JPH04333090A - 光学式パターン認識装置 - Google Patents

Abstract

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

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光学的相関によりパタ
ーン認識を行う光学式パターン認識装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】かかる認識装置では先ずマッチト・フィ
ルタが作成される。図１１はマッチト・フィルタ作成装
置の構成図である。レーザ発振器１から出力されたレー
ザ光はビームスプリッタ２により２方向に分岐され、そ
の一方のレーザ光が各ミラー３、４で反射し、拡大コリ
メータ系５によりビーム径が拡大されて参照光として乾
板６に所定の角度で照射される。これとともに分岐され
た他方のレーザ光は拡大コリメータ系７によりビーム径
が拡大され、基準パターンマスク８を通してフーリエ変
換レンズ９によりフーリエ変換されて乾板６に照射され
る。これにより、乾板６上には基準パターンのフーリエ
スペクトルが生じて乾板６に書き込まれる。そして、乾
板６に対する参照光の入射角を変更することにより複数
の基準パターンが乾板６に書き込まれる。この乾板６を
現像処理してマッチト・フィルタとなる。

【０００３】次にパターン認識は図１２に示す構成によ
り行われる。レーザ発振器１から出力されたレーザ光は
拡大コリメータ系１０によりビーム径が拡大されて被認
識パターンマスク１１に照射される。この被認識パター
ンマスク１１を透過したレーザ光はフーリエ変換レンズ
１２によりフーリエ変換されてマッチト・フィルタ６に
照射される。これにより基準パターンと被認識パターン
との相関演算が行われ、もし、被認識パターンと同一で
あれば参照光の方向に光が回折し、この方向にカメラ１
３が配置される。

【０００４】しかしながら、このようなパターン認識で
は、被認識パターンに欠けやかすれがあると、正確にパ
ターン認識することが困難である。この場合、被認識パ
ターンがマッチト・フィルタ６に書き込まれている基準
パターンと同一の大きさでかつ同一の傾きであっても正
確にパターン認識することが困難である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】以上のように被認識パ
ターンに欠けやかすれがあると、正確にパターン認識す
ることが困難である。そこで本発明は、被認識パターン
に欠けやかすれがあっても正確にパターン認識できる光
学式パターン認識装置を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、被認識パター
ン光をフーリエ変換して基準パターンのフーリエスペク
トルが書き込まれたマッチト・フィルタに照射して、こ
のマッチト・フィルタに生じる回折光から基準パターン
と被認識パターンとの相関を求める光学式パターン認識
装置において、マッチト・フィルタに生じた回折光の光
路上でかつマッチト・フィルタを介在させる位置に光学
的に対向配置された各位相共役ミラーを備えて上記目的
を達成しようとする光学式パターン認識装置である。

【０００７】又、本発明は、光学的に対数変換された基
準パターンのフーリエスペクトルが書き込まれたマッチ
ト・フィルタと、被認識パターン光を対数変換した後に
フーリエ変換してマッチト・フィルタに照射する照射光
学系と、マッチト・フィルタによって生じる回折光の光
路上でかつマッチト・フィルタを介在させる位置に光学
的に対向配置された各位相共役ミラーと、これら位相共
役ミラーにより増幅された回折光から基準パターンと被
認識パターンとの相関を求める認識手段とを備えて上記
目的を達成しようとする光学式パターン認識装置である
。

【０００８】この場合、マッチト・フィルタの基準パタ
ーンが光学的に極座標変換されて書き込まれていれば、
被認識パターン光が照射光学系により極座標変換された
後にフーリエ変換されてマッチト・フィルタに照射され
る。

【０００９】又、マッチト・フィルタの基準パターンが
光学的に極座標変換して対数変換されていれば、被認識
パターン光が照射光学系により極座標変換され対数変換
された後にフーリエ変換されてマッチト・フィルタに照
射される。

【００１０】

【作用】このような手段を備えたことにより、基準パタ
ーンのフーリエスペクトルが書き込まれたマッチト・フ
ィルタに照射されたときに生じる回折光が各位相共役ミ
ラー間に反射してその光強度が高くなる。

