JPH04340687A - 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７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８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１
２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
の相関塩山が行なわれもし被認識パターンが基準パター
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１３が配置される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】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と基準パターンと
の重心位置がずれていると、被認識パターンを正確に認
識することができない。

【０００５】そこで本発明は、被認識パターンと基準パ
ターンとの重心位置がずれていても被認識パターンを正
確に認識できる光学式パターン認識装置を提供すること
を目的する。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、基準パターン
のパワースペクトルを対数変換した後にフーリエ変換し
て得られた光学フィルタと、被認識パターン光をフーリ
エ変換するフーリエ変換光学系と、このフーリエ変換光
学系のフーリエスペクトルを撮像装置の撮像により得ら
れるパワースペクトルを対数変換しフーリエ変換して光
学フィルタに照射する照射光学系と、この照射光学系の
照射により光学フィルタに生じる基準パターンと被認識
パターンとの光学的な相関信号から被認識パターンを認
識するとともに被認識パターンの基準パターンに対する
大きさのずれを求める認識処理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。

【０００７】又、本発明は、基準パターンのパワースペ
クトルを極座標変換しフーリエ変換して得られた光学フ
ィルタと、被認識パターン光をフーリエ変換するフーリ
エ変換光学系と、このフーリエ変換光学系のフーリエス
ペクトルを撮像装置の撮像により得られるパワースペク
トルを極座標変換しフーリエ変換して光学フィルタに照
射する照射光学系と、この照射光学系の照射により光学
フィルタに生じる基準パターンと被認識パターンとの光
学的な相関信号から被認識パターンを認識するとともに
被認識パターンの基準パターンに対する傾き等のずれを
求める認識処理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】又、本発明は、基準パターンのパワースペ
クトルを極座標変換して対数変換し、この後にフーリエ
変換して得られた光学フィルタと、被認識パターン光を
フーリエ変換するフーリエ変換光学系と、このフーリエ
変換光学系のフーリエスペクトルを撮像装置の撮像によ
り得られるパワースペクトルを極座標変換し対数変換し
て後にフーリエ変換して光学フィルタに照射する照射光
学系と、この照射光学系の照射により光学フィルタに生
じる基準パターンと被認識パターンとの光学的な相関信
号から被認識パターンを認識するとともに被認識パター
ンの基準パターンに対する傾き等のずれを求める認識処
理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。

【０００９】

【作用】このような手段を備えたことにより、基準パタ
ーンのパワースペクトルを対数変換した後にフーリエ変
換して得られた光学フィルタを用いる場合、被認識パタ
ーン光をフーリエ変換光学系によりフーリエ変換して得
られるフーリエスペクトルを撮像装置によって撮像する
ことで得られるパワースペクトルを対数変換し照明光学
系によりフーリエ変換して光学フィルタに照射し、この
照射により光学フィルタに生じる基準パターンと被認識
パターンとの光学的な相関信号から認識処理手段により
被認識パターンを認識するとともに被認識パターンの基
準パターンに対する大きさのずれを求める。

【００１０】又、基準パターンのパワースペクトルを極
座標変換しフーリエ変換して得られた光学フィルタを用
いる場合、被認識パターン光をフーリエ変換したフーリ
エスペクトルを撮像装置によって撮像することで得られ
るパワースペクトルを極座標変換しフーリエ変換して光
学フィルタに照射する。これにより、被認識パターンの
基準パターンに対する傾き等のずれが求められる。

【００１１】さらに、基準パターンのパワースペクトル
を極座標変換して対数変換し、この後にフーリエ変換し
て得られた光学フィルタを用いる場合、被認識パターン
光のフーリエスペクトルを撮像装置によって撮像するこ
とで得られるパワースペクトルを極座標変換し対数変換
して後にフーリエ変換して光学フィルタに照射する。こ
れにより、被認識パターンの基準パターンに対する傾き
等のずれが求められる。

