JPH03500934A

JPH03500934A - 光学相関器の出力相関平面の較正システム

Info

Publication number: JPH03500934A
Application number: JP1506481A
Authority: JP
Inventors: レイブ，ケニース　ジー
Original assignee: グラマン　エアロスペース　コーポレーション
Priority date: 1988-05-31
Filing date: 1989-05-19
Publication date: 1991-02-28
Anticipated expiration: 2013-01-26
Also published as: EP0378622B1; DE68914630T2; US4980922A; CA1319546C; EP0378622A4; IL90425A0; WO1989012285A1; AU3762389A; JP2703380B2; IL90425A; EP0378622A1; DE68914630D1

Abstract

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

Description

【発明の詳細な説明】光学相関器の出力相関平面の較正！システム本発明は、一般に、位置情報やそれに含まれる非線形性を得るための光学相関器の出力平面を較正するための装置に関するものである。より詳細には、本発明は、入力像と光学相関器の出力平面との間の高精度な位置決めを実現するために利用される適切な位置較正用ターゲットを提供する較正装置に関するものである。

光学相関システムは、入力像についての認識、位置および外観情報を得るために、入力像とマルチ・　（ｍｕｌｔｉｐｌｅ）マツチド・フィルター内に記憶された光学情報とを光学的に比較していた。一つの開示された実施例では、入力像は空間光変調器に向けられて空間的にコヒーレントな放射光とされる。この空間的にコヒーレントな放射光は、この光のフーリエ変換の複数の組み合わせの配列を得るため、複数のフーリエ変換演算を行なうマルチ・ホログラフ・レンズ（ｈｏｌｏｇｒａｐｈｉｃ　１ｅｎｓ）がその面上に記録されたガラス写真板に向けられている。また、これに対応するマツチド・フィルターの配列には、前記フーリエ変換の配列が入射され、それぞれのマツチド・フィルターは知ろうとする物体の外形寸法についてのフーリエ変換ホログラムから構成されている。それぞれのマツチド・フィルターは、空間的に変調された放射光とフィルター上に記録されたフーリエ変換ホログラムとの相互相関関数値に依存する光学相関信号を透過させる。逆フーリエ変換レンズはマツチド・フィルターの配列からの出力である光学相関信号を受信し、このレンズ上で逆フーリエ変換を行ってその出力を出力相関面へと向ける。この出力相関面にある検出器は光学相関信号を検出し、入力像に関する認識や外観情報を決定する。

この種の光学相関器の問題点の一つとしては、入力像平面内の入力像の位置に関連のある位置情報及びこれに含まれる非線形性を得るために、出力相関平面を精度良く較正する点にある。

このような較正は、出力項が線形でない場合、入力像のフレームの位置や１つの大刃物体の位置に関する妥協点に至るために、この出力項の非線形性を決定する場合にも用いられる。

スエモトとオハラは、［ノイズ像内における対象物の正確な位置決定Ｊ　（０ｐｔｉｃｓ　Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ、　Ｖｏｌ、　５４゜Ｊｕｌｙ、　１９８５）の論文において、像フレーム内に配置した円環、及びこの円環のマツチド・フィルターを形成するために前記像フレーム外に配置した１つの円環を用いて、相関平面上の点を入力平面の距離測定に用いた技術につき開示している。

この論文によれば、円環１から３がフレーム内に配置された入力平面像があり、円環Ｏは通常のフレームから外れて配置されている。また、円環０−１．１−３．２−３間等の様々な距離が精度良く測定されている。マツチド・フィルターは軸上の円環から形成される。この系に入力フレームを返すと、円環０−３に対応する明点が相関平面上に得られる。明点Ａ−Ｂ　（＝ｄ）間の距離は円環０−１間の距離に対応し、円環Ｏまたは１からフレームの端部までの距離を注意深く測定すれば、相関平面像内に適正に配置されたこのフレームの端部を得ることができる。この手法は、端部の位置による強度の振動変化や端部位置の外方への移動により、フレームの鋭い端部が［エツジ効果（ｅｄｇｅｄ　ｅｆｆｅｃｔ）　Ｊを相関平面内で与えることことから利用されている。このような効果は、空中偵察像が製作されて参照点が要求される場合に、端部の不確実さを引き起こし、これは重要な異常である。

スエモトとオハラは空間周波数の遮断値を示しておらず、従って、端部の位置が実現することのできる最高値で得られているかが明らかでない。達成された精度は±１．８％とされている。相関値のスパイクがより小さくかつ鋭い傾向を示すように、より高周波を通過させるマツチド・フィルターを使用すれば、精度はもっと高くなるはずである。閾値をより高いレベルとすることでも、精度を高めることもできるはずである。著者はこれら要因を認識していることも言及しておらず、また、マツチド・フィルターを変更することなく較正する可能性についても言及していない。この較正作業は、常に光学相関器内の位置決めを変更し、このため、次の使用時において再度位置決めを行わねばならない、という問題点がある。

要するに、この手法は空間内の距離決定にはある程度まで効果的であるが、これは同時に位置決めの問題も抱えている。

スエモトとオハラは、精度±２％の正確な位置決定手法を得るだめに、円環状のターゲットと背景にランダム・ノイズを使用している。参照ターゲットに場の約２８％を捧げることができるのであれば、円環状のターゲットについてのいかなる空間周波数バンドパス・マツチド・フィルターを用いても、ターゲットに関する正確な相関信号のピーク位置を仮定することが一般的にできる。

幾つかの制約が前記従来技術の用途に制限を与えている。もっとも明らかなものは、ここに述べられた光学相関器の応用の多くの場合において、入力像は一様でないノイズを含み、しかも算対称なターゲットであることである。ロボット工学のような他の実用的な応用では、より制御された背景が与えられる可能性がある。

