JPH09251177A

JPH09251177A - 光学的パターン認識装置

Info

Publication number: JPH09251177A
Application number: JP35132796A
Authority: JP
Inventors: Yasuyuki Mitsuoka; 靖幸光岡; Tadao Iwaki; 岩城　　忠雄
Original assignee: Seiko Instruments Inc
Current assignee: Seiko Instruments Inc
Priority date: 1996-12-27
Filing date: 1996-12-27
Publication date: 1997-09-22

Abstract

(57)【要約】【課題】ジョイント変換相関器を用いた光学的パター
ン認識装置において、被相関画像と多くの参照画像とを
一度に相関処理しようとすると、相関ピークの強度低下
が著しく、誤って認識する場合が生じる。【解決手段】被相関画像と参照画像を同時に並列して
配置した入力像５のコヒーレント画像をフーリエ変換レ
ンズ６でフーリエ変換した後、液晶ライトバルブ２５に
照射する。液晶ライトバルブ２５には光反射率と印加電
圧の間に双安定メモリ性を有する強誘電性液晶を用いて
いるので、合同のフーリエ変換画像はあるしきい値によ
って二値化される。これにより合同のフーリエ変換画像
の二値化強度分布画像が液晶ライトバルブ上に記憶され
る。これを読み出し、コヒーレント画像に変換すること
によって、鮮明な相関ピークが得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、光情報処理や光
計測の分野において、ＣＣＤカメラなどの撮像装置から
得られる２次元画像に対し、コヒーレント光を用いた光
学的相関処理を施すことにより、パターン認識や計測を
自動的に行う装置に関するものである。

【０００２】

【往来の技術】従来パターン認識装置や相関処理装置に
おいては、ジョイント変換相関器（ＪｏｉｎｔＴｒａ
ｎｓｆｏｒｍＣｏｒｒｅｌａｔｏｒ）を用いる方法が
多くとられていた。例えば、光書き込み型の空間光変調
器を用いた場合については、特開昭５７−１３８６１６
号公報、特開昭５７−２１０３１６号公報、特開昭５８
−２１７１６号公報に示されている。

【０００３】図１９は、従来の光書き込み型のジョイン
ト変換相関器の一例を示す構成図である。この従来例に
おいては、認識の基準となる参照画像と認識の対象であ
る被相関画像を同時に隣接して配置した像を入力像５と
する。レーザ１から出射される光束をビームエキスパン
ダ２で拡大した後、ビームスプリッタ３を経て入力像５
に入射させ、入力像５をコヒーレント画像に変換する。
このようにして得られたコヒーレント画像をフーリエ変
換レンズ６を用いてフーリエ変換し、その変換面上に配
置した液晶ライトバルブ１５にフーリエ変換像の光強度
分布を表示させる。

【０００４】次に、ビームスプリッタ３で分けられた光
束はミラー８、偏光ビームスプリッタ１６を経て、液晶
ライトバルブ１５に照射され、表示されているフーリエ
変換像の光強度分布を読み出す。このようにして得られ
たフーリエ変換像の光強度分布を、偏光ビームスプリッ
タ１６を経て、フーリエ変換レンズ１０でフーリエ変換
し、その変換面上に配置したＣＣＤカメラ１１で被相関
画像と参照画像の相関係数を表す相関ピークを得てい
た。

【０００５】図２１に入力像５の一例を示し、図２２に
ＣＣＤカメラ１１から得られる被相関画像と参照画像の
相関係数を表す一対の相関ピークを示す。図２０は、従
来の電気書き込み型のジョイント変換相関器の一例を示
す構成図で、図１９に示す従来例と同一もしくは相当部
は、同一符号を付し、説明を省略する。

【０００６】この従来例においては、図１９に示す従来
例と同様にして入力像５のコヒーレント画像をフーリエ
変換レンズ６によりフーリエ変換した後、そのフーリエ
変換像をＣＣＤカメラ７で受光してフーリエ変換画像信
号に変換し、そのフーリエ変換画像信号を電気書き込み
型の空間光変換器である液晶テレビ９に入力してフーリ
エ変換画像の強度分布を表示する。そのフーリエ変換画
像の強度分布をビームスプリッタ３、ミラー８を経たコ
ヒーレント光で読み出し、フーリエ変換レンズ１０でフ
ーリエ変換し、その変換面上に配置されたＣＣＤカメラ
１１で被相関画像と参照画像の相関係数を表す相関ピー
クを得ていた。