【００１２】

【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。

【００１３】図１は光学式パターン認識装置の構成図で
ある。ＣＣＤカメラ２０の下方には被認識パターン２１
が配置される。このＣＣＤカメラ２０の画像出力端子に
はモニタテレビジョン２２が接続されている。このモニ
タテレビジョン２２の画面前方には空間光変調器２３が
配置されている。この空間光変調器２３はモニタテレビ
ジョン２２に映し出された画像を書き込み、かつレーザ
光の入射により書き込まれた画像が読み出されるものと
なっている。この空間光変調器２３の画像出力側には偏
光ビームスプリッタ２４を介してフーリエ変換レンズ２
５が配置され、このフーリエ変換レンズ２５の焦点位置
にＣＣＤカメラ２６が配置されている。

【００１４】このＣＣＤカメラ２６の画像出力端子は画
像処理装置３０に接続されている。この画像処理装置３
０は次の各機能を有している。すなわち、この画像処理
装置３０は基準パターンを複数記憶し、この基準パター
ンを液晶表示装置３１に送る機能を有している。このよ
うに液晶表示装置３１に基準パターンが送られて表示さ
れることにより液晶表示装置３１は光学フィルタとして
機能する。ここで、基準パターンの作成について説明す
る。

【００１５】ＣＣＤカメラにより基準パターン像ｇ（ｘ
，ｙ）が撮像され、この基準パターン画像が画像処理装
置に送られる。この画像処理装置は基準パターンｇ（ｘ
，ｙ）を２次元フーリエ変換してその絶対値の２乗、つ
まりパワースペクトル ｜Ｆ｛ｇ（ｘ，ｙ）｝｜２＝Ｇ（ｕ，ｖ）を求め、次に
対数変換を行なってＧ´（ｕ´，ｖ´）を求める。ここ
で、 ｕ´＝　ｌｏｇｕ、ｖ´＝　ｌｏｇｖ である。そして、画像処理装置はＧ´（ｕ´，ｖ´）を
フーリエ変換して ｇ´（ｘ，ｙ） を求める。

【００１６】このｇ´（ｘ，ｙ）は振幅項と位相項とを
含んでいる。そこで、ｇ´（ｘ，ｙ）を振幅項の絶対値
により除算して位相項のみとし、この位相項をｇ´ＰＯ
と表す。そして、ｇ´ＰＯを次の条件により２値化する
。 ｇ´ＰＯ＝１　　（ｇ´ＰＯ≧０） ｇ´ＰＯ＝０　　（ｇ´ＰＯ＜０） しかるに、２値化された情報ｇ´ＢＰＯ　が基準パター
ンとして画像処理装置３０に記憶される。

【００１７】又、画像処理装置３０はＣＣＤカメラ２６
により撮像された被認識パターン２１のパワースペクト
ルを対数変換してモニタテレビジョン３２に送る機能を
有している。このモニタテレビジョン３２の画面前方に
は空間光変調器３３が配置され、この空間光変調器２３
の画像出力側に偏光ビームスプリッタ３４を介してフー
リエ変換レンズ３５が配置されている。このフーリエ変
換レンズ３５の焦点位置に前記液晶表示装置３１が配置
されている。この液晶表示装置３１を介してフーリエ変
換レンズ３５の対向位置には逆フーリエ変換レンズ３６
が配置され、さらにＣＣＤカメラ３７が配置されている
。

【００１８】又、レーザ発振器３８が設けられ、このレ
ーザ発振器３８のレーザ出力光路上に拡大コリメータ系
３９が配置されている。そして、拡大コリメータ系３９
により拡大された径のレーザ光が偏光ビームスプリッタ
３４及び偏光ビームスプリッタ２４に伝達されるように
なっている。

【００１９】前記ＣＣＤカメラ３７の画像出力端子は認
識処理装置４０に接続されている。この認識処理装置４
０はＣＣＤカメラ３７からの画像信号から回折光の位置
を求め、この位置から被認識パターン２１のパターンを
認識し、かつこの画像データをモニタテレビション４１
に送る機能を有している。この場合、モニタテレビショ
ン４１には被認識パターン２１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２１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
用について図面を参照して説明する。