さらに、通常光学相関器の再較正で要求されるように、システム内のマツチド・フィルターを、較正されたものから光学相関器の実際の工業や商業の用途において予想されるターゲットのために要求されるものに変更することも、必ずしも可能ではない。これは、特にマルチ・ホログラフ・レンズを使用した光学相関器において関係する問題である。大規模のマルチ・ホログラフ・レンズの配列を希望通りに位置決めすることはたやすいが、位置決めしたシステムの要素はもはや必要以上に動がすべきではない。そこで、本発明の較正装置は働いている（ｗ　ｏ　ｒ　ｋ　ｓ　ｎ　ｇ　）マツチド・フィルターを使用すべきであり、すなわちこれは、光学相関器の実際の工業や商業用途において遭遇することが予想される物体の像についてのマツチド・フィルターである。

次に、商業や工業での応用においてフレーム一杯に像が広がることはもっともしばしば遭遇することであり、従って、フレームの一部はこのフレームの外に広がる較正信号を利用できない。このことは、例えば、３５ミリのフォーマット　（３５ｍｍＸ２４ｒｒｉ−ｍンのサイズが光学系を含む装置全体の設計がされるサイズであり、これ以上のサイズは排除される。

最後に、較正用のターゲットはメモリーのバンク内にあるターゲットの一つに含まれるべきであり、このことはまた別の制限につながる。加えて、距離の決定は、扱うべき相関平面内の信号で実現すべきである。

本発明は、光学相関器から得られる入力像平面内の入力像の位置を決定する位置情報を得るために、この光学相関器の出力である相関平面を較正する方法に関するものであり、この相関器は、知ろうとする像と入力像の相互相関値を決定するために、入力像のフーリエ変換を、知ろうとする像のフーリエ変換のホログラムが記録されたマツチド・フィルター上に投影し、光学相互相関信号の逆フーリエ変換を検出器に投影するという原理を基にして動作する。この手法は、全く同一のターゲットについての２次元の配列を有する光学相関器の入力像平面内に較正像を形成するステップを含み、これら全く同一のターゲットは、その位置が既知の入力像平面内で正確に決められており、また、この方法は、これら同一のターゲットのフーリエ変換のボログラムが記録された光学相関器内のマツチド・フィルターを少なくとも１枚利用するステップと、相関平面内の出力信号と入力像平面内の前記同一のターゲットについての２次元配列の位置との相関を計算し、位置情報を得るための光学相関器の出力相関平面を較正するステップとを含むものである。

加えて、本発明は、光学相関器から得られる入力像平面内の入力像の位置を決定する位置情報を得るために、この光学相関器の出力である相関平面を較正する装置に関するものであり、前記相関器は、知ろうとする像と入力像の相互相関値を決定するために、入力像のフーリエ変換を、知ろうとする像のフーリエ変換のホログラムが記録された少なくとも１枚のマツチド・フィルター上に投影し、光学相互相関信号の逆フーリエ変換を検出器に投影するという原理を基にして動作し、前記装置は、前記光学相関器の入力平面内に配置された較正像を含み、この較正像は、既知の入力像平面内でその各々の正確な位置が決められている全く同一のターゲットの２次元的配列を有し、また、この装置は、前記光学相関器内に配置され、前記同じターゲットのフーリエ変換ホログラムがその面上に記録された少なくとも１枚のマツチド・フィルターと、出力相関平面内の光学信号の結果の位置を検出する手段と、位置情報を得るための光学相関器の出力相関平面を較正するために、この出力相関平面内の光学信号の結果の検出位置と、入力像平面内の前記同一のターゲットの２次元配列の位置との相互相関演算を行う手段とを備えたものである。

本発明の開示するところにより、本発明によれば、光学相関器で受信した入力像の位置を決定するために、位置情報やそれに含まれる非線形性を得るための光学相関器の出力相関平面の較正装置及び較正方法を提供することができる。光学相関器は、入力像のフーリエ変換を、知ろうとする像のフーリエ変換のホログラムが記録された少なくとも１枚のマツチド・フィルターに投影するという原理に基づいて動作する。次に、光学相関信号の逆フーリエ変換は検出器に投影され、知ろうとする像と入力像の相互相関値が決定される。較正像は光学相関器の入力平面内に配置されており、この較正像は、全く同一のターゲットについての２次元の配列を有し、これら全く同一のターゲットは、その位置が既知の入力像平面内で正確に決められている。

少なくとも１枚のマツチド・フィルターは光学相関器内に配置され、このマツチド・フィルターには前記同一のターゲットのフーリエ変換のホログラムが記録されている。そして、出力相関平面内に出力結果として得られる光学情報の位置は、入力平面内の前記同一のターゲットについての２次元配列の位置との相互相関がとられ、位置情報やそれに含まれる非線形性を得るための光学相関器の出力相関平面を較正する。

好ましい一実施例では、較正イ象は入力像平面の中心に像を一つ形成し、さらに入カイ象平面内の互いに直交する方向に間隔をおいて同一の像を多数形成する。

さらに、このように多数形成された同一の像は、入力像平面のＸ軸及びＹ軸の方向に等間隔を置いて形成されることが好ましい。像の個数の実用的な制限は、入カイ象平面内にこれらをはめ込むという物理的制限のみである。

本発明の特に有利な特徴は、前記同一の像が光学相関器の工業や商業上の用途において遭遇する物体の像であるため、光学相関器の実際の工業や商業上の用途においてマツチド・フィルターを変更する必要がないことである。この特徴は、従来例において示唆されていた幾つかの手法で遭遇するような、マツチド、フィルターの変更に伴う位置決めの問題を本質的に除去することができる。

光学相関器の出力平面の較正装置に関する本発明の特徴及び利益は、同様の要素が同一の符号で示されている添付図面と関連して、幾つかの好ましい実施例についての後述する詳細な説明を参照すれば、当業者であれば存易に理解することができる。

第１図は、マルチ・ホログラフ・レンズ及びマルチ・マツチド・フィルターの配列が採用され、本発明の出力平面較正装置が適用可能な光学相関器の概略構成図である。

第２図は研究室等で利用される同様な光学相関器であり、マツチド・フィルターの成形や入力像の正確な位置を決定する位置情報を得るための出力相関平面の較正に用いて好適な光学相関器を示す図である。