【０００７】図２１に入力像５の一例を示し、図２２に
ＣＣＤカメラ１１から得られる被相関画像と参照画像の
相関係数を表す一対の相関ピークを示す。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、通常こ
の方法においては被相関画像や参照画像の個数はそれぞ
れ一つである。このため例えばアルファベットを認識す
る場合では、認識したいアルファベット１文字を被相関
画像とし、全てのアルファベットとの相関をとるため
に、参照画像として１文字ずつアルファベットを書き換
えて時系列的に相関処理を行わなければならず、非常に
多くの時間を必要とする。ところが、それを解決するた
めに、例えば参照画像の個数を増やし一度に多くの参照
画像との相関をとろうとすると、各参照画像と被相関画
像との相関処理による相関ピークの強度が著しく低下
し、ノイズ成分が増加するため、相関ピークはノイズ成
分に埋もれて分離が難しくなり、また誤って認識する場
合も生じる（例えば、フランシス・ティー・エス・ユ
ー、フェン・チェン、トシオ・ナガタおよびドン・エー
・グレゴリー、アプライド、オプチックス、２８，２９
８８（１９８９）：Ｆｒａｎｃｉｓ，Ｔ．Ｓ．Ｙｕ，Ｆ
ｅｎｇＣｒｅｎｇＴｏｓｈｉｏＮａｇａｔａ，ａｎ
ｄＤｏｎＡ．ＧｒｅｇｏｒｙＡｐｐｌｉｅｄＯ
ｐｔｉｃｓ２８２９８８（１９８９）。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明の光学的パターン認識装置は、ＣＣＤカメラ
などから得られる２次元画像に対して、コヒーレント光
を用いた光学的相関処理を施すことにより、所要のパタ
ーンを自動的に認識・計測する光学的パターン認識装置
であって、所要の目標を含む少なくとも１つの参照画像
と新たに入力する少なくとも１つの被相関画像とをコヒ
ーレント画像に変換する手段と、前記コヒーレント画像
をフーリエ変換し、前記参照画像と前記被相関画像との
合同のフーリエ変換画像を得る手段と、前記合同のフー
リエ変換画像を二値化強度分布画像に変換し、前記二値
化強度分布画像を空間光変調器に表示する手段と、前記
空間光変調器に表示された二値化強度分布画像をコヒー
レント光を用いて読み出す手段と、前記読み出した二値
化強度分布画像を再度フーリエ変換して、その画像を撮
像装置または光検出器を用いて相関信号に変換する手段
と、前記相関信号を信号処理して、前記参照画像と前記
被相関画像との２次元の相関係数をそれぞれ求める手段
を有し、前記合同のフーリエ変換画像を二値化強度分布
画像に変換し、前記二値化強度分布画像を空間光変調器
に表示する手段が、光反射率と印加電圧との間に双安定
メモリ性を有する強誘電性液晶を用いた光書き込み型の
空間光変調器である構成とした。

