vier Referenzbildern entsprechend vier Paare von Korrelationsspitzen erfaßt werden. In diesem Fall ist die Lichtintensität oder der Pegel der jeweiligen Referenzspitzen kleiner als der einer Korrelationsspitze zwischen einem einzigen Referenzbild und einem einzigen Eingabebild, wobei Rauschen die Unterscheidung zwischen Spitze und Rauschen zunehmend erschwert und fehlerhafte Erkennung verursacht.
  • Das von der CCD-Kamera 10 ausgegebene analoge Bildsignal wird durch den AD-Wandler 11 in das digitale Bildsignal umgewandelt. Der Computer 12 bestimmt die Spitzenpegelwerte jeder Korrelationsspitze auf der Grundlage der Analyse des digitalen Signals. Dann werden alle Pegelwerte auf die Maximalpegelwerte unter all den Korrelationsspitzen normiert. Das Lichtventil 4 wird betätigt, um jedes Referenzbild proportional zu den entsprechenden normierten Pegelwerten, d.h. den Korrelationskoeffizienten, gradativ zu maskieren. Beispielsweise wird in dem Anfangszustand, in dem das gemeinsame Bild gemäß Fig. 5 bearbeitet wird, die maximale Korrelationsspitze zwischen dem Eingabebild "E" und dem speziellen Referenzbild "E" erhalten. Die anderen Spitzenpegel werden deshalb auf diese Maximalspitze normiert, um den normierten Spitzenpegel 0,8 für das Referenzbild "G", 0,7 für das Referenzbild "R" und 0,6 für das Referenzbild "W" zu bestimmen, während dem Referenzbild "E" der Wert 1 gegeben wird. Das maskierende Lichtventil 4 wird gemäß diesen Raten betätigt, um die jeweiligen Referenzbilder proportional zu maskieren. Es werden nämlich, während das Referenzbild "E" nicht maskiert wird, die Bestrahlungsausmaße der Lichtstrahlen für die Referenzbilder "G", "R" und "W" auf die Raten 0,8, 0,7 bzw. 0,6 geändert oder vermindert, indem die Transmissivität des Lichtventils 4 lokal eingestellt wird.
  • In dem nachfolgenden Zustand nach der Einstellung oder Korrektur erfaßt die CCD-Kamera 10 aktualisierte Korrelationsspitzen. Infolge der Korrektur sind die Korrelationsspitzen für die Referenzbilder "G", "R" und "W" im Vergleich zu ihren ursprünglichen Spitzenpegeln vermindert, da sie gegenüber dem einfallenden kohärenten Lichtstrahl maskiert sind. Da andererseits das Referenzbild "E" nicht maskiert ist, ist sein Spitzenpegel mehr verstärkt als sein Anfangspegel. Dann wird der Maskierungsvorgang erneut gemäß dem relativen Verhältnis der aktualisierten Korrelationsspitzenpegel ausgeführt. Durch Wiederholen dieses Vorgangs geht die Mehrzahl von Korrelationsspitzen in ein einziges Paar über, und die verbleibenden Spitzen verschwinden. Im Endzustand sind die nicht korrelierenden Referenzbilder vollständig maskiert, um dadurch die Erkennung des Eingabebildes zu bewirken.
  • Fig. 6 zeigt die Änderung der normierten Korrelationsspitzenpegel in Abhängigkeit der Maskierungszyklen bei dieser Ausführungsform Der Graph zeigt, daß die Spitzenpegel, die von dem Pegel für das Referenzbild "E" verschieden sind, durch wiederholtes Ausführen der Maskierens über Rückkopplung nach und nach abnehmen. Da in Fig. 6 die Korrelationsspitze des Referenzbildes "E" im Vergleich zu den anderen Korrelationsspitzen im Anfangszustand den größten Wert aufweist, könnte das Eingabebild als Buchstabe E erkannt werden, ohne die Rückkopplungsschleife auszuführen. Wenn jedoch, wie in Fig. 7 dargestelt, das Eingabebild "G" ist, ist die anfängliche Erkennung nicht korrekt. Durch wiederholtes Ausführen des Rückkopplungsmaskierens zur Eliminierung von Interferenz zwischen den Referenzbildern, kann die korrekte Erkennung erzielt werden.
  • Fig. 8 zeigt eine Abwandlung der ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen optischen Mustererkennungsvorrichtung. Bei dieser Abwandlung ist das Aufzeichnungsgerät des Fourier-transformierten Bildes anstelle des reflektierenden Flüssigkristall-Aufzeichnungsgerätes aus einem transmittierenden räumlichen Lichtmodulator 17 aufgebaut, welcher aus einem BSO-Kristall (Bi&sub1;&sub2;SiO&sub2;&sub0;) gebildet ist. Aus diesem Grund umfaßt der Laser 1 einen Argon-Gaslaser zum Emittieren eines grünen Laserstrahls, dessen Wellenlänge von 514,5 nm dahingehend wirksam ist, das Fourier-transformierte Bild auf der BSO-Kristallplatte aufzuzeichnen. Ein Verschluß 16 ist zwischen dem Laser 1 und dem BSO-Kristall-Aufzeichnungsgerät 17 angeordnet. Der Verschluß 16 wird durch einen Computer 12 derart gesteuert, daß er den Laserstrahl nur durchläßt, wenn ein Fourier-transformiertes Bild geschrieben wird. Um das geschriebene Bild auszulesen, wird ein HeNe-Laser 19 verwendet, um einen Lese-Laserstrahl zu emittieren, dessen Wellenlänge 632,8 nm beträgt, auf welchen der BSO-Kristall unempfindlich ist. Der Lese- Laserstrahl wird durch einen Strahlaufweiter 20 aufgeweitet, wird dann durch einen Strahlteiler 8 reflektiert, um die BSO-Kristallplatte 17 zu bestrahlen, und durchläuft hiernach einen Polarisator 18, um dadurch das aufgezeichnete Fourier-transformierte Bild auszulesen. Andere Komponenten wirken ähnlich wie in der Ausführungsform gemäß der Fig. 1.
  • Fig. 9 zeigt ein optisches System, welches ein weiteres Verfahren darstellt, um ein gemeinsames Bild in einer Eingabeebene zu bilden. Eine CRT 21 stellt ein gemeinsames Bild dar, welches auf ein Flüssigkristall-Lichtventil 23 mittels einer Projektionslinse 22 fokussiert wird. Ein von einem Laser 1 emittierter Laserstrahl wird durch einen Strahlaufweiter 2 aufgeweitet und durch einen Strahlteiler 3 reflektiert, um umgekehrt durch ein maskierendes Flüssigkristall-Lichtventil 4 zu treten, um das reflektierende Lichtventil 23 zu beleuchten. Folglich wird das von der CRT 21 dargestellte Bild als ein kohärentes Bild ausgelesen. Das gelesene kohärente Bild wird mittels einer Fourier- Transformierungslinse 6 durch das maskierende Lichtventil 4 und den Strahlteiler 3 hindurch Fourier-transformiert. In diesem Fall durchläuft der kohärente Lichtstrahl das maskierende Lichtventil 4 zweimal. Deshalb bewirkt das maskierende Lichtventil 4 die Maskierung um eine Rate X² auf einmal, wobei X die Transmissivität des Lichtventils bezeichnet.
  • Bei der Ausführungsform gemäß den Fig. 1 und 8 wird die Maskierungsrate, wenn ein normierter Spitzenpegel 0,8 beträgt, entsprechend auf 0,8 eingestellt. Andererseits wird bei der Ausführungsform gemäß der Fig. 9 die effektive Maskierungsrate, wenn ein normierter Spitzenpegel X beträgt, auf X² eingestellt. Um dieses System somit linear zu betreiben, sollte die Maskierungsrate X betragen. Bei der in den Fig. 1 und 8 dargestellten Ausführungsform ist die Eingabeplatte 5 knapp hinter dem maskierenden Lichtventil 4 angeordnet. Im allgemeinen kann diese Maske jedoch auf jeder Seite der Eingabeebene angeordnet werden. Bei der vorangehend beschriebenen Ausführungsform ist das gemeinsame Bild aus einem einzigen Eingabebild und mehreren Referenzbildern, so wie in Fig. 5 gezeigt, zusammengesetzt. Das gemeinsame Bild kann jedoch mehrere Eingabebilder und ein einziges Referenzbild enthalten, oder es kann mehrere Eingabebilder und Referenzbilder enthalten. Die Laserquelle 1 der Ausführungsformen gemäß Fig. 1, Fig. 8 und Fig. 9 kann aus einem Gaslaser oder Halbleiterlaser mit guter Kohärenz aufgebaut sein. Bei den vorangehend beschriebenen Ausführungsformen wird ein Lichtventil vom Flüssigkristall- Fernsehertyp als ein maskierendes Lichtventil 4 zur Intensitätsmodulation des einfallenden Lichts bezüglich der Referenzbilder verwendet. Im allgemeinen kann ein beliebiger Typ von räumlichem Lichtmodulator des gradativen oder grauskalen-Typs als eine Maske verwendet werden.
  • Wie vorangehend beschrieben, wird gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung zur Ausführung gleichzeitiger Korrelationsverarbeitung bezüglich einer Mehrzahl von Referenzbildern erhöhter Anzahl die Rückkopplungskorrektur wiederholt mehrere Male ausgeführt, um einen scharfen Korrelationspegel zu erhalten und dadurch genaue Mustererkennung auf eine Weise zu erhalten, welche der Korrelationsverarbeitung unter Verwendung eines einzigen Referenzbildes zu einem Zeitpunkt ähnlich ist. Folglich kann die gleichzeitige Korrelationsverarbeitung unter Verwendung verschiedener Referenzbilder zu einem Zeitpunkt schneller und effizienter ausgeführt werden als die sequentielle Korrelationsverarbeitung.
  • Fig. 10 ist eine Strukturdarstellung, welche eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen optischen Mustererkennungsvorrichtung zeigt. Die Vorrichtung umfaßt einen Laser 101, einen Strahlaufweiter 102 und einen Strahlteiler 103, welche Mittel bilden, um eine Gruppe von Referenzbildern und ein Eingabebild in ein gemeinsames kohärentes Bild umzuwandeln. Eine Eingabeplatte 105, welche darauf ein gemeinsames Bild der Referenz- und Eingabebilder aufweist, eine erste Fourier-Transformierungslinse 106 und eine CCD Kamera 107 bilden ein Mittel zum Fourier-Transformieren des kohärenten gemeinsamen Bildes und zum Umwandeln des resultierenden Bildes in ein entsprechendes Fourier- Bildsignal. Ein Flüssigkristall-Fernseher 109, der Laser 101, der Strahlaufweiter 102, der Strahlteiler 103 und ein Spiegel 108 bilden ein Mittel zum Auslesen des Fourier- Bildes auf dem Fernseher 109. Eine zweite Fourier-Transformierungslinse 110 und eine CCD-Kamera 111 bilden ein Mittel zum erneuten Fourier-Transformieren des gelesenen Fourier-Bildes in ein Korrelationsbild und zum Umwandeln des Korrelationsbildes in ein entsprechendes Korrelationsbildsignal. Ein AD-Wandler 112, ein Computer 113, ein DA- Wandler 114 und ein maskierendes Flüssigkristall-Lichtventil 104 bilden ein Mittel zum Verarbeiten des Korrelationsbildsignals, um einen zweidimensionalen Korrelationskoeffizienten zwischen dem Referenzbild und dem Eingabebild zu bestimmen und um das Lichtventil 104 gemäß dem Korrelationskoeffizienten so zu steuern, daß die Transmissivität oder Reflektivität eines Bereichs des Lichtventils 104, welcher das entsprechende Referenzbild bedeckt, geändert wird.
  • Bei diesem Aufbau wird das von dem Laser 101 emittierte kohärente Licht durch den Strahlaufweiter 102 aufgeweitet und dann durch den Strahlteiler 103 in zwei Lichtstrahlen geteilt. Einer der geteilten Lichtstrahlen durchläuft das maskierende Lichtventil 104 und beleuchtet dann ein gemeinsames Bild des Eingabebilds und der nahe dem Eingabebild auf der Eingabeplatte 105 angeordneten Referenzbilder, um das gemeinsame Bild in ein kohärentes Bild umzuwandeln. Dieses kohärente Bild wird durch eine Linse 106 Fouriertransformiert, um das Fourier-Bild zu erzeugen, welches durch die CCD-Kamera 107 erfaßt wird, und die erfaßten Ergebnisse werden auf dem Flüssigkristall-Fernseher 109 vom elektrisch adressierten Typ aufgezeichnet oder dargestellt.