第３図は、入力像の配列に関する位置情報を得るための出力平面の較正に用いて好適な、光学相関器の入力平面用の較正された像の配列を示す図である。

第４図及び第５図は、第５図に示す出力相関平面で生成された相関信号に関する、第４図に示す入力平面内の像の配列の関係を示す図である。

第６図は、位置情報を得るための光学相関器の出方平面較正の実行に用いて好適なソフトウェアのロジック・フロー・ダイヤグラムを示す図である。

第７図及び第８図は、光学相関器に度々用いられるマルチ・ホログラフ・レンズの配列（３Ｘ３）、及びロボット工学の分野に用いて好適なマルチ・ホログラフ・レンズの直線配列（４×１）をそれぞれ示す図である。

第９図は、異なるタイプの入力像に応じて分割されたマツチド・フィルターの出力及び出力相関平面が４つの異なる平面に細分された構成を示す図である。

第１０図は、実際に試された較正像の配列の一実施例を示す図である。

第１１図は第１０図に示す較正像の配列により出力の較正を行った較正信号を示す図である。

第１２図は円形の入力部を有する光学素子に用いて特に好適な、円形形状を有する較正像の配列の第２実施例を示す図である。

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

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

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

このような光学相関器を動作させる前に、マツチド・フィルター（ＭＦ）がＭＨＬの焦点の一つに対応するそれぞれの点で成形される。このＭＦの配列は光学相関器の光メモリーを構成する。このＭＦは多数の対象物により成形してもよく、また１つの物体から得られる多数の外観から成形してもよく、当然これらの組み合せであってもよい。

ここに述べる光学相関器は、物体の回転や物体の寸法し二つν１てマツチド・フィルターが敏感であることを利用してしする。し）ずれの状態が変化しても、（すなわち、ＭＦを成形したときに比べて物体が異なる角度に位置されたとき、従って、物体の寸法が異なるとき）相関信号は変化する。

第１図はマルチ・ホログラフ・レンズ及びマルチ・マツチド・フィルターの配列が使用され、かつ、本発明の較正装置力τ使用された光学相関器の典型例の概略構成図である。第１図に示すように、知ろうとする物体２０は、光学相関器の入カイ装置しこ八装置され、この物体２０の像は入力レンズ２２を介して空間光変調器（ＳＬＭ）２４上に結像され、このＳ　ＬＭ２４　ｉよ、前記像を変調して、レーザー発振器２６から鏡２８及びビームスジ１ノツター３０を介して導光されたレーザー先玉に乗せる。空間的に変調されたレーザー光は、マルチ・ホログラフ・レンズ３２によりフーリエ変換され、これに対応するマルチ・マツチド・フィルターの配列３４上に向けられる。逆フーリエ変換レンズ３６はマツチド・フィルターからの出力を逆フーリエ変換し、その結果をテレビカメラのようなビデオ検出器の配列３８（こ出力する。

要するに、マツチド・フィルターは大刃物体の大きさや外観や位置に敏感な特性を持ったフーリエ変換のホログラムである。

これらパラメータは、前記物体の予想される外観をカッく−する角度の組み合せ及び領域（サイズ）の線を規定するために、あらかじめ決定しておくことができる。マツチド・フィルターの成形中は、大きさ及び／または外観が所望の感受性を持つような特有の空間周波数において、ホログラフのフリンジがもつとも良く見えるようにされている。双方の要求を同時に満たすことは困難であるため、光学相関器には、互いに独立のマツチド・フィルターが多数利用されることが度々である。互いに異なる特別な応用の性質に応じて、互いに異なった意味のあるマツチド・フィルターの感受性が一般に要求される。

物理学的には、マツチド・フィルターは、ターゲットまたは大刃物体、ホログラフ的な参照光の角度、及びシステムの定数Ｓのフーリエ変換で表され、このシステムの定数Ｓは次式で表される。

ｃｙｃｌｅｓ／ｍｍここに、ｇ（ｍｍ）及びＦ（ｍｍ）は、それぞれマツチド・フィルターの構造的波長及びレンズの焦点距離である。定数Ｓが小さくなれば、パラメーターが敏感に変化するのを制御することが容易となり、同様に、位置調整の問題も容易となる。

マツチド・フィルターの次に重要なファクターは、空間周波数のバンド幅である。マツチド・フィルターは所望の周波数において最適化できるが、物体識別の度合は物体の微細さ、すなわち空間周波数の高さに依存する。こめ周波数に必要な条件は、物体のサイズ、位置及び外観も考慮されて決定される。

第２図は、研究室等で利用される光学相関器の概略構成を示す図であり、この光学相関器は、マツチド・フィルターの成形や、入力平面内の相関像に関する位置情報やその非線形性を得るための出力相関平面の較正に用いて好適なものである。この光学相関器は信号経路と参照経路との双方を含んでνする。後者は知ろうとする物体のマツチド・フィルターを製造するため（こ用いられるものであり、参照光のシャッターが閉じられることで使用されなくなる。

第２図に示す構成において、入力像４６は光学装置４８によりビームスプリッタ −５０を通過して空間光変調器（ＳＬＭ＞５２上に結像されており、このビームスプリッタ−５０はコヒーレントな平行レーザー光が入射されて前記空間光変調器５２に向けられている。空間光変調器５２の出力はフーリエ変換レンズ５４に向けられ、このフーリエ変換（ＦＴ）レンズ５４（よ入力像のフーリエ変換の結果を透過させ、この出力Ｉよ相関演算のためにフーリエ変換ホログラムが記録されたマツチド・フィルター５６に向けられる。このマツチド・フィルター５６カ１らの相関出力は逆フーリエ変換レンズ５８を透過して適当な検出器に至り、この図では検出器がテレビカメラ６０及び走査顕微鏡６２で示されている。テレビカメラ６０及び走査顕微鏡６２は、共にここで述べるような方法で較正される必要がある。