【００１１】又、上記手段を備えたことにより、被認識
パターン光が照射光学系により対数変換された後にフー
リエ変換されてマッチト・フィルタに照射され、このと
き生じる回折光が各位相共役ミラー間に反射してその光
強度が高くなる。

【００１２】この場合、マッチト・フィルタの基準パタ
ーンが光学的に極座標変換されて書き込まれていれば、
被認識パターン光は極座標変換された後にフーリエ変換
されてマッチト・フィルタに照射される。

【００１３】又、マッチト・フィルタの基準パターンが
光学的に極座標変換して対数変換されていれば、被認識
パターン光は極座標変換され対数変換された後にフーリ
エ変換されてマッチト・フィルタに照射される。

【００１４】

【実施例】以下、本発明の第１実施例について図面を参
照しながら説明する。図１は光学式パターン認識装置の
構成図であり、図２は同装置に用いるマッチト・フィル
タの作成装置の構成図である。

【００１５】先ず、マッチト・フィルタの作成装置から
説明する。ＣＣＤカメラ２０の下方には基準パターン２
１が配置される。このＣＣＤカメラ２０の画像出力端子
はモニタテレビジョヨン２２に接続されている。このモ
ニタテレビジョヨン２２の前方には空間光変調器２３が
配置されてモニタテレビジョン２２に映し出された画像
が空間光変調器２３に書き込まれるようになっている。

【００１６】一方、レーザ発振器２４が設けられ、この
レーザ発振器２４から出力されるレーザ光の光路上には
拡大コリメータ系２５、偏光ビームスプリッタ２６及び
参照光入射角変更機構２７が配置されている。この参照
光入射角変更機構２７は入射したレーザ光を参照光とし
て乾板２８に照射するもので、乾板２８への照射角度を
変更する機能を有している。又、偏光ビームスプリッタ
２６の分岐方向にはミラー２９が配置され、このミラー
２９の反射方向にフーリエ変換レンズ３０が配置されて
いる。

【００１７】かかる構成であれば、ＣＣＤカメラ２０は
基準パターンを撮像してその画像信号を出力する。この
画像信号はモニタテレビジョン２２に映し出され、この
画像が空間光変調器２３に書き込まれる。

【００１８】一方、レーザ発振器２４から出力されたレ
ーザ光が拡大コリメータ系２５によりそのビーム径が拡
大されて偏光ビームスプリッタ２６に送られる。この偏
光ビームスプリッタ２６はレーザ光を分岐してその一方
のレーザ光を空間光変調器２３に送り、他方のレーザ光
を参照光入射角変更機構２７に送る。この参照光入射角
変更機構２７は入射したレーザ光を参照光として例えば
入射方向Ｒ１　で乾板２８に照射する。

【００１９】これとともに空間光変調器２３にレーザ光
が入射すると、空間光変調器２３に書き込まれている基
準パターンが呼び出され、この基準パターン光が偏向ビ
ームスプリッタ２６を透過し、ミラー２９で反射し、フ
ーリエ変換レンズ３０によりフーリエ変換されて乾板２
８に照射される。これにより、乾板２８上には基準パタ
ーンのフーリエスペクトルが生じて乾板２８に書き込ま
れる。ここで、乾板２８に対する参照光の入射角度Ｒ２
　、Ｒ３　、…を変更することにより複数の基準パター
ンが乾板２８に書き込まれて、この乾板２８がマッチト
・フィルタとなる。次に本発明の光学式パターン認識装
置について説明する。なお、図２と同一部分には同一符
号を付してその詳しい説明は省略する。

【００２０】空間光変調器２３から見て偏向ビームスプ
リッタ２６の光路上にはハーフミラー４０が配置され、
このハーフミラー４０の反射光路上にフーリエ変換レン
ズ３０が配置されている。又、マッチト・フィルタ２８
の回折光の生じる方向には逆フーリエ変換レンズ４１が
配置されている。

【００２１】マッチト・フィルタ２８の回折光の生じる
方向、つまりマッチト・フィルタ２８から見た逆フーリ
エ変換レンズ４１の光路上及びマッチト・フィルタ２８
から見たフーリエ変換レンズ３０、ハーフミラー４０の
光路上には、それぞれ位相共役ミラー４２、４３が配置
されている。