  • Andererseits wird der andere von dem Strahlteiler 103 geteilte Lichtstrahl durch den Spiegel 108 reflektiert und beleuchtet dann den Schirm des Flüssigkristall-Fernsehers 109. Hierdurch wird das auf dem Fernseher 109 in Form einer Lichtintensitätsverteilung dargestellte Fourier-Bild in ein entsprechendes kohärentes Bild umgewandelt und wird dann durch die Linse 110 Fourier-transformiert, um ein Korrelationsbild zu erzeugen, welches Korrelationsspitzen enthält, die durch die CCD-Kamera 111 erfaßt werden können. Bei diesem Aufbau ist die Eingabeplatte 105 in der vorderen Fokalebene der ersten Fourier-Transformierungslinse 106 angeordnet, und der Flüssigkristall-Fernseher 109 ist in der Objektebene der zweiten Fourier-Transformierungslinse 110 angeordnet. Die CCD-Kamera 107 ist in der Fourier-Ebene der Linse 106 angeordnet, und die andere CCD-Kamera 111 ist in der Fourier-Ebene der Linse 110 angeordnet. Zusätzlich ist die Eingabeplatte 105 mit dem gemeinsamen Bild knapp hinter dem maskierenden Flüssigkristall-Lichtventil 104 angeordnet.
  • Die CCD-Kamera 111 gibt ein für das Korrelationsbild repräsentatives analoges Signal aus, welches durch einen AD-Wandler 112 in ein entsprechendes digitales Signal umgewandelt wird. Der Computer 113 empfängt das digitale Signal und verarbeitet es, um entsprechend der Lichtintensität der in dem Korrelationsbild enthaltenen Korrelationsspitzen Korrelationskoeffizientenwerte zu bestimmen. Der Computer 113 gibt den Daten entsprechend ferner ein digitales Signal aus, welches dahingehend wirkt, das Lichtventil 104 zu betätigen. Das digitale Signal wird nämlich durch einen DA-Wandler 114 in ein entsprechendes analoges Signal umgewandelt, um das Lichtventil 104 zu treiben.
  • Im folgenden wird die Arbeitsweise der Ausführungsform gemäß Fig. 10 beschrieben. Wie in Fig. 5 dargestellt, ist das gemeinsame Bild an der Eingabeplatte 105 aus einem zentralen Eingabebild und einer Mehrzahl peripherer Referenzbilder entlang eines Bogens derart zusammengesetzt, daß ein Abstand zwischen dem Eingabebild und den jeweiligen Referenzbildern gleich gehalten wird. Das maskierende Lichtventil 104 wird in dem Anfangszustand vollständig durchlässig eingestellt.
  • In dem Anfangszustand erfaßt die CCD-Kamera 111 eine Mehrzahl von Korrelationsspitzen, welche auf Korrelationen zwischen dem Eingabebild und den jeweiligen Referenzbildern beruhen. Beispielsweise können in dem Fall des gemeinsamen Bildes gemäß Fig. 5 vier Paare von Korrelationsspitzen entsprechend den vier Referenzbildern erfaßt werden. In diesem Fall ist die Lichtintensität oder der Pegel der jeweiligen Spitzen kleiner als diejenige einer Korrelationsspitze zwischen einem einzigen Referenzbild und einem einzigen Eingabebild, wobei Rauschen die Unterscheidung zwischen Spitze und Rauschen zunehmend erschwert und fehlerhafte Erkennung verursacht.
  • Das von CCD-Kamera 111 ausgegebene analoge Bildsignal wird durch den AD-Wandler 112 in das digitale Bildsignal umgewandelt. Der Computer 113 bestimmt die Spitzenpegeldaten jeder Korrelationsspitze auf der Grundlage einer Analyse des digitalen Signals. Dann wird jeder Pegelwert auf den Maximalpegelwert unter all den Korrelationsspitzen normiert. Das Lichtventil 104 wird betätigt, um jedes Referenzbild proportional zu dem entsprechenden normierten Pegelwert, d.h. Korrelationskoeffizienten, gradativ zu maskieren. Beispielsweise wird in dem Anfangszustand, in dem das gemeinsame Bild gemäß Fig. 5 verarbeitet wird, die maximale Korrelationsspitze zwischen dem Eingabebild "E" und dem speziellen Referenzbild "E" erhalten. Deshalb werden die anderen Spitzenpegel auf diese maximale Spitze normiert, um den normierten Spitzenpegel 0,8 für das Referenzbild "G", 0,7 für das Referenzbild "R" und 0,6 für das Referenzbild "W" zu bestimmen, während dem Referenzbild "E" der Wert 1 gegeben wird. Das maskierende Lichtventil 104 wird diesen Raten entsprechend betätigt, um die jeweiligen Referenzbilder proportional zu maskieren. Während nämlich das Referenzbild "E" nicht maskiert wird, werden die Bestrahlungsausmaße der Lichtstrahlen für die Referenzbilder "G", "R" und "W" um die Raten 0,8, 0,7 bzw. 0,6 geändert oder reduziert, indem die Transmissivität des Lichtventils 104 lokal eingestellt wird.
  • In dem darauffolgenden Zustand nach der Einstellung oder Korrektur erfaßt die CCD-Kamera 111 dann aktualisierte Korrelationsspitzen. Infolge der Korrektur sind die Korrelationsspitzen für die Referenzbilder "G", "R" und "W" im Vergleich zu ihren anfänglichen Spitzenpegeln erniedrigt, da sie gegenüber dem einfallenden kohärenten Lichtstrahl maskiert sind. Da andererseits das Referenzbild "E" nicht maskiert ist, ist dessen Spitzenpegel gegenüber seinem Anfangspegel hochgeschoben. Anschließend wird der Maskierungsvorgang dem relativen Verhältnis der aktualisierten Korrelationsspitzenpegel entsprechend erneut ausgeführt. Durch Wiederholen dieses Vorgangs geht die Mehrzahl der Korrelationsspitzen in ein einziges Paar über, und die verbleibenden Spitzen verschwinden. Im Endzustand sind die nicht korrelierenden Referenzbilder vollständig maskiert, um dadurch die Erkennung des Eingabebildes zu bewirken.
  • Fig. 6 zeigt die Änderung des normierten Korrelationsspitzenpegels in Abhängigkeit der Maskierungszyklen bei dieser Ausführungsform Der Graph zeigt, daß die Spitzenpegel, die von dem Pegel für das Referenzbild "E" verschieden sind, durch Iterieren der Maskierung über Rückkopplung nach und nach abnehmen. Da in Fig. 6 die Korrelationsspitze des Referenzbilds "E" im Vergleich zu den anderen Korrelationsspitzen im Anfangszustand den größten Wert aufweist, könnte das Eingabebild als Buchstabe E erkannt werden, ohne die Rückkopplungsschleife auszuführen. Wenn jedoch, wie in Fig. 7, das Eingabebild "G" ist, ist die anfängliche Erkennung nicht korrekt. Durch wiederholtes Ausführen der Rückkopplungsmaskierung zur Eliminierung von Interferenz zwischen den Referenzbildern kann die korrekte Erkennung erzielt werden.
  • Die Eingabeplatte 105 ist knapp hinter dem maskierenden Lichtventil 104 angeordnet; dieses Lichtventil kann jedoch im allgemeinen auf jeder Seite der Eingabeebene angeordnet werden.
  • Der Laser 101 kann aus einem Gaslaser, einem Festkörperlaser oder Halbleiterlaser mit guter Kohärenz gebildet sein.
  • Bei der vorangehend beschriebenen zweiten Ausführungsform ist das gemeinsame Bild aus einem einzigen Eingabebild und mehreren Referenzbildern, wie in Fig. 5 gezeigt, dargestellt; das gemeinsame Bild kann jedoch mehrere Eingabebilder und ein einziges Referenzbild enthalten, oder es kann mehrere Eingabebilder und Referenzbilder enthalten.
  • Fig. 11 ist eine Strukturdarstellung, welche eine dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Eine Laserquelle 201, ein Strahlaufweiter 202, ein Verschluß 216 und eine Eingabeplatte 205 mit einem gemeinsamen Bild darauf bilden ein Mittel zum Umwandeln des gemeinsamen Bildes, welches aus wenigstens einem Referenzbild mit einem Objekt-Referenzbild und wenigstens einem Eingabebild zusammengesetzt ist, in ein kohärentes Bild. Eine Fourier- Transformierungslinse 206 bildet ein Mittel zum Fourier- Transformieren des kohärenten Bildes in ein gemeinsames Fourier-Bild des Referenzbildes und des Eingabebildes. Ein binärer Flüssigkristallmodulator 207 bildet ein Mittel zum Umwandeln des gemeinsamen Fourier-Bildes in ein binär gemachtes Intensitätsverteilungsbild und zum Aufzeichnen desselben. Ein Strahlteiler 203, Spiegel 214, 215 und ein polarisierender Strahlteiler 208 bilden ein Mittel zum Lesen des auf dem binären Flüssigkristallmodulator 207 aufgezeichneten, binär gemachten Intensitätsverteilungsbildes unter Verwendung eines kohärenten Lichts. Eine Fourier-Transformierungslinse 209 und eine CCD-Kamera 210 bilden ein Mittel zum Fourier-Transformieren des gelesenen kohärenten Bildes der binär gemachten Intensitätsverteilung in ein Korrelationsbild und zum Umwandeln desselben in ein entsprechendes Korrelationsbildsignal. Ein AD-Wandler 211 und ein Computer 212 bilden ein Mittel zum digitalen Verarbeiten des Korrelationsbildsignals, um einen zweidimensionalen Korrelationskoeffizienten zwischen dem Refe renzbild und dem Eingabebild zu bestimmen. Der Computer 212, ein DA-Wandler 213 und ein benachbart zu der Referenzbildebene angeordnetes Flüssigkristall-Lichtventil 204 bilden ein Mittel, um die Transmissivität (oder Reflektivität) eines Bereichs des maskierenden Lichtventils 204, welcher das Referenzbild bedeckt, entsprechend dem Korrelationskoeffizienten zu ändern.
  • Bei diesem Aufbau wird das von dem Laser 201 emittierte kohärente Licht durch den Strahlaufweiter 202 aufgeweitet und dann durch den Strahlteiler 203 in zwei Lichtstrahlen geteilt. Einer der geteilten Lichtstrahlen läuft durch den Strahlteiler 203, den Verschluß 216 und das maskierende Lichtventil 204 und beleuchtet dann ein gemeinsames Bild aus dem Eingabebild und den nahe dem Eingabebild auf der Eingabeplatte 205 angeordneten Referenzbildern, um das gemeinsame Bild in ein kohärentes Bild umzuwandeln. Dieses kohärente Bild wird durch die Linse 206 Fourier-transformiert, um das Fourier-Bild auf dem binären Flüssigkristall-Lichtventil 207 zu erzeugen. Da das binäre Flüssigkristall-Lichtventil 207 einen ferroelektrischen Flüssigkristall mit bistabilen Speichereigenschaften bezüglich seiner optischen Reflektivität und einer angelegten Spannung aufweist, wird das Fourier-Bild durch einen gegebenen Schwellenwert perfekt binär gemacht. Das Fourier- Bild wird deshalb auf dem binären Flüssigkristall-Lichtventil 207 in Form eines binär gemachten Intensitätsverteilungsbildes aufgezeichnet.
  • Andererseits wird der andere von dem Strahlteiler 203 geteilte Lichtstrahl durch den Spiegel 214, einen Spiegel 215 und einen polarisierenden Strahlteiler 208 reflektiert und wird dann durch das binäre Flüssigkristall-Lichtventil 207 reflektiert. Da das binäre Flüssigkristall-Lichtventil 207 vom Reflektionstyp ist, beleuchtet der andere geteilte Strahl das binäre Flüssigkristall-Lichtventil 207 aus einer zu der Beleuchtungsrichtung des Fourier-Bildes entgegengesetzten Richtung. Hierdurch wird das auf dem Lichtventil 207 in Form einer binär gemachten Lichtintensitätsverteilung dargestellte Fourier-Bild in ein entsprechendes kohärentes Bild umgewandelt und wird dann anstelle eines Polarisators durch die Linse 208 in Form einer positiven oder negativen Intensitätsverteilung Fourier-transformiert, um ein Korrelationsbild zu erzeugen, welches Korrelationsspitzen, die durch die CCD-Kamera 210 erfaßt werden können, enthält. Bei diesem Aufbau ist die Eingabeplatte 205 an der vorderen Fokalebene der ersten Fourier-Transformierungslinse 206 angeordnet, und das binäre Flüssigkristall- Lichtventil 207 ist in der Fourier-Ebene der ersten Fourier-Transformierungslinse 206 angeordnet.