前記概略構成中にはレーザー源６４が含まれ、このレーザー源６４から放射されるレーザー光は露光ゲート６６を通ってビームスプリッタ−６８に至り、ここでその一部が下方に向けられてコリメータ７ｏで平行なコピーレフトレーザー光にされて、６１１述のごとくビームスプリッタ−５０に至る。ビームスプリッタ− ６８を通過したレーザー光の残りの部分は、液体ゲート７０を通ってピンホール／コリメータ７２に至り、さらに光制御用シャッター７４を通って第１の鏡７６、第２の鏡７８で反射されて前記マツチド・フィルター５６に至り、ここで述べられるような操作が行われる。

第２図に示す構成の光学相関器を出力相関平面の較正に使用する際は、較正像が前記ＳＬＭ５２上に結像され、ここで貯えられる。コリメータ７０からのレーザー光はビームスプリッタ−５２で反射されてＳＬＭ５２に至り、ここで空間的に変調される。ＦＴレンズ５４はこの空間的に変調されたレーザー光のフーリエ変換演算を行い、その結果をターゲットが貯えられたマツチド・フィルター５６に与える。相関器は、そこで通常の方法に従って相関平面の較正を実行する働きをする。

フィルムの直接的な用途に代わる相関器内でのＳＬＭ５２の用途は、ＳＬＭのような像を貯えておく要素が一般的に要求されるロボット工学のような応用分野への適用にある。従って、相関器が使用され、本発明に従って較正される方法は、主に２つある。１つはフィルム上の像による入力を用いるものであり、他方はＳＬＭによる入力を用いるものである。

フィルム上の像を用いた較正とＳＬＭを用いた較正とは幾らか異なるものである。実際に用いられるときにはフィルムはＳＬＭを較正するのに使用でき、この状況において較正像がＳＬＭ上に一杯になったときに、ここで述べる較正作業が進行する。

もし、入力較正像がＳＬＭから溢れた場合、ＳＬＭ上での直線的次元を形成する比例定数を決定するために、中央のターゲットの像を同定する必要がある。このようなケースは、ＳＬＭがしばしば（現在の技術水準では）入力像よりも解像度が低いために起こることである。従って、この限界を乗り越えるためには、入力像を拡大してＳＬＭから溢れ出るようにしなければならない。。

もっとも商業的に入手可能なＳＬＭは円形の入力部を持っているのに対し、通常の入力像は正方形又は長方形であるため、これを適応させることが要求される。

すなわち、像を溢れさせるか、入力像全体をＳＬＭ上に写像するかである。他の方法としては、第１２図に示すような円形の入力像を使用することである。

光学相関器の出力から得られる情報の中には、位置及び速度ベクトルが含まれているが、しかしながら実際には、位置に依存する情報の関係という重要な結果が失われている。速度は独立の変数であるが、位置に依存する「第一印象」は入力像の絶対位置の知識を要求することもある。

光学相関器の出力平面のための採糸の定量化及び再基準化は見かけ上はとんど行われていないが、相関器が応用されるような範囲と同様にロボット工学や車両案内においても、位置を参照体へと結び付ける必要性はより重要な意味を持つものと思われる。参照体そのものは入力像やあるシステムの前景や、あるいは像がセットされた前景の入力と関係づけられる。更に問題を複雑化させているのは、写真による入力像の必要性と空間光変調器のような入力素子を通じてのリアルタイムでの入力の要求とを区別することであり、これは前述のように矩形の形状を有する通常の像とＳＬＭが有する円形の入力部との相違と同様である。

光学相関器からの典型的な出力は、マツチド・フィルター内に貯えられたフーリエ変換ホログラムを含む入力像の自己相関を表す明点を生成する。しかしながら、入力像の端部の正確な位置に関する情報は失われており、あるいは、さらに他のターゲットの正確な位置を決定する基準も失われる。端部の不確かさは、このような光学相関器において遭遇する問題点の一つであり、ＳＬＭを用いたものでは特にである。入力像が入力部を通過してくると、端部の運動、及び入力部の端部での光の回折に起因する端部のリンギングが得られる。前者を処理しているうちに、特殊な装置で扱われることで多種の端部が低下して、後者は幾らか和らいでくる。

従って、較正の問題点はターゲットの位置の不確かさ、不正確な端部の関係、及び出力項に置ける直線性の値の不定さに要約できる。もし光学相関器が定量化された幾何学的なデータを得ようとするのならば、標準化又は較正装置はこれらの要因を明確にしなければならない。

批Σ評」レリＬ乱出力相関平面の較正は、入力像平面内のターゲットの位置と出力相関平面内の同様のターゲットの位置との関係を形成することを伴う。これは、更にこれら２平面間の光学的倍率を定めることでもある。これら２千面の大きさは実際には異なっているのが一般的であり、というのはここに述べられている光学相関器では、フーリエ変換レンズは物体のフーリエ変換の大きさを定めるのに対して、逆フーリエ変換レンズは相関平面の大きさを定めるものだからである。レンズに起因する光学的拡大率又は縮小率は容易に決定できる。

入力部の開口絞りでの回折に起因する［エツジ効果Ｊのせいで、端部の位置は外方に移動し、リンギング効果が生ずる。従って、出力における視野絞りの正確な位置は確実でない。像の端部に対応する出力相関平面内の端部は、拡大率のみを基準としてその位置が定まる。しかしながら、相関器の光学部又は電気部の一方で起こる距離測定における非線形性は、なんであっても考慮に入れなければならない。最後に、出力相関平面及びその後における相関信号の画素の表示に使用される検出器の種類も考慮に入れるべきである。

第３図は、入力像の配列に関する位置情報を得るための出力平面の較正に用いて好適な、光学相関器の入力平面用の較正された像８０の配列の代表例を示す図である。この配列は、横軸に沿って間隔を置いて配列された５個の像８０と、縦軸に沿って間隔を置いて配列された５個の像８ｏとからなり、直交座標の中心部に位置する像８０が共通とされている。第３図に示す例は代表的なものであり、他の実施例においては、他の特有の選ばれた分布を用いて、より多い又は少ない個数の像を使っても良い。