【００２２】又、逆フーリエ変換レンズ４１及び位相共
役ミラー４２の光路上にはハーフミラー４４が配置され
、このハーフミラー４４の反射光路上にＣＣＤカメラ４
５が配置されている。このＣＣＤカメラ４５から出力さ
れる画像信号は認識処理装置４６に送られている。次に
上記の如く構成された装置の作用について説明する。

【００２３】ＣＣＤカメラ２０は被認識パターン４７を
撮像してその画像信号を出力する。この画像信号はモニ
タテレビジョン２２に映し出され、この画像が空間光変
調器２３に書き込まれる。

【００２４】一方、レーザ発振器２４から出力されたレ
ーザ光が拡大コリメータ系２５によりそのビーム径が拡
大されて偏光ビームスプリッタ２６に送られる。この偏
光ビームスプリッタ２６はレーザ光を分岐してその一方
のレーザ光を空間光変調器２３に送る。この空間光変調
器２３にレーザ光が入射すると、空間光変調器２３に書
き込まれている基準パターンが呼び出され、この基準パ
ターン光が偏向ビームスプリッタ２６を透過し、ハーフ
ミラー４０で反射し、フーリエ変換レンズ３０によりフ
ーリエ変換されてマッチト・フィルタ２８に照射される
。この照射により最も相関度の高い基準パターンを書き
込んだときの参照光の入射角度、例えばＲ１　の方向に
回折光が生じる。

【００２５】ところで、被認識パターン４７に欠けやか
すれがあると、回折光の光強度は正常な被認識パターン
４７の場合と比較して低い。ここで、回折光は位相共役
ミラー４２で反射することにより入射回折光と共役な反
射回折光が生じ、この反射回折光が逆フーリエ変換レン
ズ４１、マッチト・フィルタ２８を透過し、さらにフー
リエ変換レンズ３０、ハーフミラー４０を透過して他方
の位相共役ミラー４３に入射する。この位相共役ミラー
４３は上記位相共役ミラー４２と同様に入射回折光と共
役な回折光を反射するので、この回折光が再び同光路を
伝達して再び位相共役ミラー４２に入射する。このよう
に回折光は各位相共役ミラー４２、４３の間を往復する
。この各位相共役ミラー４２、４３の間の回折光の往復
により回折光の強度は次第に高くなる。これにより、被
認識パターン４７に欠けやかすれがあっても、マッチト
・フィルタ２８に再生されるパターンはその輪郭が明確
となる。

【００２６】かくして、ハーフミラー４４を透過する回
折光の強度は高くなり、この回折光の透過位置が明確と
なる。この回折光の位置はマッチト・メフィルタ２８に
入射する被認識パターンにより変化し、ＣＣＤカメラ４
５はこの位置の変化する回折光を撮像してその画像信号
を出力する。そして、認識処理装置４６は入力した画像
信号から回折光の強度が所定値以上となったことを判断
すると、このときの回折光の位置から被認識パターンの
パターンを認識する。

【００２７】このように上記第１実施例においては、被
認識パターン光を基準パターンが書き込まれたマッチト
・フィルタ２８に照射したときに生じる回折光を各位相
共役ミラー４２、４３間で反射してその光強度を高くす
るようにしたので、被認識パターンに欠けやかすれ等が
あっても正確にパターンを認識できる。又、この光によ
る認識はパターンマッチング法の画像処理により方法よ
りも非常に高速にパターン認識できる。

【００２８】次に本発明の第２実施例について図３に示
す光学式パターン認識装置の構成図、図２に示す同装置
に用いるマッチト・フィルタの作成装置の構成図を参照
して説明する。なお、図１及び図２と同一部分には同一
符号を付してその詳しい説明は省略する。

【００２９】先ず、マッチト・フィルタの作成装置から
説明する。ＣＣＤカメラ２０の画像出力端子には対数変
換装置５０が接続されている。この対数変換装置５０は
ＣＣＤカメラ２０により撮像された基準パターンを対数
変換する機能を有している。例えば、基準パターンｇ（
ｘ，ｙ）を対数変換してｇ´（ｘ´，ｙ´）を得る。 ここで、 ｘ´＝　ｌｏｇｘ、ｙ´＝　ｌｏｇｙ である。