  • Ferner ist das binäre Flüssigkristall-Lichtventil oder das Aufzeichnungsgerät 207 in der vorderen Fokalebene der Fourier-Transformierungslinse 209 angeordnet, und die CCD- Kamera 210 ist in der Fourier-Ebene derselben angeordnet. Das maskierende Flüssigkristall-Lichtventil 204 ist knapp vor oder hinter der Eingabeplatte 205 angeordnet. Der Verschluß 216 wird durch den Computer 212 gesteuert, um nur zu öffnen, wenn das Fourier-Bild in Form der Lichtintensitätsverteilung auf dem binären Flüssigkristall-Aufzeichnungsgerät 207 aufgezeichnet wird und zu anderen Zeiten zu schließen.
  • Die CCD-Kamera 210 gibt ein für das Korrelationsbild repräsentatives analoges Signal aus, welches durch einen AD-Wandler 211 in ein entsprechendes digitales Signal umgewandelt wird. Der Computer 212 empfängt das digitale Signal und verarbeitet es, um Korrelationskoeffizientenwerte entsprechend der Lichtintensität der in dem Korrelationsbild enthaltenen Korrelationsspitzen zu bestimmen. Der Computer 212 gibt ferner ein den Werten entsprechendes digitales Signal aus, welches dahingehend wirkt, das maskierende Lichtventil 204 zu betätigen. Das digitale Signal wird nämlich durch einen DA-Wandler 213 in ein entsprechendes analoges Signal umgewandelt, um das maskierende Lichtventil 204 zu treiben.
  • Wie in Fig. 5 gezeigt, ist das gemeinsame Bild an der Eingabeplatte 205 aus einem zentralen Eingabebild und einer Mehrzahl peripherer Referenzbilder entlang eines Bogens derart zusammengesetzt, daß ein Abstand zwischen dem Eingabebild und den jeweiligen Referenzbildern gleich gehalten ist. Das maskierende Lichtventil 204 weist im Anfangszustand homogen maximale Transparenz auf.
  • Im Anfangszustand erfaßt die CCD-Kamera 210 eine Mehrzahl von Korrelationsspitzen, welche auf Korrelationen zwischen dem Eingabebild und den jeweiligen Referenzbildern beruhen. Beispielsweise können in dem Fall des gemeinsamen Bildes gemäß Fig. 5 den vier Referenzbildern entsprechend vier Paare von Korrelationsspitzen erfaßt werden. In diesem Fall ist die Lichtintensität oder der Pegel der jeweiligen Spitzen kleiner als diejenige einer Korrelationsspitze zwischen einem einzigen Referenzbild und einem einzigen Eingabebild, wobei Rauschen die Unterscheidung zwischen Spitze und Rauschen zunehmend erschwert und fehlerhafte Erkennung verursacht.
  • Das von der CCD-Kamera 210 ausgegebene analoge Bildsignal wird durch den AD-Wandler 211 in das digitale Bildsignal umgewandelt. Der Computer 212 bestimmt den Spitzenpegelwert einer jeden Korrelationsspitze auf der Grundlage der Analyse des digitalen Signals. Dann wird jeder Pegelwert auf den Maximalpegelwert unter all den Korrelationsspitzen normiert. Das Lichtventil 204 wird betätigt, um jedes Referenzbild proportional zu dem entsprechenden normierten Pegelwert, d.h. dem Korrelationskoeffizienten, gradativ zu maskieren. Beispielsweise wird in dem Anfangszustand, in dem das gemeinsame Bild gemäß Fig. 5 bearbeitet wird, die maximale Korrelationsspitze zwischen dem Eingabebild "E" und dem bestimmten Referenzbild "E" erhalten. Die anderen Spitzenpegel werden deshalb auf diese Maximalspitze normiert, um den normierten Spitzenpegel 0,8 für das Referenzbild "G", 0,7 für das Referenzbild "R" und 0,6 für das Referenzbild "W" zu bestimmen, während dem Referenzbild "E" der Wert 1 gegeben wird. Das maskierende Lichtventil 204 wird gemäß diesen Raten betätigt, um die jeweiligen Referenzbilder proportional zu maskieren. Es werden nämlich, während das Referenzbild "E" nicht maskiert wird, die Bestrahlungsausmaße der Lichtstrahlen für die Referenzbilder "G", "R" und "W" auf die Raten 0,8, 0,7 bzw. 0,6 geändert oder vermindert, indem die Transmissivität des Lichtventils 4 lokal eingestellt wird.
  • In dem darauffolgenden Zustand nach der Einstellung oder Korrektur erfaßt die CCD-Kamera 210 dann aktualisierte Korrelationsspitzen. Infolge der Korrektur werden die Kreuzkorrelationsspitzen für die Referenzbilder "G", "R", "W" im Vergleich zu ihren anfänglichen Spitzenpegeln erniedrigt, da sie gegenüber dem einfallenden kohärenten Lichtstrahl maskiert sind. Da andererseits das Referenzbild "E" nicht maskiert ist, ist dessen Spitzenpegel gegenüber seinem Anfangspegel hochgeschoben. Dann wird der Maskierungsvorgang dem relativen Verhältnis der aktualisierten Korrelationsspitzenpegel entsprechend erneut ausgeführt. Durch Wiederholen dieses Vorgangs geht die Mehrzahl der Korrelationsspitzen in ein einziges Paar über, und die verbleibenden Spitzen verschwinden. Im Endzustand sind die nicht korrelierenden Referenzbilder vollständig maskiert, um dadurch die Erkennung des Eingabebildes zu bewirken.
  • Fig. 12 zeigt die Änderung der normierten Korrelationsspitzenpegel in Abhängigkeit der Maskierungszyklen bei dieser Ausführungsform Der Graph zeigt, daß die Spitzenpegel, die von dem Pegel für das Referenzbild "E" verschieden sind, durch wiederholtes Ausführen des Maskierens über Rückkopplung nach und nach abnehmen. Da in Fig. 12 die Korrelationsspitze des Referenzbilds "E" im Vergleich zu den anderen Korrelationsspitzen im Anfangszustand den größten Wert aufweist, könnte das Eingabebild als Buchstabe E erkannt werden, ohne die Rückkopplungsschleife auszuführen. Wenn jedoch, wie in Fig. 13, das Eingabebild "G" ist, ist die anfängliche Erkennung nicht korrekt. Durch wiederholtes Ausführen des Rückkopplungsmaskierens zur Eliminierung von Interferenz zwischen den Referenzbildern, kann die korrekte Erkennung erzielt werden.
  • Bei der vorangehend beschriebenen dritten Ausführungsform wird die maximale Lichtintensität jeder Korrelationsspitze zur Normierung jeder Korrelationsspitze verwendet. Jedoch kann eine gesamte Lichtmenge oder eine mittlere Lichtmenge jeder Korrelationsspitze als Normierungsbasis verwendet werden.
  • Fig. 15 ist eine Querschnittsansicht, welche die Struktur des binären Flüssigkristall-Lichtventils 207 unter Verwen dung eines ferroelektrischen Flüssigkristalls zeigt. Das binäre Lichtventil weist ein Paar aus Glas oder Plastik gefertigter transparenter Substrate 231a und 231b auf, zwischen welchen ein Flüssigkristallmaterial angeordnet ist; die Substrate 231a und 231b weisen an ihren inneren Flächen transparente Elektroden 232a bzw. 332b auf sowie Ausrichtungsschichten 233a bzw. 233b, welche durch schräge Aufdampfung von Siliziummonoxid unter einem Einfallswinkel im Bereich von 75º bis 85º bezüglich der Normalen der transparenten Substrate gebildet sind. Die transparenten Substrate 231a und 231b sind durch einen Abstandshalter 239 unter einem gegebenen Abstand einander gegenüberliegend angeordnet, wobei zwischen ihnen eine mit den Ausrichtungsschichten 233a und 233b in Kontakt stehende Flüssigkristallschicht 234 angeordnet ist. Ferner ist zur Ausführung von optischern Schreiben zwischen der transparenten Elektrode 232a und der Ausrichtungsschicht 233a eine fotoleitende Schicht 235 mit einer lichtabschirmenden Schicht 236 und darauffolgend mit einem dielektrischen Spiegel 237 überlagert. Das transparente Substrat 231a auf der Schreibseite und das transparente Substrat 231b auf der Leseseite sind auf ihren Außenflächen mit Antireflexionsbeschichtungen 238a bzw. 238b ausgebildet.
  • Nachfolgend wird der Vorgang des Initialisierens des binären Flüssigkristall-Lichtventils 207 mit dem vorangehend beschriebenen Aufbau beschrieben. Gemäß einem ersten Verfahren wird, während die gesamte Oberfläche des binären Flüssigkristall-Lichtventils 207 von der Schreibseite her beleuchtet wird, zwischen dem Paar transparenter Elektrodenschichten 232a und 232b eine Gleichspannungs-Vorspannung oder eine mit einer Wechselspannung von 100 Hz bis 50 kHz überlagerte Gleichspannungs-Vorspannung angelegt, welche ausreichend größer ist als der Maximalwert einer ersten Schwellenspannung, welche bestimmt wird, wenn die fotoleitende Schicht 235 bestrahlt wird oder in hellem Zustand ist. Durch diesen Vorgang werden die Moleküle des ferroelektrischen Flüssigkristalls in einem stabilen Zustand ausgerichtet, um den stabilen Zustand zu speichern.
  • Gemäß einem alternativen zweiten Verfahren wird, ohne Bestrahlung, an das Paar transparenter Elektrodenschichten 232a und 232b eine Gleichspannungs-Vorspannung oder eine mit einer Wechselspannung von 100 Hz bis 50 kHz überlagerte Gleichspannungs-Vorspannung angelegt, welche ausreichend größer ist als der Maximalwert einer zweiten Schwellenspannung, welche bestimmt wird, wenn die fotoleitende Schicht 235 nicht beleuchtet wird oder in dunklem Zustand ist. Durch diesen Vorgang werden die ferroelektrischen Flüssigkristallmoleküle in einem der bistabilen Zustände ausgerichtet, um denselben zu speichern, damit hierdurch das binäre Lichtventil 207 initialisiert oder zurückgesetzt wird.
  • Nachfolgend wird das Verfahren des Schreibens oder Lesens des binären Flüssigkristall-Lichtventils 207 nach der Initialisierung beschrieben. Während des Anlegens einer Gleichspannung, welche gegenüber der Initialisierungsgleichspannung entgegengesetzte Polarität und einen gegebenen Spannungspegel aufweist, welcher geringer ist als ein Minimalwert der Schwellenspannung, welche bestimmt wird, wenn die fotoleitfähige Schicht nicht beleuchtet oder in dem Dunkelzustand ist, und größer ist als ein Maximalwert der anderen Schwellenspannung, welche bestimmt wird, wenn die fotoleitfähige Schicht beleuchtet oder in dem Hellzustand ist, wird mittels eines Laserstrahls ein Bild auf dem binären Lichtventil 207 optisch geschrieben. Eine derartige Gleichspannung kann von einer Wechselspannung mit 100 Hz bis 50 kHz überlagert sein. Träger werden in einem durch den einfallenden Laserstrahl beleuchteten Bereich der fotoleitfähigen Schicht erzeugt, und die erzeugten Träger treiben aufgrund der Gleichspannungs-Vorspannung in die Richtung des elektrischen Feldes, um die Schwellenspannung in der fotoleitfähigen Schicht zu senken. Folglich erhält der entsprechende Bereich der durch den Laserstrahl beleuchteten Flüssigkristallschicht die Gleichspannungs Vorspannung von umgekehrter Polarität, welche größer ist als die erniedrigte Schwellenspannung, so daß die ferroelektrischen Flüssigkristallmoleküle aufgrund der Inversion ihrer spontanen Dipole umgedreht werden, um in den anderen der bistabilen Zustände umzuschalten, womit das Eingabebild binär gemacht wird und dasselbe aufgezeichnet wird.