【００２０】ＣＣＤカメラ２０は被認識パターン２１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に送られ、このモニタテレビジョン
２２に被認識パターン２１が映し出される。これにより
空間光変調器２３にはモニタテレビジョン２２に映し出
された被認識パターン２１像が書き込まれる。

【００２１】このとき、レーザ発振器３７から出力され
たレーザ光が偏光ビームスプリッタ２４を介して空間光
変調器２３に入射すると、この空間光変調器２３に書き
込まれた被認識パターン像が読み出され、この被認識パ
ターン像が偏光ビームスプリッタ２４を透過し、フーリ
エ変換レンズ２５によりフーリエ変換されてＣＣＤカメ
ラ２６に入射する。このＣＣＤカメラ２６はフーリエス
ペクトルを撮像してその画像信号を出力する。そして、
この画像信号は画像処理装置３０に送られる。

【００２２】一方、この画像処理装置３０は予め記憶さ
れた基準パターンを読出して液晶表示装置３１に送る。 これにより、液晶表示装置３１は基準パターンのフィル
タとして機能する。

【００２３】この状態に画像処理装置３０はＣＣＤカメ
ラ２６からの画像信号を受けて画像データとして記憶し
、この画像データつまり被認識パターン２１のパワース
ペクトルに対して対数変換を行なってモニタテレビジョ
ン３２に送る。このモニタテレビジョン３２には対数変
換された画像が映し出され、この画像が空間光変調器３
３に書き込まれる。このとき、レーザ発振器３８から出
力されたレーザ光が偏光ビームスプリッタ３４を介して
空間光変調器３３に入射すると、この空間光変調器３３
に書き込まれた画像が読み出され、偏光ビームスプリッ
タ３４を透過し、フーリエ変換レンズ３５によりフーリ
エ変換されて液晶表示装置３１に照射される。

【００２４】この照射により基準パターンと被認識パー
タン２１との光学的な相関が得られる。この光学的な相
関はＣＣＤカメラ３７により撮像され、その画像信号が
認識処理装置４０に送られる。

【００２５】この認識処理装置４０はＣＣＤカメラ３７
からの画像信号から回折光の位置を求め、この位置から
被認識パターン２１のパターンを認識し、かつこの画像
データをモニタテレビション４１に送る。これにより、
モニタテレビション４１には被認識パターン２１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。例えば、図２は被認識パターンと基準パターン
との大きさが同一の場合の相関信号を示し、又図３は被
認識パターン２１が基準パターンに対してｘ方向にａ倍
、ｙ方向にｂ倍ずれている場合を示している。すなわち
、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。

【００２６】このように上記第１実施例においては、被
認識パターン光をフーリエ変換してフーリエスペクトル
とし、このフーリエスペクトルをＣＣＤカメラ２６によ
って撮像することで得られるパワースペクトルを画像処
理装置３０により対数変換してその像を光学フィルタ３
１に照射するので、被認識パターン２１の重心位置が基
準パターンに対してずれていても被認識パターン２１を
正確に認識できる。又、光学フィルタ３１に生じる基準
パターンと被認識パターン２１との光学的な相関信号か
ら認識処理装置４０により被認識パターン２１を認識す
るとともに被認識パターン２１の基準パターンに対する
大きさのずれを求めるようにしたので、被認識パターン
２１の大きさが基準パターンに対してｘ方向にａ倍、ｙ
方向にｂ倍されていても被認識パターン２１を認識でき
るとともに被認識パターン２１の基準パターンに対する
大きさのずれが求められる。さらに、光学的なパターン
認識なので、瞬時にパターン認識ができる。次に本発明
の第２実施例について説明する。なお、図１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。図４
は光学式パターン認識装置の構成図である。

【００２７】画像処理装置５０は次の各機能を有してい
る。すなわち、この画像処理装置５０は基準パターンを
複数記憶し、この基準パターンを液晶表示装置３１に送
る機能を有している。このように液晶表示装置３１に基
準パターンが送られて表示されることにより光学フィル
タが形成される。ここで、基準パターンの作成について
説明する。