第４図及び第５図は、第５図に示す出力相関平面で生成された相関信号ｃ、ｄに関する、第４図に示す入力平面内のＸ−Ｙ座標上での像の配列の関係を示す図である。

第５図に示す見かけ上の軸の反転は、２度のフーリエ変換を行ったことによる数学上の理由によるものである。最初はフーリエ変換であり、次は逆フーリエ変換である。この結果は、入力像の右上の象限にあるターゲットは出力平面の左下の象限に現れることを示している。この反転はここに述べられる較正関数に不利な影響を与えない。Ｘ軸の正の方向に沿って較正用入力ターゲットが均一に分布していない場合、出力相関明点も不均一に分布する。この反転現象は同様にＹ軸に沿っても起こる。

本発明の開示するところによれば、出力相関平面の較正は、特別なターゲットの像の配列を含む入力像を生成することにより実現でき、このターゲットは、配列を構成する全ての要素が同一とされている。ターゲット間の距離やこのターゲットと端部との間の距離は正確に知られている。この入力像は、相関器で処理されるフィルムの大きさやフォーマットと矛盾しないように形成される。従って、３５ｍｍフィルムでは、前記特別なターゲットは処理を受けているフィルムのリーダ一部分に用意することができ、又は、場合によってはこれに匹敵する大きさのフィルムに用意できる。ある場合では、フィルムのフォーマットは固定されており、他の場合ではフォーマットは可変であリ、あるいはパノラマ版のフィルムのように大変大きいであろう。表１にこれらの例の幾つかを示す。Ｘｏはフィルムの長手方向の長さであり、Ｙｏはフィルムの幅方向の長さである。

フォーマットの限表】：代ｉ的なフィルムのフォーマットフィルムの種類　Ｘ。　Ｙ。

３５ｍｍ　３５ｍｍ　３５ｍｍ７０ｍｍ（パノラマ）　９．５インチ　２．２５インチ７０ｍｍ　４．５インチ　４．５インチ５インチ（パノラマ）　４，４インチ　４．５インチ５インチ　９インチ　９インチ９．５インチ　１８インチ　９インチ本発明の説明のために、３５ｍｍのフォーマットを代表例として使用する。第３図は較正像の実現可能なレイアウトを示す図である。このような像を生成するための指針としては、以下のようなものがある。

１、１つのターゲットは中心に置くべきであり、これが（仮想）直交軸の組を確定する。

２、　全てのターゲットは全く同様でなければならず、また、これらは働いている（ｗｏｒｋｉｎｇ）マツチド・フィルター内の像でなければならない。

３、　ターゲットは直線性が満たされた互いに直交する方向に分布すべきである。コンピューター処理を容易にするために、均等間隔で配置することが好ましい。

４、ここで述べられる較正の主たる目的はマツチド・フィルターの変更を避けることである以上、ターゲットは処理動作中に遭遇することが予想されるものの一つでなければならない。

第３図は、３５ｍｍＸ２４ｍｍのフレームを２等分する直交軸に沿って配置され、すべて同様の形状を有する９個のターゲットの分布を示す図である。ターゲットはｌｍｍＸ１ｍｍの正方形で表されているが、当然の如く、サイズ的に同様の規模とされた、実際に遭遇するようなターゲットも使用できる。フレームの境界のそれぞれの側にターゲットを配置することが望ましいが、この位置はレーザー光の照射範囲外となることもあり、横軸方向においてはフィルムの切れ目の位置に落ち込むことも像の較正を行い、知ろうとするターゲットのマツチド・フィルターを成形すれば、相関平面を較正することができる。この作業を繰り返し行う。第６図に示すようなロジック・フロー・アルゴリズムのように、コンピューターとの対話形式のタスクを実行するために、適切なアルゴリズムをコンパイルすることができる。

第３図ないし第５図を参照して、以下に示す較正用のシーケンスにつき説明する。

像平面内のＸｏ、Ｙｏを確定する。これは、像の境界、又は像を区切る入力部の寸法を正確にかつ実際に測定することにより行われる。

像平面内の原点Ｘ０、Ｙｏを確定する。好ましくは、較正像が製作されたときに、この原点はＸＯ／□、Ｙ８７□で生成される。

検出器内及びモニター内（すなわち相関平面内）のＣ６，ｄ。

を確定する。

像の距離を入力する。これらは、境界を含むＸ、−Ｘ、ｔｈ、、”＋−Ｙ＋４ｋｌ　（ｍ≦ｉ≦ｍ）で与えられる距離である。

マツチド・フィルターを位置決めし、較正像との相関値を得る。

出力信号の閾値を確定する。これは９個の信号のうち最低値のすぐ下でなければならないが、全てのターゲットが同様の形状であれば、相関信号は全て等しくなるはずである。

後述するＴＶ処理によりｃ、−ｃ、よ、、ｄ、−ｄ、よ、を測定する。

直線性を決定する。すなわち、ΔＣ，＝ΔＣｆｔｈｌ’　Δｄ、＝ΔｄＩｆｆなる条件が満足されるか否かを判断する。もしこの条ツクに進む。

ブロックＡ Δｃ＝に、ｘ、Δｄ＝に２ｙを決定する。すなわち、平面間の一次変換のファクターを決定する。

Ｃ，、、、Ｃ−□及びｄ、、、、ｄ−□を投影し、確定する。これらは、入力フレームに対応する相関平面内のフレームの各側部の中央コースに沿ってカーソルを動かす。

ダニ１野２「工ｔブション」Ｄ− 直線性の判定の結果、全てのｉについてΔＣ≠ΔＣ，＝Δｄ　−Δｄ１カ、であったら、次に述べる直線性修正法によりＣ□、ｃ−０及びｄ、Ｔｌ５ｄ−を確定する（この方法は、全く逆の条件の場合でも適用される）。Ｃの値に非線形性がある場合は、次のようにすればよい。次式の値を算出する。