  • Das binär gemachte und aufgezeichnete Bild kann im positiven oder negativen Zustand gelesen werden, indem ein linear polarisiertes Leselicht, welches eine parallel (oder normal) zu der anfänglichen Ausrichtungsrichtung der Flüssigkristallmoleküle ausgerichtete Polarisationsachse aufweist, durch einen Polarisator mit einer Polarisationsachse normal (oder parallel) zu der des von dem dielektrischen Spiegel 237 reflektierten Leselichts aufgestrahlt wird. In der Ausführungsform gemäß Fig. 11 wird anstatt des Polarisators der polarisierende Strahlteiler 208 verwendet.
  • Der Schwellenwert zum Binärmachen des Bildes kann durch Ändern der Frequenz der an das Paar transparenter Elektrodenschichten 232a und 232b angelegten Wechselspannung oder durch Ändern des Pegels der Gleichspannungs-Vorspannung eingestellt werden. Andererseits kann die Leistung des einfallenden Laserstrahls eingestellt werden, um die Lichtintensität des aufzuzeichnenden Fourier-Bildes zu variieren, so daß der Schwellenwert entsprechend geändert wird.
  • Bei der vorangehend beschriebenen Ausführungsform des binären Lichtventils kann, wenn der dielektrische Spiegel 237 eine ausreichende Reflektivität für sichtbares Licht aufweist, um das Leselicht von der fotoleitfähigen Schicht 235 abzuhalten, die lichtabschirmende Schicht 236 entfernt werden. Wenn die fotoleitfähige Schicht 235 eine für das Leselicht ausreichende Reflektivität aufweist und das Leselicht eine ausreichend geringe Lichtintensität aufweist, um einen Einfluß auf die fotoleitfähige Schicht 235 zu vermeiden, kann auch der dielektrische Spiegel 237 entfernt werden.
  • Fig. 14 ist eine Strukturdarstellung, welche eine Abwandlung der dritten Ausführungsform der Erfindung zeigt. Eine CCD-Kamera 217, ein binär machender Schaltkreis 218 und ein Flüssigkristall-Fernseher 219 bilden ein Mittel zum Umwandeln des gemeinsamen Fourier-Bildes in eine binär gemachte Intensitätsverteilung und zum Aufzeichnen derselben. Diese Abwandlung weist bezüglich der Anordnung zum Fourier-Transformieren des gemeinsamen Bildes an der Eingabeebene 205 mittels der Fourier-Transformierungslinse 206 einen ähnlichen Aufbau auf wie die dritte Ausführungsform. Das gemeinsame Fourier-Bild wird mittels der CCD- Kamera 217 in ein entsprechendes Fourier-Bildsignal umgewandelt. In diesem Zustand wird, da die Intensität des Fourier-Bildes durch die Kamera 217 erfaßt werden kann, das Fourier-Bildsignal in Abhängigkeit von dem Intensitätspegel durch den binär machenden Schaltkreis 218 mit einem vorbestimmten Schwellenwert binär gemacht, und das binär gemachte Signal wird dem Flüssigkristall-Fernseher 219 vom elektrisch adressierten Typ zugeführt, um ein binär gemachtes Fourier-Bild darzustellen.
  • Der durch den Strahlteiler 203 herausgeteilte Lichtstrahl wird durch den Spiegel 214 reflektiert, um den Flüssigkristall-Fernseher 219 vom Transmissionstyp zu beleuchten. Hierdurch wird die binär gemachte Intensitätsverteilung des Fourier-Bildes in ein entsprechendes kohärentes Bild umgewandelt. Dieses kohärente binär gemachte Fourier-Bild wird durch die Fourier-Transformierungslinse 209 erneut Fourier-transformiert, und das entstehende Bild wird durch die CCD-Kamera 210 erfaßt, um ein Korrelationsbildsignal zu erzeugen. Die nachfolgende Verarbeitung kann ähnlich wie bei der dritten Ausführungsform ausgeführt werden.
  • Bei der vorangehend beschriebenen,Ausführungsform wird das binär gemachte Fourier-Bild auf dem Flüssigkristall- Fernseher 219 dargestellt; dieses Bild kann jedoch auf einem räumlichen Lichtmodulator vom lichtadressierten Typ unter Verwendung eines abtastenden optischen Systems, wie etwa einem Laserscanner, aufgezeichnet werden. Bei der vorangehend beschriebenen Ausführungsform wird der Strahlteiler 203 dazu verwendet, den Lichtstrahl von der Laserquelle 201 in zwei Wege zu teilen. Stattdessen kann ein Paar von Laserquellen verwendet werden.
  • Fig. 16 ist eine strukturelle Darstellung einer vierten Ausführungsform der Erfindung. Ein Laser 301, ein Strahlaufweiter 302, ein Strahlteiler 303 und eine Eingabeplatte 305 bilden ein Mittel zum Umwandeln eines gemeinsamen Bildes, welches aus wenigstens einem Referenzbild mit einem gegebenen Objektbild und wenigstens einem Eingabebild an der Eingabeplatte 305 zusammengesetzt ist, in ein kohärentes Bild. Eine Fourier-Transformierungslinse 306 und ein Flüssigkristall-Lichtventil 307 bilden ein Mittel zum Fourier-Transformieren des kohärenten Bildes in ein gemeinsames Fourier-Bild der Referenz- und Eingabebilder und zum Umwandeln des gemeinsamen Fourier-Bildes in ein Intensitätsverteilungsbild desselben und zum Darstellen desselben auf dem Lichtventil 307. Das Lichtventil 307 kann aus einem binären räumlichen Lichtmodulator bestehen, welcher ein lichtmodulierendes Material aufweist, das aus einem ferroelektrischen Flüssigkristall hergestellt ist, um das gemeinsame Fourier-Bild der Referenz- und Eingabebilder binär zu machen und das binär gemachte Intensitätsverteilungsbild darzustellen. Ein Strahlteiler 303, Spiegel 314, 315 und ein polarisierender Strahlteiler 308 bilden ein Mittel zum Lesen des nicht binär gemachten oder des binär gemachten Intensitätsverteilungsbildes von dem räumlichen Lichtmodulator 307 unter Verwendung kohärenten Lichts. Eine Fourier-Transformierungslinse 309 und eine CCD-Kamera bilden ein Mittel zum Fourier-Transformieren des gelesenen nicht binär gemachten oder binär gemachten kohärenten Intensitätsverteilungsbildes in ein Korrelationsbild und zum Umwandeln des Korrelationsbildes in ein entsprechendes elektrisches Signal.
  • Bei diesem Aufbau wird von dem Laser 301 emittiertes kohärentes Licht durch den Strahlaufweiter 302 aufgeweitet und dann durch einen Strahlteiler 303 in zwei Lichtstrahlen geteilt. Einer der geteilten Lichtstrahlen durchläuft den Strahlteiler 303 und das maskierende Lichtventil 304 und beleuchtet dann ein gemeinsames Bild aus dem Eingabebild und auf der Eingabeplatte 305 nahe dem Eingabebild angeordneten Referenzbildern, um das gemeinsame Bild in ein kohärentes Bild umzuwandeln. Dieses kohrente Bild wird durch die Linse 306 Fourier-transformiert, um das Fourier- Bild zu erzeugen, welches auf dem Flüssigkristall-Lichtventil 307 gebildet wird. Hierdurch wird das Intensitätsverteilungsbild des Fourier-Bildes auf dem Lichtventil 307 aufgezeichnet. An diesem Punkt kann, wenn ein reflektierendes Lichtventil unter Verwendung eines ferroelektrischen Flüssigkristalls mit bistabilen Speichereigenschaften bezüglich seiner Reflektivität und angelegter Spannung verwendet wird, das Bild bei einem gegebenen Schwellenwert perfekt binär gemacht werden. Hierdurch kann die binär gemachte Intensitätsverteilung des Fourier-Bildes auf dem Lichtventil 307 aufgezeichnet werden.
  • Andererseits wird der von dem Strahlteiler 303 reflektierte andere geteilte Lichtstrahl durch die Spiegel 314, 315 und den polarisierenden Strahlteiler 308 reflektiert, und er wird dann von dem Lichtventil 307 reflektiert. Da das Lichtventil 307 vom reflektierenden Typ ist, beleuchtet der andere Strahl das Lichtventil 307 auf der Seite, welche der aufzeichnenden Seite des gemeinsamen Fourier-Bildes entgegengesetzt ist. Hierdurch wird das auf dem Lichtmodulator 307 in Form einer optional binär gemachten Lichtintensitätsverteilung dargestellte gemeinsame Fourier- Bild in ein entsprechendes kohärentes Bild umgewandelt und wird dann durch die Fourier-Transformierungslinse 309 Fourier-transformiert, nachdem es aus dem Lichtventil 307 über den polarisierenden Strahlteiler 308, welcher als ein Polarisator in der Form des positiven oder negativen Bildes wirkt, ausgelesen wurde, um ein Korrelationsbild zu erzeugen, welches Korrelationsspitzen enthält, die durch die CCD-Kamera 310 erfaßt werden können. Bei diesem Aufbau ist die Eingabeplatte 305 in der vorderen Fokalebene der ersten Fourier-Transformierungslinse 306 angeordnet, und das Flüssigkristall-Lichtventil 307 ist in der Fourier- Ebene der ersten Fourier-Transformierungslinse 306 angeordnet.
  • Ferner ist das Flüssigkristall-Lichtventil 307 in der vorderen Fokalebene der Fourier-Transformierungslinse 309 angeordnet, und die CCD-Kamera 310 ist in deren Fourier- Ebene angeordnet. Das maskierende Flüssigkristall-Lichtventil 304 ist knapp vor oder hinter der Eingabeplatte 305 angeordnet.
  • Wie in Fig. 5 dargestellt, ist das gemeinsame Bild auf der Eingabeplatte 305 aus einem zentralen Eingabebild und einer Mehrzahl peripherer Referenzbilder entlang eines Bogens derart zusammengesetzt, daß ein Abstand zwischen dem Eingabebild und den jeweiligen Referenzbildern gleichgehalten ist.
  • In diesem Fall weist, da das jeweilige Referenzbild einen unterschiedlichen Flächenbereich einnimmt, der jeweilige durch jedes Referenzbild laufende Lichtstrahl eine unterschiedliche Leistung auf. Ohne Normierung würde deshalb ein Intensitätsunterschied zwischen dem jeweiligen Fouriertransformierten Bild der Referenzbilder, welche auf einer Schreibfläche des Flüssigkristall-Lichtventils 307 gebildet werden, erzeugt werden, was zu einer Degradierung der Sichtbarkeit des Interferenzmusters des Fourier-transformierten Bildes führt. Um diesen Nachteil zu vermeiden, werden die einfallenden Lichtstrahlen normiert und durch das maskierende Lichtventil 304 so reguliert, daß die Leistung jedes einfallenden Lichtstrahls, der auf jedes Referenzbild (und/oder Eingabebild) gestrahlt wird, oder jedes transmittierten Lichtstrahls von jedem Referenzbild (und/oder Eingabebild) auf die Fourier-Transformierungslinse 306 proportional zu s/sj reguliert wird, wobei 5 einen minimalen Flächenbereichswert der mehreren Referenzbilder bezeichnet und sj einen Flächenbereichswert für jedes Referenzbild bezeichnet (j bezeichnet eine ganze Zahl). Wenn die Eingabeplatte 305 einen fotografischen Film oder einen Flüssigkristall-Fernseher mit Transmissivitätsunregelmäßigkeit umfaßt, wird andererseits die durch die Referenz- und Eingabebilder transmittierte Leistung jedes Lichtstrahls gemessen, um die Normierung zu bewirken. Es wird nämlich jede einfallende Lichtstrahlleistung zu den jeweiligen Referenzbildern (und/oder dem Eingabebild) oder jede transmittierte Lichtstrahlleistung von den jeweiligen Referenzbildern (und/oder dem Eingabebild) zu der Fourier- Transformierungslinse proportional zu t/Tj reguliert, wobei t den Minimalwert der gemessenen transmittierten Lichtleistungen bezeichnet und Tj eine gemessene transmittierte Leistung jedes der Referenz- und Eingabebilder bezeichnet (1 bezeichnet eine ganze Zahl). Das maskierende Lichtventil 304 kann aus einem auf einem transparenten Substrat, wie etwa Glas, gebildeten lichtabsorbierenden Film aus Metall oder organischem Polymer bestehen oder kann aus einem maskierenden räumlichen Lichtventil des Typs, der elektrisch adressiert ist, wie etwa einem Flüssigkristall- Fernseher, bestehen. Normalerweise wird das Eingabe- oder Referenzbild sequentiell aktualisiert. Deshalb ist das elektrisch adressierte Lichtventil zum wahlweisen Regulieren der optischen Transmissivität bevorzugt.