【００３０】かかる構成であれば、ＣＣＤカメラ２０は
基準パターンを撮像してその画像信号を出力し、この画
像信号は対数変換装置５０により対数変換されてモニタ
テレビジョン２２に送られる。このモニタテレビジョン
２２は対数変換された画像を映し出し、この画像が空間
光変調器２３に書き込まれる。

【００３１】以下、上記第１実施例と同様にレーザ光が
空間光変調器２３に入射すると、このレーザ光入射によ
り空間光変調器２３に書き込まれている基準パターンが
呼び出され、この基準パターン光がフーリエ変換レンズ
３０によりフーリエ変換されて乾板２８に照射される。 これとともに参照光入射角変更機構２７は入射したレー
ザ光を参照光として例えば入射方向Ｒ１　で乾板２８に
照射する。これにより、乾板２８上には基準パターンに
応じた回折光が生じて乾板２８に書き込まれ、乾板２８
はマッチト・フィルタとなる。次に光学式パターン認識
装置について説明する。

【００３２】ＣＣＤカメラ２０の画像出力端子には対数
変換装置５０が接続されている。又、ＣＣＤカメラ４５
の画像出力端子には認識処理装置５１が接続されている
。この認識処理装置５１は入力した画像信号から回折光
の強度が所定値以上となったことを判断すると、このと
きの回折光の位置から被認識パターンのパターンを認識
し、かつ回折光の位置をモニタテレビション５２に送る
機能を有している。この場合、モニタテレビション５２
には被認識パターンの基準パターンに対する大きさのず
れが位置のずれとして表示される。すなわち、被認識パ
ターンが基準パターンに対してｘ方向にａ倍、ｙ方向に
ｂ倍ずれていれば、表示されるｘｙの対数座標において
（　ｌｏｇａ、　ｌｏｇｂ）の位置に回折光が表示され
る。次に上記の如く構成された装置の作用について説明
する。

【００３３】ＣＣＤカメラ２０は被認識パターン４７を
撮像し、その画像は対数変換装置５０により対数変換さ
れてモニタテレビジョン２２に映し出されて空間光変調
器２３に書き込まれる。

【００３４】一方、レーザ光が空間光変調器２３に入射
すると、この空間光変調器２３に書き込まれている基準
パターンが呼び出され、この基準パターン光がフーリエ
変換レンズ３０によりフーリエ変換されてマッチト・フ
ィルタ２８に照射される。この照射により最も相関度の
高い基準パターンを書き込んだときの参照光の入射角度
、例えばＲ１　の方向に回折光が生じる。

【００３５】ここで、上記第１実施例と同様に回折光は
各位相共役ミラー４２、４３の間を往復し、この往復に
より回折光の強度は次第に高くなる。これにより、被認
識パターン４７に欠けやかすれがあっても、マッチト・
フィルタ２８に再生されるパターンはその輪郭が明確と
なる。

【００３６】かくして、ハーフミラー４４で反射する回
折光の位置は、マッチト・メフィルタ２８に入射する被
認識パターンにより変化し、ＣＣＤカメラ４５はこの位
置の変化する回折光を撮像してその画像信号を出力する
。そして、認識処理装置５１は入力した画像信号から回
折光の強度が所定値以上となったことを判断すると、こ
のときの回折光の位置から被認識パターンのパターンを
認識する。又、認識処理装置５１は被認識パターン４７
の基準パターン２１に対する大きさのずれを位置のずれ
としてモニタテレビジョン５２に表示される。図５は被
認識パターン４７と基準パターン２１との大きさが同一
の場合であり、図６は被認識パターン４７の基準パター
ン２１に対する大きさがｘ方向にａ倍、ｙ方向にｂ倍ず
れている場合である。

【００３７】このように上記第２実施例によれば、上記
第１実施例と同一の効果を奏することができるとともに
被認識パターン４７が基準パターン２１に対する大きさ
がｘ及びｙ方向にそれぞれ異なっていてもパターン認識
ができる。

【００３８】次に本発明の第３実施例について図７に示
す光学式パターン認識装置の構成図、図８に示す同装置
に用いるマッチト・フィルタの作成装置の構成図を参照
して説明する。なお、図１及び図２と同一部分には同一
符号を付してその詳しい説明は省略する。