Σ（（、（′（＋、、）　／　（Ｎ　１）　”Ｃ、Ｃ”　（ｉｉｌ＝Δ丁ここでＮは軸上の直線化を行うべきターゲットの数を示す。

そこで、Δｃ＝に、ΔＸを用いて、ｘ、、１、Ｘ−１の線形投影を確定する。Ｘ、、、、Ｘ−、、までカーソルを動かす。相関平面内でのフレームを確定する。

第６図は、前述の如き出力相関平面の較正の実行に好適なソフトウェアのロジック・フロー・ダイヤグラムを示す図である。

最初に、出力の閾値が確定され、これは手入力でも本発明の技術で既知の自動グレー・レベル設定ルーチンでも設定することができる。次に、Δｔ（ｃｉ　’１ｆｌ）、Δｔ　（Ｌ　’＋＊＋）を確定する。これによりＣ，及びｄ、の計算が行える。次に直線性に関するテストが行われ、もし直線性が示されたら、前述のブロックＡに示したようにΔ（＝）（、ｘ、Δｄ＝に、Ｙを計算する。もし非直線性が示されたら、前述のブロックＢに示すルーびｄ、、、、ｄ−０についての基本座標を決定する。これにより、出力相関平面内に較正されたフレームが生成される。

像！ｕＬ感− 較正像の実際の外観を得るためには２ステツプの工程を必要とする。ポジ画像を作ることと、これを相関器で読み取れるようにフィルム上に複写すること、あるいは、少なくとも相関器のフィルム駆動機構に適応するようなフィルム上に複写することである。

最初のステップでは、ターゲットの像を正確な位置に配置することが要求される。これは、Ｘ、Ｙ方向にそれぞれ正確な駆動が可能なステッピングモータを持ったＸ、Ｙ方向の座標値が測定可能な計測盤を用いれば実現可能である。ターゲットを回転させたいときは、円形の計測盤を用いればよい。第３図に示す較正パターンが生成できたら、もはや計測盤は不要である。

しかしながら、この計測盤によれば較正像のＸ１Ｙ及びθの大きさを知ることができる。

実際のポジ画イ象はベゼル（枠体）内に置いた印画紙を装置上に配置し、盤を正確に移動させつつ所望のターゲットの像を感光させる動作を繰り返すことで製造される。最終的な像において各要素が正確な位置に配置されるように盤を移動させることだけが本質的に重要である。このことは、例えば像が３５ｍｍより大きくなってはいけない、ということである。このポジ画像を読み取るべきフィルムやこれの代替物に複写することで、最終的な像の絶対的な大きさが正確に決定される。

典型的な例として、盤はＤＥＣ社製のＭＩＮＣ−１１ミニコンピユータ　（これは周知のＦＤＰ−１１シリーズのヴアージョンである）で駆動され、制御される。このコンピュータは、計測盤を移動させる適切なアルゴリズムに応答する。加えて、このコンピュータは、ステッピングモータを正確に駆動させる適切な出力信号を供給する。

ＣＣＤアレー上の較正像相関器に使用でき、従って相関関数を得るためにも使用しうる検出器は商業的に多数得ることができる。２つの検出器について考える。すなわち、一般的に使用されている高さ３８４×幅４９１画素のミニ検出器と、１０２４ｘ１０２４画素のＴＶ検出器とである。

較正のための入力像が３５ｍｍフォーマットであり、装置では７０ｍｍフォーマットが使用された場合を考える。前者のフレームのサイズは３５ｍｍＸ２４ｍｍであり、後者は一辺が５７ｍｍの正方形のサイズである。前記２つの検出器は、それぞれ高さｇｍｍＸ幅６ｍｍ、高さ９ｍｍＸＩＷ７ｍｍというフォーマットを持っている。従って、フレームが処理されて検出器上に投射されたとき、これら検出器の働きかたは多数考えられる。

これらは下記に示す表２に要約しである。この表によれば、２つの状況の特徴が明らかになり、そのうちの１つは、検出器が、相関演算が行われた較正像の全体を覆ってこれを検出する場合である。もう１つのケースは、検出器の寸法の一つが入力された像の寸法よりノＪ１さい場合である。較正入力像のフォーマットが矩形であれば、これらは同じことである。これは明らかに好ましい事態ではないが、ＴＶのフォーマットが使用された場合には度々遭遇することである。拡大率は（フーリエ変換レンズ）／（逆フーリエ変換レンズ）の割合に起因する。

表２：２つの検出器の条件に関する像の特徴（画面が失われている）この発明に用いられる典型的なターゲットは２ｍｍＸ１ｍｍとされ、この寸法は、相関平面（検出器）においてその０倍すなわち０．５５ｍｍＸ０．２５ｍｍとなる。

特に、より小さいサイズの検出器を使用する場合には、３５ｍｍの較正ターゲットが１１．ＯＸ９．４の画素を生じさせ、これらは画像全体のイメージを生じさせるターゲットとして機能する。また、７０ｍｍフォーマントのために、１２Ｘ１０゜５の画素を生じさせ、相関明点が少なくとも２つの画素を発光させる。このようなターゲットは、一般的にターゲットの寸法の約２０％の相関明点を生じさせるからである。これによって、画素のエラーはせいぜい１つしか生じないことになる。最も小さい較正ターゲット、すなわち、上記の場合において、５ｍｍまたは３．６．２．１．３．０つまり３．２％のものが配置されるからである。

他の配置によれば、これらの値の半分とすることが可能である。すなわち、１．５．０．８８．１．２５および１．３とすることができる。より大きな検出器では、本質的により大きな解像度を与えることができるので、エラーを充分小さくすることができる。このように、本発明では、より大きな２つの画素の配列にとって最も効果的である。