【００１０】上記のような構成にすれば、入力像のフー
リエ変換面においては、参照画像と被相関画像のフーリ
エ変換同士の干渉によって生じる干渉縞がフーリエ変換
像に重畳されており、これら参照画像と被相関画像の入
力強度を規格化することによって、重畳されている干渉
縞のビジビリティがよくなるため、そのフーリエ変換像
の強度分布を二値化しても搬送波成分が潰されず、ノイ
ズ成分もすくなくなるため相関ピークは非常に急峻にな
る。特に、参照画像間の大きさの差が大きい場合におい
ても、これらの入力強度を規格化することによってその
影響を排除することができる。その上、一度に多くの参
照画像との相関をとるために参照画像の個数を増加させ
ることにより、相関ピークの光強度の低下やノイズの増
加が生じた場合でも、被相関画像や参照画像の個数、各
参照画像の似ている度合、認識結果に要求される速度や
精度など様々な条件に応じて、得られる相関係数から対
応する各参照画像を透過する光強度にフィードバックす
る関係を、線形や非線形な関数の中から選択でき、適切
な関数を選択してフィードバックを繰り返すことによ
り、ノイズ成分は減少し、かつ鮮明な相関ピークが得ら
れるようになるので、高速で正確なパターン認識が行え
るようになる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下に本発明による実施例を図面
に基づいて説明する。図１は、本発明による光学的パタ
ーン認識装置の第１実施例を示す構成図である。本実施
例による光学的パターン認識装置は、レーザ１とビーム
エキスパンダ２とビームスピリッタ３とで構成された参
照画像と被相関画像をコヒーレント画像に変換する手段
と、参照画像と被相関画像とを同時に並列して配置した
入力像５と、フーリエ変換レンズ６とＣＣＤカメラ７と
で構成されたコヒーレント画像をフーリエ変換画像信号
に変換する手段と、該フーリエ変換画像信号を表示する
液晶テレビ９と、レーザ１とビームエキスパンダ２とビ
ームスプリッタ３とミラー８とで構成された該液晶テレ
ビ９に表示された像を読み出す手段と、フーリエ変換レ
ンズ１０とＣＣＤカメラ１１とで構成された該読み出し
画像を相関信号に変換する手段と、Ａ／Ｄ変換器１２と
コンピュータ１３とＤ／Ａ変換器１４とで構成された該
相関信号を信号処理し、参照画像と被相関画像との２次
元の相関係数を求める手段と、該相関係数に応じて入力
像５の参照画像に対応する部分の透過率または反射率を
変化させるマスク用液晶テレビ４とから構成されてい
る。

【００１２】ここで、レーザ１から出射されたのちビー
ムエキスパンダ２で拡大されたコヒーレント光は、ビー
ムスプリッタ３で２光束に分けられる。分けられた一方
の光束は、マスク用液晶テレビ４を透過した後、被相関
画像と参照画像同時に並列して配置した入力像５を照射
することにより入力像５をコヒーレント画像に変換し、
その像をフーリエ変換レンズ６でフーリエ変換した像を
ＣＣＤカメラ７で受光し、この受光した像を液晶テレビ
９に表示する。一方、ビームスプリッタ３で分けられた
他方の光束は、ミラー８で反射されて液晶テレビ９を照
射する。これにより、液晶テレビ９上に表示されている
フーリエ変換像の光強度分布をコヒーレント画像に変換
し、その画像をフーリエ変換レンズ１０でフーリエ変換
することにより、相関ピークをＣＣＤカメラ１１で受光
することができる。ここで、入力像５や液晶テレビ９
は、フーリエ変換レンズ６や１０の前焦点面から後焦点
面の任意の位置に配置することができるが、厳密なフー
リエ変換をするためには、前焦点面またはフーリエ変換
レンズ６や１０と後焦点面の間に配置するのが好まし
い。本実施例では、フーリエ反感レンズ６や１０の前焦
点面に入力像５や液晶テレビ９を配置し、後焦点面にＣ
ＣＤカメラ７や１１を配置する。また、マスク用液晶テ
レビ４の直後に入力像５を配置するＣＣＤカメラ１１から出力される相関信号はアナログ信
号であるので、Ａ／Ｄ変換器１２でデジタル信号に変換
した後、コンピュータ１３で相関ピークの光強度を測定
する。測定した相関ピークの光強度に応じてマスク用液
晶テレビ４を動作させるための信号をコンピュータから
出力し、そのデジタル信号をＤ／Ａ変換器１４でデジタ
ル信号からアナログ信号に変換し、その信号でマスク用
液晶テレビ４を動作させる。

【００１３】次に動作について説明する。入力像５には
例えば図１６に示すように、１個の被相関画像を中心と
してその円周上に複数の参照画像を配置したものを用い
る。これは、被相関画像と参照画像間の距離を一定にす
るためである。また初期状態では、マスク用液晶テレビ
４は透過の状態にしておく。

【００１４】この初期状態においてＣＣＤカメラ１１で
得られる像には、被相関画像と各参照画像との間での相
関に基づく複数の相関ピークが得られる。例えば、図１
６に示す入力像の場合には、参照画像が４個あるため４
対の相関ピークが得られる可能性がある。この場合、参
照画像が１個の場合と比べると、各々の相関ピークの光
強度は小さく、またノイズ成分が増加しているので、相
関ピークとノイズとの区別が困難となり、誤った認識を
する場合もある。