【００３９】先ず、マッチト・フィルタの作成装置から
説明すると、ＣＣＤカメラ２０の画像出力端子には極座
標対数変換装置６０が接続されている。この極座標対数
変換装置６０はＣＣＤカメラ２０により撮像された基準
パターンを極座標変換した後に対数変換する機能を有し
ている。例えば、基準パターンｇ（ｘ，ｙ）を変換して
ｇ´（ｒ，θ）を得る。ここで、 ｒ＝　ｌｏｇ（ｘ２　＋ｙ２　）１／２　、θ＝　ｔａ
ｎ−１（ｙ／ｘ）である。

【００４０】かかる構成であれば、極座標対数変換され
た画像が空間光変調器２３に書き込まれる。以下、上記
第１実施例と同様にレーザ光の入射により空間光変調器
２３に書き込まれた基準パターンが呼び出され、この基
準パターン光がフーリエ変換レンズ３０によりフーリエ
変換されて乾板２８に照射される。これとともに参照光
が例えば入射方向Ｒ１　で乾板２８に照射する。これに
より、乾板２８上には基準パターンが乾板２８に書き込
まれ、乾板２８はマッチト・フィルタとなる。次に光学
式パターン認識装置について説明する。

【００４１】ＣＣＤカメラ４５の画像出力端子には認識
処理装置６１が接続されている。この認識処理装置６１
は入力した画像信号から回折光の強度が所定値以上とな
ったことを判断すると、このときの回折光の位置から被
認識パターン４７のパターンを認識し、かつ回折光の位
置をモニタテレビション５２に送る機能を有している。 この場合、モニタテレビション５２には被認識パターン
４７の基準パターン２１に対する相似の度合い及び傾き
θが位置のずれとして表示される。すなわち、被認識パ
ターン４７が基準パターン２１に対してｘｙの両方向に
それぞれｃ倍ずれ、かつ傾きθがあれば、（　ｌｏｇｃ
、　ｔａｎ−１（ｙ／ｘ））の位置に回折光が表示され
る。次に上記の如く構成された装置の作用について説明
する。

【００４２】ＣＣＤカメラ２０により撮像された被認識
パターン４７は極座標対数変換装置６０により極座標対
数変換されてモニタテレビジョン２２に映し出されて空
間光変調器２３に書き込まれる。

【００４３】一方、上記同様にレーザ光の入射により空
間光変調器２３に書き込まれている基準パターンが呼び
出され、この基準パターン光がフーリエ変換レンズ３０
によりフーリエ変換されてマッチト・フィルタ２８に照
射される。この照射により最も相関度の高い基準パター
ンを書き込んだときの参照光の入射角度、例えばＲ１の
方向に回折光が生じる。

【００４４】ここで、回折光は各位相共役ミラー４２、
４３の間を往復し、この往復により回折光の強度は次第
に高くなる。これにより、被認識パターン４７に欠けや
かすれがあっても、マッチト・フィルタ２８に再生され
るパターンはその輪郭が明確となる。

【００４５】この回折光はＣＣＤカメラ４５で撮像され
、認識処理装置６１は入力した画像信号から被認識パタ
ーン４７のパターンを認識する。又、認識処理装置５１
は被認識パターンの基準パターンに対するｘｙ方向のず
れ及び傾きθをモニタテレビジョン６２に表示する。 図９は被認識パターン４７と基準パターン２１との大き
さが同一で傾きがない場合であり、図１０は被認識パタ
ーン４７の基準パターン２１に対する大きさがｘｙの両
方向にｃ倍あり、かつ傾きθが生じている場合である。

【００４６】このように上記第３実施例によれば、上記
第１実施例と同一の効果を奏することができるとともに
被認識パターン４７の基準パターン２１に対する相似度
及び傾きが認識できる。

【００４７】次に本発明の第４実施例について説明する
。この実施例ではＣＣＤカメラ２０の画像出力端子に極
座標変換する極座標変換装置を接続した構成である。 この極座標変換装置を接続することにより被認識パター
ン４７の基準パターン２１に対する傾きが認識できるこ
とは明確である。