合フォーマットの　器第２図は基本となる相関器を示す図であるが、本発明はこのような例に限定されるものではなく、さらに複雑化した変更例も含むものである。たとえば、マルチ・ホログラフ・レンズ（ＭＨＬ）のマツチド・フィルターやマルチ・マツチド・フィルター（Ｍ　Ｍ　Ｆ　）の他の配列も含んでいる。相関器におけるＭＨＬとＭＭＦの配列に際しては、１つの記憶媒体によって互いに異なる多数のターゲットの外観をそれぞれカバーするように構成しても良く、あるいは異なるターゲットをカバーしても良く、あるいはこれらの組み合せであっても良い。このような構成により、入力された景色は各外観に同時に入力され、これと一致したものが検出され得るので、ターゲットの位置に拘わらず検出することができる。

第７図は、この相１ｓ！！器で良く用いられる通常の３Ｘ３ＭＨＬ配列を示し、第８図はロボット工学への適用のために提案されている４×１直線配列を示すものである。これらの配列は、商業的または工業的な適用のために必要な条件を全て備えたものである。

フーリエ変換を実行するマツチド・フィルターからの出力は、他のレンズに向けられ、その焦点に相関平面を形成するために逆フーリエ変換される、そして、較正されるとともに枠状めされるべき参照用の相関平面が出力される。逆変換のための単一のガラスレンズにより、単一の相関平面が得られ、先の較正が進行する。

しかしながら、ターゲットの種類によっては、マルチ・マツチド・フィルターからの出力を分離した方が良い場合がある。

その場合には、ｎＸｎ検出器配列への記憶入力を可能とし４つの（ｎ／２Ｘｎ／２）を持つことができる４つの相関平面が必要となる。これは、第２表に示されるような１０２４ｘ１０２４検出器のために必要とされる。これによって、４つの５１２Ｘ５１２配列が生み出され、より多くの画素が提供される。これによって、第２表に示される３８１Ｘ５１２検出器よりも多い画素が提供され、解像力が向上される。

４つの相関器が使用された場合には、４つの相関平面のそれぞれは同時に較正され、進路上の物体はコンピューターのアルゴリズムにおいて具体化される。４つの相関平面のための逆フーリエ変換を遂行するには、２つの方法がある。第１は、４つの特別に設計されたガラスレンズを組み込み、各グループからの（ｎ　／　２　Ｘ　ｎ　／　２　）出力を補正する方法である。第２は、ＭＨＬ逆フーリエ変換のための構成を特別に設け、同様のプロセスを実行させる方法である。

そのビデオ信号が検出器から得られるモニターには、４つの相関平面が表示されるはずである。便宜のため、これら平面の共通の側部が使用される。前記較正像が装置内を通過すると、モニターの画像は第９図に示す［較正像によるテスト」に示したものと似たものとなる。

第１０図は、実際に試された較正像の配列の一実施例を示す図であり、第１１図は、第１０図に示す較正像の配列により出力の較正を行った較正信号を示す図である。第１２図は、多くの空間光変調器で見られるような円形の入力部に用いて特に好適な、円形形状を有する較正像の配列の第２実施例を示す図である。

較正像は第４図ないし第５図に示す装置により用意した。単一の像を使用し、また、第１０図に示すような入力較正像の配列を生成するために、引き延ばし機に関連して前述のような直線軸のテーブルを用いた。米国陸軍のアルミ製Ｍ−６０水筒を像として用い、この像の配列はハイ・コントラストなコピー用フィルムを用いて撮影した。フレームの全体を表すために、第１０図に外部境界を示す。

この後、ネガ画像を前述のようにマツチド・フィルターを生成するために用いた。中央の像の輪郭は５．７ｍｍあった。高い空間周波数を有するマツチド・フィルターを、例えば第２図に示す通常の方法で製造した。処理及びその後のテスト中において、フィルムは液体もしくは他のゲートなしに固定した。固定は、３５ｍｍフォーマットの２４ｍｍＸ３５ｍｍのフレームより若干大きいフレームが自由支持の状態と成るような固定でマツチド・フィルターの現像及び乾燥後、入力用のフィルムから５．７ｍｍの輪郭の像を取り除き、そしてフレーム一杯に光を照射した。

処理及び乾燥後、５．７ｍｍの輪郭の像を取り除いた。照射した光は、フレームの回りの鮮明な端部を通過させるフォーマットよりも強いものとした。これが、第１０図のポジが像中のフレームの回りに見える黒色の部分である。

そして、９個のターゲット及びフレームの端部に光を照射し、マツチド・フィルターを通過してこの光を戻した。

結果は第１１図に示すようなものであり、全体像を捉えるために１倍の対物レンズが使用されてその外観が長細くなっている。相関信号の明点の周囲に見える矩形の像は前記Ｍ−６０水筒の輪郭であり、この矩形像を除去するために閾値を用いた。

第１１図に示す写真は、フーリエ平面の相関の全体像を描写している。

１−１つの物体のマツチド・フィルターを使用したターゲットの複数の検＠（９）（何個でも可能である）２−２つのフーリエ変換演算に起因する反転を伴う入力像と同位置にあるターゲットの位置決め３−ターゲットを容易に検出可能とする閾値操作４−実際のフレームの境界に関する不離がかに起因するエツジ効果まず第１に、この結果は９個のターゲットを選んで行った実演実験であり、目ざましい結果ではないが、ターゲット全体（２５個）の配列を用いれば、全てを検出し、位置決めできるはずである。次に、この特徴は多くの相関器の応用における関心事の重要なものの一つであり、当然、相関平面をどうやって較正するかについての関心事でもある。閾値操作は、ターゲットを分離するのに用いられる手法である。最後に、エツジ効果は、相関平面の正確な較正を行わせる原因の重要なものの一つである。

第１０図に示す較正像中のターゲットの列は、エツジを含んだ状態で、互いに直交する方向のうちいずれか一方の方向に走査された。

ターゲットの間隔を用いて、第６図に示すフローチャートに従ってフレームの位置を算出した。これはフレームの位置に描かれており、通常不確定な位置に見ることができる。これにより、較正の重要性が示される。