  • Im Anfangszustand erfaßt die CCD-Kamera 310 eine Mehrzahl von Korrelationsspitzen, welche auf Korrelationen zwischen dem Eingabebild und den jeweiligen Referenzbildern beruhen. Beispielsweise können in dem Fall des gemeinsamen Bildes gemäß Fig. 5 vier Paare von Korrelationsspitzen entsprechend den vier Referenzbildern erfaßt werden. In diesem Fall ist die Lichtintensität oder der Pegel der jeweiligen Spitzen kleiner als diejenige einer Korrelationsspitze zwischen einem einzigen Referenzbild und einem einzigen Eingabebild, wobei Rauschen die Unterscheidung zwischen Spitze und Rauschen zunehmend erschwert und fehlerhafte Erkennung verursacht.
  • Wenn insbesondere die Normierung der Primärbilder nicht durchgeführt werden würde, dann wird die entsprechende Korrelationsspitze umso größer, je größer der Flächenbereichswert des Primärbildes ist. Folglich würde für Primärbilder relativ geringer Größe nicht korrekte Erkennung entstehen. Fig. 18 erläutert dieses Phänomen. Im Falle der Verwendung der in Fig. 5 gezeigten Primärbilder, welche vier Referenzbilder und ein Eingabebild enthalten, zeigt Fig. 18 einen Lichtintensitätsunterschied zwischen jeder normierten Autokorrelationsspitze jedes Referenzbildes und dem entsprechenden Eingabebild und der normierten maximalen Kreuzkorrelationsspitze. In diesem Fall werden die normierte Autokorrelationsspitze und die normierte Kreuzkorrelationsspitze derart bestimmt, daß eine maximale Lichtintensität für jede Korrelationsspitze gemessen wird, um die Lichtintensität jeder Korrelationsspitze zu definieren, welche dann auf die größte Lichtintensität unter all den Korrelationsspitzen normiert wird. Je größer der Lichtintensitätsunterschied zwischen der normierten Autokorrelationsspitze und der größten Kreuzkorrelationsspitze wird, umso genauer wird die Mustererkennung erzielt. Wenn der Unterschied negativ ist, kann fehlerhafte Erkennung entstehen. Der Unterschied gibt nämlich den Grad an Erkennungsgenauigkeit an. Wie man aus Fig. 18 erkennt, kann, selbst wenn das Primärbild nicht normiert ist, für das Eingabesignal "W", welches einen relativ großen Flächenbereich aufweist, eine klare Erkennung ermöglicht werden, während für das Eingabezeichen "G", welches einen relativ kleinen Flächenbereich aufweist, fehlerhafte Erkennung entsteht. Der Grad an Erkennung ändert sich stark mit dem jeweiligen Eingabebild. Wenn das Eingabebild normiert ist, ist der Grad an Erkennung andererseits für die jeweiligen Eingabebilder gleichförmig, unabhängig von der Flächenbereichsgröße des jeweiligen Eingabebildes. Ferner kann die Genauigkeit der Erkennung für die jeweiligen Eingabebilder verbessert werden.
  • Als nächstes zeigt Fig. 19 die Änderung der Lichtintensitätsdifferenz zwischen der normierten Autokorrelationsspitze und der größten Kreuzkorrelationsspitze bei Verwendung eines Eingabebildes "E" und bei Erhöhen der Zahl der Referenzbilder. Wenn das Eingabebild nicht normiert wird, kann korrekte Erkennung nur für 8 bis 10 Referenzbilder ausgeführt werden. Wenn das Eingabe-Buchstabenbild normiert wird, wird die korrekte Erkennung des Buchstabens andererseits für 11 bis 13 Referenz-Buchstabenbilder ermöglicht.
  • Sodann zeigt Fig. 17 eine Abwandlung der vierten Ausführungsform, welche ein korrelationsoptisches System vom Rückkopplungstyp verwendet, welches dahingehend wirksam ist, eine Korrelationsausgabe auf eine Eingabeintensität des gemeinsamen Bildes rückzukoppeln. Die Ausführungsform gemäß Fig. 17 unterscheidet sich von der Ausführungsform der optischen Mustererkennungsvorrichtung gemäß Fig. 16 in folgender Hinsicht. Das maskierende Flüssigkristall- Lichtventil 304 ist knapp vor oder hinter der Eingabeplatte 305 angeordnet. Der Verschluß 316 wird von dem Computer 312 gesteuert, um nur zu öffnen, wenn das Fourier-Bild in Form einer Lichtintensitätsverteilung auf dem Flüssigkristall- Lichtventil 307 aufgezeichnet wird und zu anderen Zeiten zu schließen.
  • Die CCD-Kamera 310 gibt ein für das Korrelationsbild repräsentatives analoges Signal aus, welches durch einen AD-Wandler 311 in ein entsprechendes digitales Signal umgewandelt wird. Der Computer 312 nimmt das digitale Signal auf und verarbeitet es, um Korrelationskoeffizien tenwerte entsprechend der Lichtintensität der in dem Korrelationsbild enthaltenen Korrelationsspitzen zu bestimmen. Der Computer 312 gibt ferner den Werten entsprechend ein digitales Signal aus, welches dahingehend wirkt, das maskierende Lichtventil 304 zu betätigen. Das digitale Signal wird nämlich durch einen DA-Wandler 313 in ein entsprechendes analoges Signal umgewandelt, um das Lichtventil 304 zu treiben.
  • Diese Ausführungsform verarbeitet auch ein gemeinsames Bild, wie es beispielsweise in Fig. 5 gezeigt ist. Im Anfangszustand wird das maskierende Lichtventil 304 im vollständig transmittierenden Zustand gehalten, und die CCD-Kamera 310 erfaßt eine Mehrzahl von Korrelationsspitzen aufgrund von Korrelationen zwischen dem Eingabebild und den jeweiligen Referenzbildern. In diesem Fall ist die Lichtintensität oder der Pegel der jeweiligen Spitzen geringer als diejenige einer Korrelationsspitze zwischen einem einzigen Referenzbild und einem einzigen Eingabebild, während Rauschen es zunehmend schwieriger macht, zwischen Korrelationsspitzen und Rauschen zu unterscheiden, was nicht korrekte Erkennung verursacht.
  • Das von der CCD-Kamera 310 ausgegebene analoge Bildsignal wird durch den AD-Wandler 311 in das digitale Bildsignal umgewandelt. Der Computer 312 bestimmt die Spitzenpegelwerte jeder Korrelationsspitze aufgrund einer Analyse des digitalen Signals. Anschließend wird jeder Pegelwert auf den Maximalpegelwert unter all den Korrelationsspitzen normiert. Das maskierende Lichtventil 304 wird betätigt, um jedes Referenzbild proportional zu dem entsprechenden normierten Pegelwert, d.h. Korrelationskoeffizienten, und umgekehrt proportional zu dem Bereichsverhältnis des jeweiligen Bildes gradativ zu maskieren. Beispielsweise wird in dem Anfangszustand, in dem das gemeinsame Bild gemäß Fig. 15 bearbeitet wird, die maximale Korrelationsspitze zwischen dem Eingabebild "E" und dem speziellen Referenzbild "E" erhalten. Deshalb werden die anderen Spitzenpegel auf diese Maximalspitze normiert, um normierte Spitzenpegel von 0,8 für das Referenzbild "E", 0,7 für das Referenzbild "R" und 0,6 für das Referenzbild "W" zu bestimmen, während dem Referenzbild "E" der Wert 1 gegeben wird. Ferner ist das Bereichsverhältnis der jeweiligen Referenzbilder 0,8 für das Referenzbild "E", 0,7 für das Referenzbild "G", 0,8 für das Referenzbild "R" und 1,0 für das Referenzbild "W". Diesen Raten entsprechend wird das maskierende Lichtventil 304 betätigt, um die jeweiligen Referenzbilder proportional zu maskieren. Die Beleuchtungsstärken der Lichtstrahlen werden nämlich für die Referenzbilder "E", "G", "R" und "W" jeweils um die Raten
  • 1 x 0,7/0,8 : 0,8 x 0,7/0,7 : 0,7 x 0,7/0,8 : 0,6 x 0,7/1 = 1 : 0,9 : 0,7 : 0,5
  • verändert oder reduziert, indem die Transmissivität des Lichtventils 304 lokal eingestellt wird.
  • In dem anschließenden Zustand nach der Einstellung oder Korrektur erfaßt die CCD-Kamera 310 dann aktualisierte Korrelationsspitzen. Infolge der Korrektur werden die Korrelationsspitzen für die Referenzbilder "G", "R" und "W" im Vergleich zu ihren ursprünglichen Spitzenpegeln erniedrigt, da sie gegenüber dem einfallenden kohrenten Lichtstrahl maskiert sind. Da andererseits das Referenzbild "E" nicht maskiert ist, ist dessen Spitzenpegel gegenüber seinem Anfangspegel hochgeschoben. Dann wird der Maskierungsvorgang dem relativen Verhältnis der aktualisierten Korrelationsspitzenpegel entsprechend erneut ausgeführt. Durch Wiederholen dieses Vorgangs geht die Mehrzahl der Korrelationsspitzen in ein einziges Paar über, und die verbleibenden Spitzen verschwinden. Im Endzustand sind die nicht korrelierenden Referenzbilder vollständig maskiert, um dadurch die Erkennung des Eingabebildes zu bewirken.
  • Bei dieser Ausführungsform zeigen Fig. 20(a) und 20(b) die Änderung der Lichtintensität der normierten Korrelationsspitze aufgrund der Wiederholung des Rückkopplungsvorgangs für den Fall, daß das Primärbild normiert ist oder nicht normiert ist. In beiden Fällen wird die Lichtintensität der Korrelationsspitzen, mit Ausnahme der des Referenzbildes "E", durch den iterierenden Rückkopplungsvorgang erniedrigt. In diesem Fall ist die Korrelationsspitze für das Referenzbild "E" stärker als jede andere Korrelationsspitze im Anfangszustand. Deshalb kann die korrekte Erkennung des Eingabebildes "E" ohne Rückkopplungsvorgang erfolgen. Die Erkennung kann jedoch schneller erreicht werden, wenn das Primärbild normiert wird, als wenn das Primärbild nicht normiert wird.
  • Bei der vorangehend beschriebenen Ausführungsform wird die maximale Lichtintensität jeder Korrelationsspitze zum Normieren jeder Korrelationsspitze verwendet. Jedoch kann die Gesamtlichtstärke oder Durchschnittslichtstärke jeder Korrelationsspitze als Normierungsbasis verwendet werden.
  • Fig. 21 ist eine Strukturdarstellung, welche eine fünfte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Ein verwendeter räumlicher Lichtmodulator vom Fourier-Typ ist vom reflektierenden und lichtadressierten Typ. Eine Laserquelle 410 und eine Eingabeplatte 403 mit einem gemeinsamen Bild darauf bilden ein Mittel zum Umwandeln des gemeinsamen Bildes, welches aus wenigstens einem Referenzbild mit einem Objekt-Referenzbild und wenigstens einem Eingabebild zusammengesetzt ist, in ein kohärentes Bild. Eine Fourier-Transformierungslinse 404 bildet ein Mittel zum Fourier-Transformieren des kohärenten Bildes in ein gemeinsames Fourier-Bild der Referenzbilder und des Eingabebildes. Ein räumlicher Lichtmodulator vom Flüssigkristall-Typ 405 bildet ein Mittel zum Umwandeln des gemeinsamen Fourier-Bildes in ein Intensitätsverteilungs bild und zum Aufzeichnen desselben. Ein Strahlteiler 407 bildet ein Mittel zum Lesen des auf dem räumlichen Lichtmodulator vom Flüssigkristall-Typ 405 aufgezeichneten Intensitätsverteilungsbildes unter Verwendung kohärenten Leselichts 406. Eine Fourier-Transformierungslinse 408 und eine CCD-Kamera 409 bilden ein Mittel zum Fourier-Transformieren des gelesenen kohärenten Bildes der Intensitätsverteilung in ein Korrelationsbild und zum Umwandeln desselben in ein entsprechendes Korrelationsbildsignal. Ein Komparator 410 bildet ein Mittel zum digitalen Verarbeiten des Korrelationsbildsignals, um zweidimensionale Korrelationskoeffizienten zwischen den Referenzbildern und dem Eingabebild zu bestimmen. Eine Rückkopplungstransferfunktionseinheit 411 und ein maskierendes Flüssigkristall Lichtventil 402 bilden ein Mittel zum Ändern der Transmissivität (oder Reflektivität) eines Bereichs des maskierenden Lichtventils 402, welcher das Referenzbild bedeckt, in linearer oder nicht linearer Beziehung zu dem Korrelationskoeffizienten.