【００４８】なお、本発明は上記各実施例に限定される
ものでなくその要旨を変更しない範囲で変形してもよい
。例えば、空間光変調器はＭＳＬＭや液晶ライトバルブ
等のコヒーレント像を得るものならよく、又位相共役ミ
ラーとしてはＢＳＯやＫＴＰ等の非線形結晶のものなら
よい。

【００４９】

【発明の効果】以上詳記したように本発明によれば、被
認識パターンに欠けやかすれがあっても正確にパターン
認識できる光学式パターン認識装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係わる光学式パターン認識装置の第１
実施例を示す構成図。

【図２】同装置に用いられるマッチト・フィルタ作成装
置の構成図。

【図３】本発明に係わる光学式パターン認識装置の第２
実施例を示す構成図。

【図４】同装置に用いられるマッチト・フィルタ作成装
置の構成図。

【図５】同装置に表示される回折光の位置を示す図。

【図６】同装置に表示される回折光の位置を示す図。

【図７】本発明に係わる光学式パターン認識装置の第３
実施例を示す構成図。

【図８】同装置に用いられるマッチト・フィルタ作成装
置の構成図。

【図９】同装置に表示される回折光の位置を示す図。

【図１０】同装置に表示される回折光の位置を示す図。

【図１１】従来におけるマッチト・フィルタ作成装置の
構成図。

【図１２】従来の光学式パターン認識装置の構成図。

【符号の説明】

２０，４５…ＣＣＤカメラ、２２…モニタテレビジョン
、２３…空間光変調器、２４…レーザ発振器、２５…拡
大コリメータ系、２６…偏光ビームスプリッタ、２８…
マッチト・フィルタ、３０…フーリエ変換レンズ、４０
，４４…ハーフミラー、４１…逆フーリエ変換レンズ、
４２，４３…位相共役ミラー、４６…認識処理装置、５
０…対数変換装置、６０…極座標対数変換装置。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　被認識パターン光をフーリエ変換して
   基準パターンが書き込まれたマッチト・フィルタに照射
   して、このマッチト・フィルタに生じる回折光から前記
   基準パターンと前記被認識パターンとの相関を求める光
   学式パターン認識装置において、前記マッチト・フィル
   タに生じた回折光の光路上でかつ前記マッチト・フィル
   タを介在させる位置に光学的に対向配置された各位相共
   役ミラーを備えたことを特徴とする光学式パターン認識
   装置。
2. 【請求項２】　　光学的に対数変換された基準パターン
   が書き込まれたマッチト・フィルタと、被認識パターン
   光を対数変換した後にフーリエ変換して前記マッチト・
   フィルタに照射する照射光学系と、前記マッチト・フィ
   ルタに生じる回折光の光路上でかつ前記マッチト・フィ
   ルタを介在させる位置に光学的に対向配置された各位相
   共役ミラーと、これら位相共役ミラーにより増幅された
   回折光から前記基準パターンと前記被認識パターンとの
   相関を求める認識手段とを具備したことを特徴とする光
   学式パターン認識装置。
3. 【請求項３】　　光学的に極座標変換された基準パター
   ンが書き込まれたマッチト・フィルタと、被認識パター
   ン光を極座標変換した後にフーリエ変換して前記マッチ
   ト・フィルタに照射する照射光学系と、前記マッチト・
   フィルタに生じる回折光の光路上でかつ前記マッチト・
   フィルタを介在させる位置に光学的に対向配置された各
   位相共役ミラーと、これら位相共役ミラーにより増幅さ
   れた回折光から前記基準パターンと前記被認識パターン
   との相関を求める認識手段とを具備したことを特徴とす
   る光学式パターン認識装置。
4. 【請求項４】　　光学的に極座標変換して対数変換され
   た基準パターンが書き込まれたマッチト・フィルタと、
   被認識パターン光を極座標変換し対数変換された後にフ
   ーリエ変換して前記マッチト・フィルタに照射する照射
   光学系と、前記マッチト・フィルタに生じる回折光の光
   路上でかつ前記マッチト・フィルタを介在させる位置に
   光学的に対向配置された各位相共役ミラーと、これら位
   相共役ミラーにより増幅された回折光から前記基準パタ
   ーンと前記被認識パターンとの相関を求める認識手段と
   を具備したことを特徴とする光学式パターン認識装置。