本実験結果により、出力相関平面の較正につき良好な結果が得られたことが示される。

以上、光学相関器の出力平面の較正方法及び装置の実施例について詳細に説明したが、本発明の開示する内容に関して、当業者であれば多数の変形例を示唆できることは明らかである。

ＦＩＧ、１５．１　（へりＥゴｑユソメータ　−、／イ〒Ｒ炙す邦ｊＰＦＩＧ、　４　）Ｊ：Ｊ（？ｊＦ神ＦＩＧ、ＩＱ　転］ヒ１月デ尺ト４匁国際調査報告

Claims

【特許請求の範囲】

（１）光学相関器から得られる入力像平面内の入力像の位置を決定する位置情報を得るために、この光学相関器の出力である相関平面を較正する方法であって、前記相関器は、知ろうとする像と入力像の相互相関値を決定するために、入力像のフーリエ変換を、知ろうとする像のフーリエ変換のホログラムが記録された少なくとも１枚のマッチド・フィルター上に投影し、光学相互相関信号の逆フーリエ変換を検出器に投影するという原理を基にして動作し、前記方法は、全く同一のターゲットについての２次元の配列を有する光学相関器の入力像平面内に較正像を確定するステップを含み、これら全く同一のターゲットは、その位置が既知の入力像平面内で正確に決められており、また、この方法は、これら同一のターゲットのフーリエ変換のホログラムが記録された光学相関器内のマッチド・フィルターを少なくとも１枚利用するステップと、相関平面内の出力信号と入力像平面内の前記同一のターゲットについての２次元配列の位置との相関を計算し、位置情報を得るための光学相関器の出力相関平面を較正するステップとを含むことを特徴とする光学相関器の出力相関平面の較正方法。
（２）光学相関器から得られる入力像平面内の入力像の位置を決定する位置情報を得るために、この光学相関器の出力である相関平面を較正する請求項１記載の方法であって、前記較正像を確定するステップは入力像平面の較正を確定するステップを含み、前記同一のターゲットは入力平面の互いに直交する２方向に沿って間隔を置いて配置されていることを特徴とする光学相関器の出力相関平面の較正方法。
（３）光学相関器から得られる入力像平面内の入力像の位置を決定する位置情報を得るために、この光学相関器の出力である相関平面を較正する請求項１記載の方法であって、前記同一のターゲットは、前記マッチド・フィルターの変更に伴う位置決めの問題を取り除くために、前記光学相関器の実際の工業用又は商業用の用途において少なくとも１枚のマッチド・フィルターを変更しないように、この光学相関器の工業用又は商業用の用途において遭遇する物体の像であることを特徴とする光学相関器の出力相関平面の較正方法。
（４）光学相関器から得られる入力像平面内の入力像の位置を決定する位置情報を得るために、この光学相関器の出力である相関平面を較正する請求項１記載の方法であって、前記少なくとも１枚のマッチド・フィルターを利用するステップは、それぞれ異なるフーリエ変換のホログラムがその面上に記録されたマルチ・マッチド・フィルターを利用するステップを含むことを特徴とする光学相関器の出力相関平面の較正方法。
（５）光学相関器から得られる入力像平面内の入力像の位置を決定する位置情報を得るために、この光学相関器の出力である相関平面を較正する請求項１記載の方法であって、出力相関平面内の出力信号と入力平面内の像との間の線形又は非線形関係を得るために、較正結果のテストを行うステップを含むことを特徴とする光学相関器の出力相関平面の較正方法。
（６）光学相関器から得られる入力像平面内の入力像の位置を決定する位置情報を得るために、この光学相関器の出力である相関平面を較正する装置であって、前記相関器は、知ろうとする像と入力像の相互相関値を決定するために、入力像のフーリエ変換を、知ろうとする像のフーリエ変換のホログラムが記録された少なくとも１枚のマッチド・フィルター上に投影し、光学相互相関信号の逆フーリエ変換を検出器に投影するという原理を基にして動作し、前記装置は、前記光学相関器の入力平面内に配置された較正像を含み、この較正像は、既知の入力像平面内でその各々の正確な位置が決められている全く同一のターゲットの２次元的配列を有し、また、この装置は、前記光学相関器内に配置され、前記同じターゲットのフーリエ変換ホログラムがその面上に記録された少なくとも１枚のマツチド・フィルターと、出力相関平面内の光学信号の結果の位置を検出する手段と、位置情報を得るための光学相関器の出力相関平面を較正するために、この出力相関平面内の光学信号の結果の検出位置と、入力像平面内の前記同一のターゲットの２次元配列の位置との相互相関演算を行う手段とを備えていることを特徴とする光学相関器の出力相関平面の較正装置。
（７）光学相関器から得られる入力像平面内の入力像の位置を決定する位置情報を得るために、この光学相関器の出力である相関平面を較正する請求項６記載の装置であって、前記較正像は、前記入力像平面の中心に１個位置された前記同一のターゲットの像と、この入力像平面の互いに直交する２方向に間隔を置いて多数配置された前記同一のターゲットの像とを含むことを特徴とする光学相関器の出力相関平面の較正装置。
（８）光学相関器から得られる入力像平面内の入力像の位置を決定する位置情報を得るために、この光学相関器の出力である相関平面を較正する請求項６記載の装置であって、前記同一のターゲットは、前記マッチド・フィルターの変更に伴う位置決めの問題を取り除くために、前記光学相関器の実際の工業用又は商業用の用途において少なくとも１枚のマッチド・フィルターを変更しないように、この光学相関器の工業用又は商業用の用途において遭遇する物体の像であることを特徴とする光学相関器の出力相関平面の較正装置。
（９）光学相関器から得られる入力像平面内の入力像の位置を決定する位置情報を得るために、この光学相関器の出力である相関平面を較正する請求項６記載の装置であって、前記少なくとも１枚のマッチド・フィルターは、それぞれ異なるフーリエ変換のホログラムがその面上に記録されたマルチ・マッチド・フィルターを含むことを特徴とする光学相関器の出力相関平面の較正装置。