【００２８】ＣＣＤカメラにより基準パターン像ｇ（ｘ
，ｙ）が撮像され、この基準パターン画像が画像処理装
置に送られる。この画像処理装置は基準パターンｇ（ｘ
，ｙ）を２次元フーリエ変換してその絶対値の２乗、つ
まりパワースペクトル ｜Ｆ｛ｇ（ｘ，ｙ）｝｜２＝Ｇ（ｕ，ｖ）を求める。な
お、Ｆはフーリエ変換を表す。次に極座標変換、対数変
換を行なってＧ´（θ，ｒ）を求める。ここで、 ｒ＝　ｌｏｇ（ｕ２＋ｖ２）１／２、θ＝　ｔａｎ−１
（ｖ／ｕ）である。そして、画像処理装置はＧ´（θ，
ｒ）をフーリエ変換して ｇ´（ｕ，ｖ） を求める。

【００２９】このｇ´（ｕ，ｖ）は振幅項と位相項とを
含んでいる。そこで、ｇ´（ｕ，ｖ）を振幅項の絶対値
により除算して位相項のみとし、この位相項をｇ´ＰＯ
と表す。そして、ｇ´ＰＯを次の条件により２値化する
。 ｇ´ＰＯ＝１　　（ｇ´ＰＯ≧０） ｇ´ＰＯ＝０　　（ｇ´ＰＯ＜０） しかるに、２値化された情報ｇ´ＢＰＯ　が基準パター
ンとして画像処理装置５０に記憶される。

【００３０】又、画像処理装置５０はＣＣＤカメラ２６
により撮像された被認識パターン２１のフーリエスペク
トルからパワースペクトルを求め、それを極座標変換し
対数変換してモニタテレビジョン３２に送る機能を有し
ている。

【００３１】又、認識処理装置５１はＣＣＤカメラ３７
からの画像信号から回折光の位置を求め、この位置から
被認識パターン２１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４１に送る機能を有している
。この場合、モニタテレビション４１には被認識パター
ン２１の基準パターンに対する相似度及び回転角度が位
置のずれとして表示される。すなわち、被認識パターン
２１が基準パターンに対してｘｙ方向にｃ倍ずれ、かつ
傾きθだけ傾いていれば、（θ，ｌｏｇｃ）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。ＣＣＤカメラ２０は被認識パター
ン２１を撮像すると、その画像信号がモニタテレビジョ
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。

【００３２】このとき、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に書き込まれた被認
識パターン像が読み出され、フーリエ変換レンズ２５に
よりフーリエ変換されてＣＣＤカメラ２６に入射する。 このＣＣＤカメラ２６はフーリエスペクトルを撮像して
その画像信号を出力する。一方、液晶表示装置３１は基
準パターンのフィルタとして機能している。

【００３３】この状態に画像処理装置５０はＣＣＤカメ
ラ２６からの画像信号を受けて被認識パターン２１のパ
ワーエスペクトルに対して極座標変換、対数変換を行な
ってモニタテレビジョン３２に送る。このモニタテレビ
ジョン３２に映し出された画像は空間光変調器３３に書
き込まれ、この画像がレーザ光入射により読み出され、
フーリエ変換レンズ３５によりフーリエ変換されて液晶
表示装置３１に照射される。

【００３４】この照射により基準パターンと被認識パー
タン２１との光学的な相関が得られる。この光学的な相
関はＣＣＤカメラ３７により撮像され、その画像信号が
認識処理装置５１に送られる。

【００３５】この認識処理装置５１はＣＣＤカメラ３７
からの画像信号から回折光の位置を求め、この位置から
被認識パターン２１のパターンを認識し、かつこの画像
データをモニタテレビション４１に送る。これにより、
モニタテレビション４１には被認識パターン２１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。例えば、図５は被認識パターンと基準パターン
との大きさが同一でかつ傾きがない場合の相関信号を示
し、又図６は被認識パターン２１が基準パターンに対し
てｘｙ方向にｃ倍ずれ、かつ傾きθを有する場合を示し
ている。