  • Beispielsweise werden auf der Eingabeplatte 403 eine Anzahl von n Referenzbildern R&sub1;-Rn und ein Eingabebild 5 nebeneinander gebildet. Ferner weist das maskierende Lichtventil 402 den jeweiligen Referenzbildern entsprechend bereichsweise oder lokale Transmissivitäten M&sub1; - Mn und eine lokale Transmissivität Ms in einem dem Eingabebild entsprechenden Bereich auf. Wenn das kohärente einfallende Licht die Eingabeplatte 403 durch das maskierende Lichtventil 402 beleuchtet, werden die Referenzbilder und das Eingabebild in ein gemeinsames kohärentes Bild umgewandelt. In diesem Anfangszustand wird M&sub1; = ... = Mn = Ms gehalten. Folglich ist die einfallende Lichtintensität auf der Eingabeplatte 403 über die Referenzbilder und das Eingabebild gleichmäßig.
  • Das kohärente Bild wird durch die Fourier-Transformierungslinse 404 derart Fourier-transformiert, daß das entstehende Fourier-Bild auf dem räumlichen Lichtmodulator 405 in Form einer Lichtintensitätsverteilung aufgezeichnet wird. Ein kohärentes Leselicht 406 wird von dem Strahlteiler 407 reflektiert und beleuchtet dann den räumlichen Lichtmodulator oder die Aufzeichnungsvorrichtung 405, um die geschriebene Intensitätsverteilung des gemeinsamen Fourier-Bildes in die Form eines kohärenten Fourier-Bildes zu schreiben. Dieses Fourier-Bild wird durch die zweite Fourier-Transformierungslinse 408 erneut Fourier-transformiert, um auf dem Bilddetektor 409 entlang der Korrelationsausgabeebene ein Korrelationsbild zu bilden. Das ausgegebene Korrelationsbild enthält n Paare von Korrelationsspitzen P&sub1; - Pn. Jeder Lichtintensitäts- oder Spitzenpegel der jeweiligen Korrelationsspitzen P&sub1; - Pn stellt jeweils einen zweidimensionalen Kreuzkorrelationskoeffizienten zwischen dem Eingabebild S und den jeweiligen Referenzbildern R&sub1; - Rn auf der Ausgabeplatte 403 dar. Bei diesem Aufbau ist die Eingabeplatte 403 in der vorderen Fokalebene der ersten Fourier-Linse 404 angeordnet, und der räumliche Lichtmodulator 405 ist in deren hinterer Fokalebene angeordnet. Ferner ist der räumliche Lichtmodulator 405 in einer vorderen Fokalebene der zweiten Fourier-Linse 408 angeord net, und der Korrelationsbilddetektor 409 ist in einer hinteren Fokalebene derselben angeordnet.
  • Der Korrelationsbilddetektor 409 wandelt das die Korrelationsspitzen enthaltende Korrelationsausgabebild in das entsprechende Korrelationsbildsignal um, welches dann von dem Komparator 410 verarbeitet wird, um die Lichtintensitäten der Korrelationsspitzen zu bestimmen, wobei die zweidimensionalen Kreuzkorrelationskoeffizienten C&sub1; - Cn zwischen dem Eingabebild und den jeweiligen Referenzbildern bestimmt werden. Zudem werden diese Kreuzkorrelationskoeffizienten auf den maximalen Kreuzkorrelationskoeffizienten normiert.
  • Diese Kreuzkorrelationskoeffizienten werden in die Rückkopplungstransferfunktionseinheit 411 zurückgeführt und werden entsprechend einer linearen oder nicht linearen Funktion g wie folgt verarbeitet
  • Mn = g (Cn),
  • um die Transmissivitäten M&sub1; - Mn des maskierenden Lichtventils 402 zu bestimmen oder einzustellen. In dieser Hinsicht haben die normierten Kreuzkorrelationskoeffizienten C&sub1; - Cn und die Transmissivitäten M&sub1; - Mn einen Wert zwischen 0 und 1. Deshalb hat die Funktion g einen Definitionsbereich und einen Wertebereich innerhalb von 0 - 1.
  • Der maskierende Modulator 402 wird derart gesteuert, daß er seine lokalen Transmissivitäten M&sub1; bis Mn den jeweiligen Referenzbildern entsprechend einstellt. Durch diesen Vorgang werden die Lichtintensitäten der die Referenzbilder R&sub1; - Rn beleuchtenden Strahlen entsprechend den durch die Korrelationsverarbeitung erhaltenen Werten der zweidimensionalen Kreuzkorrelationskoeffizienten geändert. Die dem Eingabebild entsprechende Transmissivität Ms wird immer auf
  • Ms = max (Mi)
  • gestezt, wobei i von 1 bis n läuft.
  • Wenn in diesem nachfolgenden Zustand die Transmissivitäten des maskierenden Lichtventils 402 geändert sind, wird das einfallende Licht 401 wieder aufgestrahlt, um die ähnliche Korrelationsverarbeitung zu bewirken, damit die aktualisierten zweidimensionalen Kreuzkorrelationskoeffizienten erhalten werden. Diese Ergebnisse werden über die Rückkopplungstransferfunktionseinheit 411 zurückgeführt, um die Transmissivitäten des maskierenden Modulators 402 zu ändern.
  • Wenn bei dem vorangehend beschriebenen Aufbau eine Lichtintensität einer Korrelationsspitze kleiner ist als die anderer Spitzen, wird durch die Rückkopplung die nächste Lichtintensität des das entsprechende Referenzbild beleuchtenden Strahls erniedrigt. In diesem Zustand wird die darauffolgende Korrelationsverarbeitung derart ausgeführt, daß das Fourier-transformierte Bild des dieser schwachen Korrelationsspitze entsprechenden Referenzbildes unter den auf dem räumlichen Lichtmodulator 405 aufgezeichneten Fourier-transformierten Bildern schwächer und unklarer wird. Folglich wird der diesem Referenzbild entsprechende Korrelationsspitzenpegel noch schwächer. Durch wiederholtes Ausführen dieses Rückkopplungsvorgangs werden somit die Referenzbilder, welche zu dem Eingabebild keine Korrelationen aufweisen, durch das maskierende Lichtventil 402 nach und nach maskiert, so daß die diese irrelevanten Referenzbilder beleuchtenden einfallenden Strahlen geschwächt werden, während nur die dem korrekten Referenzbild entsprechende Korrelationsspitze extrem verstärkt werden kann. Selbst wenn auf dem Korrelationsbilddetektor viele Korrelationsspitzen gebildet werden und diese derart kleine Spitzenpegel aufweisen, daß sie durch Rauschen geschwächt sind und es unmöglich ist, sie im Anfangszustand korrekt zu erkennen, kann deshalb die vorangehend beschriebene Rückkopplung wiederholt ausgeführt werden, um korrekte Erkennung zu bewirken.
  • Durch Ändern der Form der Rückkopplungstransferfunktion kann die Beziehung zwischen den zweidimensionalen Kreuzkorrelationskoeffizienten C&sub1; - Cn und den lokalen Transmissivitäten des maskierenden Modulators 402 auf geeignete Weise eingestellt werden. Die Rückkopplungstransferfunktion kann eine Funktion vom Sättigungstyp umfassen, wie etwa Sigmoidfunktion, Sinuswellenfunktion und logarithmische Funktion, sowie eine Stufentypfunktion, wie etwa Einzelstufen- Stufenfunktion und Mehrstufen-Stufenfunktion, sowie eine Kombination hiervon. Durch Ändern der Form der Rückkopplungstransferfunktion kann die Geschwindigkeit und Genauigkeit der Erkennung verbessert werden. Wenn beispielsweise die Heaviside-Einheitsfunktion in der Rückkopplungstransferfunktionseinheit 411 verwendet wird, kann deren Schwellenwert geeignet ausgewählt werden, um vollständige Maskierung der schwachen Korrelationsspitzen entsprechenden Referenzbilder durch einen einzigen Rückkopplungsvorgang zu bewirken, wodurch eine extrem schnelle Erkennung bewirkt wird. Wenn andererseits der Schwellenwert nicht geeignet eingestellt ist, wird die Erkennung verlängert oder kann durch wiederholtes Ausführen der Rückkopplungsoperation nicht bewirkt werden. Demgemäß sollte die Form der Rückkopplungstransferfunktion dem Zustand des Eingabebilds oder dem benötigten Erkennungszustand entsprechend geändert werden.
  • Bei der obigen Ausführungsform umfaßt der aufzeichnende räumliche Lichtmodulator 405 den reflektierenden und lichtadressierten Typ; jedoch kann gleichfalls der Transmissionstyp und der elektrisch adressierte Typ verwendet werden.
  • Fig. 22 ist eine Strukturdarstellung, welche eine Abwandlung der fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Bei dieser Ausführungsform wird das reflektierende und lichtadressierende Flüssigkristall-Lichtventil 425, wie in der Ausführungsform gemäß Fig. 21, als ein Fourierräumlicher Lichtmodulator verwendet. Eine Laserquelle 421, ein Strahlaufweiter 422, ein Strahlteiler 423, ein Verschluß 433 und eine Eingabeplatte 403 mit einem gemeinsamen Bild darauf bilden ein Mittel zum Umwandeln des gemeinsamen Bildes, welches aus wenigstens einem Referenzbild mit einem Objekt-Referenzbild und wenigstens einem Eingabebild besteht, in ein kohärentes Bild. Eine Fourier-Transformierungslinse 404 bildet ein Mittel zum Fourier-transformieren des kohärenten Bildes in ein gemeinsames Fourier-Bild des Referenzbildes und des Eingabebildes. Ein Flüssigkristall- Lichtventil 425 bildet ein Mittel zum Umwandeln des gemeinsamen Fourier-Bildes in ein Intensitätsverteilungsbild und zum Aufzeichnen desselben. Spiegel 431, 432 und ein polarisierender Strahlteiler 426 bilden ein Mittel zum Lesen des auf dem Flüssigkristall-Lichtventil 425 aufgezeichneten Intensitätsverteilungsbildes unter Verwendung kohärenten Lichts. Eine Fourier-Transformierungslinse 408 und eine CCD-Kamera 427 bilden ein Mittel zum Fourier- Transformieren des gelesenen kohärenten Bildes der Intensitätsverteilung in ein Korrelationsbild und zum Umwandeln desselben in ein entsprechendes Korrelationsbildsignal. Ein AD-Wandler 428 und ein Computer 429 bilden ein Mittel zum digitalen Verarbeiten des Korrelationsbildsignals, um zweidimensionale Korrelationskoeffizienten zwischen den Referenzbildern und dem Eingabebild zu bestimmen. Der Computer 429, ein DA-Wandler 430 und ein maskierendes Flüssigkristall-Lichtventil 424 bilden ein Mittel zum Ändern der Transmissivität (oder Reflektivität) eines Bereichs des maskierenden Lichtventils 424, welcher das Referenzbild bedeckt, in linearer oder nicht linearer Beziehung zu dem Korrelationskoeffizienten.
  • Bei diesem Aufbau wird ein von dem Laser 421 emittiertes kohärentes Licht durch den Strahlaufweiter 422 aufgeweitet und dann durch den Strahlteiler 423 in zwei Lichtstrahlen geteilt. Einer der geteilten Lichtstrahlen läuft durch den Strahlteiler 423, den Verschluß 433 und das maskierende Lichtventil 424 und beleuchtet dann ein gemeinsames Bild aus dem Eingabebild und den nahe dem Eingabebild auf der Eingabeplatte 403 angeordneten Referenzbildern, um das gemeinsame Bild in ein kohärentes Bild umzuwandeln. Dieses kohärente Bild wird durch die Linse 404 Fourier-transformiert, um ein gemeinsames Fourier-Bild zu erzeugen, welches auf dem Flüssigkristall-Lichtventil in Form eines Intensitätsverteilungsbildes erfaßt und dargestellt wird.
  • Andererseits wird der von dem Strahlteiler 423 reflektierte andere geteilte Lichtstrahl von den Spiegeln 431, 432 und dem polarisierenden Strahlteiler 426 reflektiert und beleuchtet dann das Flüssigkristall-Lichtventil 425 von der Rückseite. Hierdurch wird das auf dem Lichtventil 425 in Form einer Lichtintensitätsverteilung dargestellte gemeinsame Fourier-Bild in ein entsprechendes kohärentes Bild umgewandelt und wird dann durch die Linse 408 Fouriertransformiert, um ein Korrelationsbild zu erzeugen, welches Korrelationsspitzen enthält, die durch die CCD-Kamera 427 erfaßt werden können. Bei diesem Aufbau ist die Eingabeplatte 403 in der vorderen Fokalebene der ersten Fourier- Transformierungslinse 404 angeordnet, und das Flüssigkristall-Lichtventil 425 ist in der Fourier-Ebene der ersten Fourier-Transformierungslinse 404 angeordnet.
  • Ferner ist das Flüssigkristall-Lichtventil 425 in der vorderen Fokalebene der Fourier-Transformierungslinse 408 angeordnet, und die CCD-Kamera 427 ist in deren Fourier- Ebene angeordnet. Das maskierende Flüssigkristall-Lichtventil 424 ist knapp vor oder hinter der Eingabeplatte 403 angeordnet. Der Verschluß 433 wird durch den Computer 429 derart gesteuert, daß er nur öffnet, wenn das gemeinsame Fourier-Bild in Form einer Lichtintensitätsverteilung auf dem Flüssigkristall-Lichtventil 425 aufgezeichnet wird, und zu anderen Zeiten schließt.
  • Die CCD-Kamera 427 gibt ein für das Korrelationsbild repräsentatives analoges Signal aus, welches durch einen AD-Wandler 428 in ein entsprechendes digitales Signal umgewandelt wird. Der Computer 429 empfängt das digitale Signal und verarbeitet es, um entsprechend der Lichtintensität von in dem Korrelationsbild enthaltenen Spitzen Korrelationskoeffizientenwerte zu bestimmen. Dem Computer 429 wurde vorsorglich eine Rückkopplungstransferfunktion eingegeben, so daß der Computer den Korrelationskoeffizientendaten entsprechend einen Ausgabewert berechnet, um ein digitales Signal auszugeben, welches dahingehend wirksam ist, das maskierende Lichtventil 424 zu betätigen. Das digitale Signal wird nämlich durch einen DA-Wandler 430 in ein entsprechendes analoges Signal umgewandelt, um das maskierende Lichtventil 424 zu treiben.
  • Wie in Fig. 23 gezeigt, ist das gemeinsame Bild auf der Eingabeplatte aus einem zentralen Eingabebild und einer Mehrzahl peripherer Referenzbilder entlang eines Kreises derart zusammengesetzt, daß ein Abstand zwischen dem Eingabebild und den jeweiligen Referenzbildern gleichgehalten ist. In diesem Fall wird eine Zahl von 13 Referenzbildern angeordnet. Das maskierende Lichtventil 424 wird im Anfangszustand vollständig transmittierend einge stellt, um jedes der Referenz- und Eingabebilder gleichmäßig mit kohärentem Licht zu beleuchten.
  • In dem Anfangszustand erfaßt die CCD-Kamera 427 eine Mehrzahl von Korrelationsspitzen, welche auf Korrelationen zwischen dem Eingabebild und den jeweiligen Referenzbildern basieren. Im Falle des gemeinsamen Bildes gemäß Fig. 23 können, den 13 Referenzbildern entsprechend, 13 Paare von Korrelationsspitzen erfaßt werden. In diesem Fall ist die Lichtintensität oder der Pegel der jeweiligen Spitzen geringer als diejenigen einer Korrelationsspitze zwischen einem einzigen Referenzbild und einem einzigen Eingabebild, während Rauschen es zunehmend schwieriger macht, zwischen Korrelationsspitzen und Rauschen zu unterscheiden, was nicht korrekte Erkennung verursacht.
  • Deshalb wird das von der CCD-Kamera 427 ausgegebene analoge Korrelationsbildsignal durch den AD-Wandler 428 in ein digitales Signal umgewandelt, und der Computer 429 bestimmt die maximale Lichtintensität für jede Korrelationsspitze als den Spitzenpegel jeder Korrelationsspitze. Jeder Spitzenpegel wird auf den größten Spitzenpegel unter all den Spitzenpegeln normiert, und die normierten Werte werden in die Rückkopplungstransferfunktionseinheit zurückgeführt. Die Rückkopplungstransferfunktion wird beispielsweise durch die folgende Sigmoidfunktion dargestellt:
  • g(X) = [1 + tanh ((X- α)/X&sub0;)]/2 ... (1)
  • Fig. 24 zeigt diese Funktion, wobei
  • α = 0,7 und X&sub0; = 0,4, 0,1.
  • Wenn der Wert von X&sub0; verringert wird, nähert sich diese Funktion der Heaviside-Einheitsfunktion an. Der von der Rückkopplungstransferfunktion ausgegebene Wert g (X) bestimmt die lokale Transmissivität eines Bereichs des maskierenden Flüssigkristall-Lichtventils 424, welcher dem entsprechenden Referenzbild zugewandt.
  • Beispielsweise wird in dem Anfangszustand, in dem das gemeinsame Bild gemäß Fig. 23 verarbeitet wird, die maximale Korrelationsspitze zwischen dem Eingabebild "E" und dem bestimmten Referenzbild "E" erhalten. Deshalb werden die anderen Spitzenpegel auf diese maximale Spitze normiert, um normierte Spitzenpegel C&sub1; - C&sub1;&sub2; für die verbleibenden 12 Referenzbilder zu bestimmen. Somit werden die Bereichs-Transmissivitäten des maskierenden Lichtventils 424 auf
  • g(C&sub1;), g(C&sub2;) ... g(C&sub1;&sub2;)
  • eingestellt. Diesen Raten entsprechend wird das maskierende Lichtventil 424 betätigt, um die jeweiligen Referenzbilder proportional zu maskieren.
  • In dem folgenden Zustand nach der Einstellung oder Korrektur erfaßt die CCD-Kamera 427 dann aktualisierte Korrelationsspitzen. Infolge der Korrektur werden die Referenzbilder, die nicht dem Referenzbild "E" entsprechen, im Vergleich zu ihren Anfangs-Spitzenpegeln erniedrigt, da sie gegenüber dem einfallenden kohärenten Lichtstrahl maskiert sind. Da andererseits das Referenzbild "E" nicht maskiert ist, wird sein Spitzenpegel gegenüber seinem Anfangspegel angehoben. Dann wird der Maskierungsvorgang dem relativen Verhältnis der aktualisierten Korrelationsspitzenpegel entsprechend erneut ausgeführt. Durch wiederholtes Ausführen dieses Vorgangs geht die Mehrzahl an Korrelations spitzen in ein einziges Paar über und die verbleibenden Spitzen verschwinden. Im Endzustand sind die nicht korrelierenden Referenzbilder vollständig maskiert, um hierdurch die Erkennung des Eingabebildes zu bewirken.
  • Fig. 25 zeigt die Änderung der normierten Korrelationsspitzenpegel in Abhängigkeit der Rückkopplungszahl, wenn die durch die Beziehung (1) angegebene Sigmoidfunktion als Rückkopplungstransferfunktion verwendet wird, wobei in der Beziehung (1) die Parameter α = 0,7 und X&sub0; = 0,1 eingestellt sind. Ferner zeigt Fig. 26 die Änderung der normierten Korrelationsspitzenpegel in Abhängigkeit von der Rückkopplungszahl, wenn eine lineare Rückkopplungstransferfunktion verwendet wird. Wie man aus dem Vergleich der Fig. und 26 erkennt, werden die den Referenzbildern entsprechenden Korrelationsspitzenpegel, die nicht dem Referenzbild "E" entsprechen, beim wiederholten Ausführen des Rückkopplungsvorgangs schnell vermindert.
  • Bei der vorangehend beschriebenen Ausführungsform wird zur Normierung jeder Korrelationsspitze die maximale Lichtintensität jeder Korrelationsspitze verwendet; jedoch kann als Normierungsbasis die gesamte Lichtmenge oder mittlere Lichtmenge jeder Korrelationsspitze verwendet werden. Bei der obigen Ausführungsform wird die Sigmoidfunktion als Rückkopplungstransferfunktion verwendet; jedoch kann die Heaviside-Einheitsfunktion oder eine mehrstufige Stufenfunktion verwendet werden, um die gleiche Wirkung zu erzielen. Bei der obigen Ausführungsform wird das reflektierende Lichtventil vom lichtadressierten Typ als Fourier- Bildaufzeichnungsgerät verwendet; jedoch kann ein transmittierendes Lichtventil, wie etwa ein räumlicher Lichtmodulator mit BSO-Kristall (Bi&sub1;&sub2;SiO&sub2;&sub0;) verwendet werden, um die gleiche Wirkung zu erreichen.
  • Eine weitere Abwandlung der fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird in Verbindung mit Fig. 27 beschrieben. Eine CCD-Kamera 434 und ein Flüssigkristall- Fernseher 435 bilden ein Mittel zum Umwandeln des Fourier- Bildes in sein Intensitätsverteilungsbild und zum Darstellen desselben. Das gemeinsame Primärbild in der Eingabeebene 403 wird durch die Fourier-Transformierungslinse 404 in einer den vorangehend beschriebenen Ausführungsformen ähnlichen Weise Fourier-transformiert, und deshalb wird auf ihre detaillierte Beschreibung verzichtet. Das Fourier-Bild des Primärbildes wird durch die CCD-Kamera 434 in ein entsprechendes elektrisches Signal umgewandelt, und dieses Signal wird dem Flüssigkristall-Fernseher 435 zugeführt, um die Intensitätsverteilung des Fourier-Bildes darzustellen. Einer der durch den Strahlteiler 423 geteilten Lichtstrahlen wird von dem Spiegel 431 reflektiert und beleuchtet dann den Flüssigkristall-Fernseher 435. Hierdurch kann die Intensitätsverteilung des Fourier-Bildes in ein kohärentes Bild umgewandelt werden. Dieses kohärente Bild wird durch die Fourier-Transformierungslinse 408 erneut Fourier-transformiert, und das entstehende Bild wird durch die CCD-Kamera 427 erfaßt, um ein für Korrelationsspitzen kennzeichnendes Korrelationsbildsignal zu erzeugen. Eine nachfolgende Verarbeitung kann in einer den vorangehenden Ausführungsformen ähnlichen Weise ausgeführt werden.
  • Bei der vorliegenden Ausführungsform wird das Fourier-Bild auf dem Flüssigkristall-Fernseher 435 dargestellt. Das gemeinsame Fourier-Bild kann jedoch auf einem Lichtventil vom lichtadressierten Typ unter Verwendung eines abtastenden optischen Systems, wie etwa einem Laser-Scanner, aufgezeichnet werden. Bei der Ausführungsform wird der Laserstrahl von der Laserquelle 401 mittels eines Strahlteilers 423 in zwei Wege geteilt; jedoch kann anstatt des Strahlteilers ein Paar von Laserquellen verwendet werden.
  • Wie vorangehend beschrieben kann gemäß der fünften Ausführungsform der Erfindung die Rückkopplungstransferfunk tion auf eine gewünschte Form eingestellt werden. Deshalb kann die optimale Form der Rückkopplungstransferfunktion in Abhängigkeit von verschiedenen Bedingungen, wie etwa der Anzahl an Referenzbildern und Eingabebildern in dem Primärbild, dem Grad der Ähnlichkeit zwischen den Referenzund Eingabebildern und der für die Erkennung und Messung benötigten Genauigkeit oder Geschwindigkeit in geeigneter Weise ausgewählt werden, wodurch Erkennung und Messung ermöglicht wird, welche sich sowohl durch Genauigkeit und schnelle Leistung auszeichnet.