【００３６】このように上記第２実施例においては、上
記第１実施例と同様に被認識パターン２１の重心位置が
基準パターンに対してずれていても被認識パターン２１
を正確に認識でき、そのうえ被認識パターン２１が基準
パターンに対してｘｙ方向にｃ倍ずれつまり相似の度合
い及び傾きθを求めることができる。次に本発明の第３
実施例について説明する。

【００３７】この実施例は基準パターンのパワースペク
トルを極座標変換し、この後にフーリエ変換して得られ
た光学フィルタ３１を用いる場合であって、画像処理装
置はＣＣＤカメラ２６からの画像信号を受けて被認識パ
ターン光のパワースペクトルを極座標変換してモニタテ
レビジョン３２に送る機能を有するものとなる。

【００３８】このような構成であれば、上記第１実施例
と同様に被認識パターン２１の重心位置が基準パターン
に対してずれていても被認識パターン２１を正確に認識
でき、かつ被認識パターン２１の基準パターンに対する
傾きθを求めることができることは言うまでもない。

【００３９】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。

【００４０】

【発明の効果】以上詳記したように本発明によれば、被
認識パターンと基準パターンとの重心位置がずれていて
も被認識パターンを正確に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】同装置に表示される回折光の位置を示す図。

【図３】同装置に表示される回折光の位置を示す図。

【図４】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】従来におけるマッチト・フィルタ作成装置の構
成図。

【図８】従来の光学式パターン認識装置の構成図。

【符号の説明】

２０，２６，３７…ＣＣＤカメラ、２１…被認識パター
ン、２２，３２，４１…モニタテレビジョン、２３，３
３…空間光変調器、２４，３４…偏光ビームスプリッタ
、２５，３５…フーリエ変換レンズ、３０，５０…画像
処理装置、３１…液晶表示装置、３６…逆フーリエ変換
レンズ、３８…レーザ発振器、３９…拡大コリメータ系
、４０…認識処理装置。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　基準パターンのパワースペクトルを対
   数変換した後にフーリエ変換して得られた光学フィルタ
   と、被認識パターン光をフーリエ変換するフーリエ変換
   光学系と、このフーリエ変換光学系のフーリエスペクト
   ルを対数変換しフーリエ変換して前記光学フィルタに照
   射する照射光学系と、この照射光学系の照射により前記
   光学フィルタに生じる前記基準パターンと前記被認識パ
   ターンとの光学的な相関信号から前記被認識パターンを
   認識するとともに前記被認識パターンの前記基準パター
   ンに対する大きさのずれを求める認識処理手段とを具備
   したことを特徴とする光学式パターン認識装置。
2. 【請求項２】　　基準パターンのパワースペクトルを極
   座標変換しフーリエ変換して得られた光学フィルタと、
   被認識パターン光をフーリエ変換するフーリエ変換光学
   系と、このフーリエ変換光学系のフーリエスペクトルを
   極座標変換しフーリエ変換して前記光学フィルタに照射
   する照射光学系と、この照射光学系の照射により前記光
   学フィルタに生じる前記基準パターンと前記被認識パタ
   ーンとの光学的な相関信号から前記被認識パターンを認
   識するとともに前記被認識パターンの前記基準パターン
   に対する傾きを求める認識処理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】　　基準パターンのパワースペクトルを極
   座標変換して対数変換し、この後にフーリエ変換して得
   られた光学フィルタと、被認識パターン光をフーリエ変
   換するフーリエ変換光学系と、このフーリエ変換光学系
   のフーリエスペクトルを極座標変換し対数変換して後に
   フーリエ変換して前記光学フィルタに照射する照射光学
   系と、この照射光学系の照射により前記光学フィルタに
   生じる前記基準パターンと前記被認識パターンとの光学
   的な相関信号から前記被認識パターンを認識するととも
   に前記被認識パターンの前記基準パターンに対する傾き
   等のずれを求める認識処理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。