  • Fig. 28 zeigt einen weiteren Typ von Flüssigkristall Lichtventil des elektrisch adressierten Typs. Das Lichtventil kann bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung auch als ein maskierendes Lichtventil, ein aufzeichnendes Lichtventil, eine Primärbildanzeige usw. verwendet werden. Das Lichtventil umfaßt ein Substrat 501, welches beispielsweise aus einer Quarzglasplatte besteht, und weist eine 501 (Silizium auf Isolator) genannte Struktur auf. Ein Silizium-Einkristall-Film 502 ist auf dem Substrat 501 gebildet. Eine Mehrzahl von Bildelementen ist in dem Silizium-Einkristall-Film 502 in Matrix-Feldanordnung gebildet. Jedes Bildelement oder Pixel umfaßt eine Bildelektrode 503 und ein entsprechendes Schaltelement 504 in Form eines Feldeffekttransistors vom Typ mit isolierendem Gate. Der Transistor weist eine mit der entsprechenden Bildelektrode verbundene Source-Elektrode, eine mit einer Signalleitung 506 verbundene Drain-Elektrode und eine mit einer Abtastleitung 505 verbundene Gate-Elektrode auf. Jede Abtastleitung 505 ist mit einem Abtastschaltkreis 507 verbunden, so daß jede Reihe an Schaltelementen 504 abgetastet werden kann. Jede Signalleitung 506 ist mit einem Signalschaltkreis 508 verbunden, so daß ein abgetastetes Schaltelement 504 entsprechend einem Bildsignal getrieben wird, um ein entsprechendes Bildelement auszuwählen. Die Schaltelemente 504, der Abtastschaltkreis 507 und der Treiberschaltkreis 508 können auf dem Silizium-Einkristall-Film 502 durch LSI-Technologie gemeinsam gebildet werden, um dadurch Bildelemente von µm-Größenordnung herzustellen. Ein oberes Substrat 509 ist auf dem unteren Substrat 501 mit einem Abstand davon angeordnet und ist auf seiner Innenseite mit einer Zählelektrode 510 versehen. Eine Flüssigkristallschicht 511 vom TN- oder ferroelektrischen Typ liegt zwischen den unteren und oberen Substraten 501 und 509. Die Flüssigkristallschicht 511 wird zwischen der Zählelektrode 510 und einem ausgewählten Bildelement lokal aktiviert, um das Schalten des einfallenden Lichts über ein Paar von Polarisatoren 512 und 513 zu bewirken.
  • Bei dieser Ausführungsform wird der Silizium-Einkristall- Film 502 vorteilhafterweise durch Verbinden eines Silizium- Einkristall-Wafers und einer Quarzglasplatte miteinander und durch Läppen und Polieren des Wafers gebildet, um die Anwendung von LSI-Herstellungstechnologien auf das Substrat direkt zu ermöglichen.

Claims (14)

1. Optische Mustererkennungsvorrichtung, umfassend:
- Mittel (1, 2, 3, 5), welche kohärentes Licht verwenden, um gleichzeitig wenigstens ein Referenzbild und eine Mehrzahl von Eingabebildern oder wenigstens ein Eingabebild und eine Mehrzahl von Referenzbildern in ein gemeinsames kohärentes Bild umzuwandeln,
- ein Mittel (6) zum übertragen des gemeinsamen kohärenten Bildes, um ein Fourier-transformiertes Bild des gemeinsamen Bildes zu erzeugen,
- ein Mittel (7), um eine Intensitätsverteilungsaufzeichnung auf der Grundlage des Fouriertransformierten Bildes bereitzustellen,
- Mittel (8, 9, 10, 14, 15), welche auf die Intensitätsverteilungsaufzeichnung ansprechen, um Korrelationsinformation zur Bestimmung einer Korrelation zwischen dem Referenzbild oder den Referenzbildern und dem Eingabebild oder den Eingabebildern zu liefern,
gekennzeichnet durch Mittel (4, 12, 13), welche in Antwort auf die gelieferte Korrelationsinformation betätigbar sind, um die Intensität des in den Umwandlungsmitteln (1, 2, 3, 5) verwendeten kohärenten Lichtstrahls derart zu verändern, daß die Intensität des für die jeweiligen Bilder verwendeten Lichts in Abhängigkeit von dem jedem Bild entsprechenden Maß der bestimmten Korrelation geändert wird, so daß die Bilder, welche ein niedriges Korrelationsmaß aufweisen, durch die Verwendung des kohärenten Lichts variierter Intensität geringeren Einfluß auf die nachfolgend bereitgestellte Intensitätsverteilungsauf zeichnung haben.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittel zum Bereitstellen einer Intensitätsverteilungsaufzeichnung ein Mittel mit einem räumlichen Lichtmodulator zum Umwandeln des Fourier-transformierten Bildes in ein Intensitätsverteilungsbild und zum Aufzeichnen desselben umfaßt.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Liefern der Korrelationsinformation Mittel (8, 14, 15) zum Lesen des Intensitätsverteilungsbildes unter Verwendung kohärenten Lichts, Mittel (9) zum Fourier-Transformieren des gelesenen Bildes in ein Korrelationsbild und Mittel (10) zum Umwandeln des Korrelationsbildes in ein Korrelationssignal umfassen.
4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der räumliche Lichtmodulator des Intensitätsverteilungsaufzeichnungsmittels einen räumlichen Modulator vom lichtadressierten Typ umfaßt, welcher zum Umwandeln und Aufzeichnen dient.
5. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Intensitätsverteilungsaufzeichnungsmittel ein Mittel (107) zum Umwandeln des Fouriertransformierten Bildes in ein Intensitätsverteilungssignal umfaßt und daß der räumliche Lichtmodulator einen räumlichen Lichtmodulator vom elektrisch adressierten Typ umfaßt, welcher auf das Intensitätsverteilungssignal anspricht, um das Intensitätsverteilungsbild aufzuzeichnen.
6. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der räumliche Lichtmodulator des Intensitätsverteilungsmittels einen binären räumlichen Lichtmodulator des lichtadressierten Typs (207) umfaßt, um das Fourier-transformierte Bild in ein binär gemachtes Intensitätsverteilungsbild umzuwandeln und um dasselbe aufzuzeichnen, wobei der binäre räumliche Lichtmodulator einen ferroelektrischen Flüssigkristall mit bistabilen Speichereigenschaften enthält.
7. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Intensitätsverteilungsaufzeichnungsmittel einen Bildsensor (217) zum Erfassen des Fourier-transformierten Bildes und Umwandeln desselben in ein entsprechendes elektrisches Signal sowie Mittel (218) zum Binärmachen des elektrischen Signals umfaßt und dadurch, daß der räumliche Lichtmodulator einen räumlichen Lichtmodulator des elektrisch adressierten Typs umfaßt, welcher auf das binär gemachte elektrische Signal anspricht, um ein binär gemachtes Intensitätsverteilungsbild aufzuzeichnen.
8. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Variieren der Intensität des kohärenten Lichtstrahls Maskierungsmittel (4) umfassen.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Maskierungsmittel einen räumlichen Lichtmodulator umfassen, welcher vor oder hinter der Ebene des wenigstens einen Referenzbildes und auf der optischen Achse angeordnet ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der maskierende räumliche Lichtmodulator derart angeordnet ist, daß er die Intensität des kohärenten Lichtstrahls in nichtlinearer Beziehung zu einem aus der Korrelationsinformation bestimmten Korrelationsmaß variiert.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die nichtlineare Beziehung durch eine Sigmoidfunktion, Sinuswellenfunktion, logarithmische Funktion, Heavesidesche Einheitsfunktion, Sättigungsfunktion, eine Stufenfunktion mit wenigstens einer Stufe oder einer Kombination hiervon dargestellt ist.
12. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel (4, 12, 13) zum Variieren der Intensität des in den Umwandlungsmitteln (1, 2, 3, 5) verwendeten kohärenten Lichtstrahls die Intensität des Lichts derart variieren, daß die Intensität des für jedes der Bilder verwendeten Lichts in Abhängigkeit von dem Maß:
das Maß der bestimmten Korrelation des einen Bildes geteilt durch das größte der bestimmten Korrelationsmaße der jeweiligen Bilder
verändert wird, um eine Normalisierung der Korrelationsmaße vorzusehen.
13. Optische Mustererkennungsvorrichtung zum Anwenden von optischer Korrelationsverarbeitung unter Verwendung kohärenten Lichts auf ein zweidimensionales Bild, um ein bestimmtes Muster automatisch zu erkennen und zu messen, umfassend:
- Mittel (1, 2, 5) zum gleichzeitigen Umwandeln wenigstens eines Referenzbildes und einer Mehrzahl von Eingabebildern oder wenigstens eines Eingabebildes und einer Mehrzahl von Referenzbildern in ein gemeinsames kohärentes Bild,
- ein Mittel (6) zum Fourier-Transformieren des gemeinsamen kohärenten Bildes, um ein gemeinsames Fourier-transformiertes Bild des Referenzbildes oder der Referenzbilder und des Eingabebildes oder der Eingabebilder zu erzeugen,
- ein Mittel (7) mit einem räumlichen Lichtmodulator zum Umwandeln des gemeinsamen Fourier-transformierten Bildes in ein Intensitätsverteilungsbild und Aufzeichnen desselben auf dem räumlichen Lichtmodulator,
- Mittel (3, 8, 14, 15) zum Lesen des in dem räumlichen Lichtmodulator aufgezeichneten Bildes unter Verwendung kohärenten Lichts,
- ein Mittel (9) zum Fourier-Transformieren des gelesenen Bildes in ein Korrelationsbild,
- ein Mittel (10) zum Umwandeln des Korrelationsbildes in ein Korrelationssignal,
- ein Mittel (12) zum Verarbeiten des Korrelationssignals, um einen Korrelationskoeffizienten zwischen dem Referenzbild oder den Referenzbildem und dem Eingabebild oder den Eingabebildern zu bestimmen,
gekennzeichnet durch ein Mittel (4), welches einen weiteren räumlichen Lichtmodulator vor oder hinter der Ebene des Referenzbildes und auf der optischen Achse umfaßt, welcher in Antwort auf die gelieferten Korrelationskoeffizienten betätigbar ist, um die Intensität des in den Umwandlungsmitteln (1, 2, 5) verwendeten kohärenten Lichtstrahls derart zu variieren, daß die Intensität des für die jeweiligen der Bilder verwendeten Lichts in Abhängigkeit von dem jedem Bild entsprechenden Maß der bestimmten Korrelation geändert wird, so daß die Bilder, welche ein niedriges Korrelationsmaß aufweisen, durch die Verwendung des kohärenten Lichts variierter Intensität geringeren Einfluß auf die nachfolgend bereitgestellte Intensitätsverteilungsaufzeichnung haben.
14. Optische Mustererkennungsvorrichtung zum Anwenden von optischer Korrelationsverarbeitung unter Verwendung kohärenten Lichts auf ein zweidimensionales Bild, um ein bestimmtes Muster automatisch zu erkennen und zu messen, umfassend:
- Mittel (301, 302, 305) zum gleichzeitigen Umwandeln wenigstens eines Referenzbildes und einer Mehrzahl von Eingabebildern oder wenigstens eines Eingabebildes und einer Mehrzahl von Referenzbildern in ein gemeinsames kohärentes Bild,
- ein Mittel (306) zum Fourier-Transformieren des gemeinsamen kohärenten Bildes, um ein gemeinsames Fourier-transformiertes Bild des Referenzbildes oder der Referenzbilder und des Eingabebildes oder der Eingabebilder zu erzeugen,
- ein Mittel (307) mit einem räumlichen Lichtmodulator zum Umwandeln des gemeinsamen Fouriertransformierten Bildes in ein Intensitätsverteilungsbild und Aufzeichnen desselben auf dem räumlichen Lichtmodulator,
- Mittel (303, 308, 314, 315) zum Lesen des in dem räumlichen Lichtmodulator aufgezeichneten Intensitätsverteilungsbildes unter Verwendung von kohärentem Licht,
- ein Mittel (309) zum Fourier-Transformieren des gelesenen Intensitätsverteilungsbildes in ein Korrelationsbild,
- ein Mittel (310) zum Umwandeln des Korrelationsbildes in ein Korrelationssignal,
- ein Mittel zum Verarbeiten des Korrelationssignals, um einen Korrelationskoeffizienten zwischen dem Referenzbild oder den Referenzbildern und dem Eingabebild oder den Eingabebildern zu bestimmen,
gekennzeichnet durch ein Mittel (304), welches eine Maskierungsvorrichtung vor oder hinter der Ebene des Referenzbildes und auf der optischen Achse umfaßt, um die Intensität des Lichts derart zu variieren, daß die Intensität des für jedes der Bilder verwendeten Lichts in Abhängigkeit von dem Maß:
das Maß der bestimmten Korrelation des einen Bildes geteilt durch das größte der bestimmten Korrelationsmaße der jeweiligen Bilder
verändert wird, um eine Normalisierung der Korrelationsmaße vorzusehen.
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