【００１５】そこで、ＣＣＤカメラ１１から出力される
アナログの画像信号をＡ／Ｄ変換器１２でデジタル信号
に変換し、コンピュータ１３で各相関ピークごとに最大
の光強度を測定し、それを各相関ピークの光強度とす
る。各相関ピークの光強度を全相関ピーク中で最大の光
強度で規格化し、その規格化した割合に応じて対応する
参照画像をマスク用液晶テレビ４でマスクする。例え
ば、図１６の入力像における初期状態では、被相関画像
Ｅと参照画像中のＥとの相関ピークが最も強いとする。
そこで、その相関ピークの光強度を１として他の相関ピ
ークの光強度を規格化した結果、被相関画像Ｅと参照画
像Ｇ，Ｒ，Ｗの各々との相関ピークの光強度が０．８，
０．７，０．６であったとする。この割合に応じて、対
応する参照画像を照射する光強度が変化するようにマス
ク用液晶テレビ４を用いてマスクする。つまり、参照画
像Ｅについてはマスクせずに、Ｇ，Ｒ，Ｗの参照画像を
照射する光強度がそれぞれＥの０．８，０．７，０．６
倍になるようにマスク用液晶テレビ４の透過率を変化さ
せる。

【００１６】次に、その状態での相関ピークをＣＣＤカ
メラ１１から得る。すると、被相関画像Ｅと参照画像
Ｇ，Ｒ，Ｗとの相関ピークの光強度は、それらの参照画
像をマスクしているので、初期の相関ピークよりも低下
し、参照画像のＥはマスクしていないので、逆に光強度
は初期の相関ピークよりも増大する。更にこの相関ピー
クの光強度の割合で参照画像をマスクする。この操作を
繰り返すことにより、複数個存在した相関ピークがやが
て１対の相関ピークに収束し、他の相関ピークは観察さ
れなくなる。この状態では、相関ピークが観察されない
参照画像は全てマスクされてしまっている。

【００１７】この実施例において、規格化した相関ピー
クの光強度の繰り返しによる変化を図１７に示す。Ｅ以
外の参照画像の相関ピークの光強度がフィードバックを
繰り返すことにより低下していく様子がわかる。この場
合は、初期状態においても参照画像のＥに対する相関ピ
ークが他の相関ピークに比べて最も強いため、相関ピー
クの光強度によるフィードバックを行わなくとも被相関
画像がＥであることが識別できる。しかし、例えば、図
１８に示す被相関画像がＧの場合のように、最初は誤っ
た判断をしているが、フィードバックを繰り返すことに
より正しい解にたどり着く例も観察できた。

【００１８】この実施例において、各相関ピークを規格
化する方法として、各相関ピークごとの最大の光強度を
用いているが、各相関ピークごとの全光量や平均光強度
などを用いてもよい。図２は、本発明による光学的パタ
ーン認識装置の第２実施例の構成図で、先述の第１実施
例と同一または相当部は同一符号を付し、説明を省略す
る。

【００１９】この実施例ではフーリエ変換レンズ６でフ
ーリエ変換されたフーリエ変換画像を表示する空間光変
調器として光書き込み型の液晶ライトバルブ１５を用
い、そのフーリエ変換画像を読み出す手段をレーザ１と
ビームエキスパンダ２とビームスプリッタ３とミラー８
と偏光ビームスプリッタ１６とで構成している。

【００２０】入力像５のコヒーレント画像がフーリエ変
換レンズ６フーリエ変換され、液晶ライトバルブ１５に
照射され、合同のフーリエ変換画像の光強度分布が液晶
ライトバルブ１５上に表示される。一方、ビームスプリ
ッタ３で分けられた他方の光束は、ミラー８及び偏光ビ
ームスプリッタ１６で反射された後、液晶ライトバルブ
１５で反射される。ただし、液晶ライトバルブ１５は反
射型のため、光束が液晶ライトバルブ１５を照射する方
向は、フーリエ変換像を書き込んだ場合の反対方向の面
から照射する。これにより、液晶ライトバルブ１５上に
表示されている合同のフーリエ変換画像の光強度分布を
コヒーレント画像に変換でき、その画像を偏光ビームス
プリッタ１６を経てフーリエ変換レンズ１０でフーリエ
変換することにより、相関ピークをＣＣＤカメラ１１で
受光することができる。ここで、入力像５や液晶ライト
バルブ１５は、フーリエ変換レンズ６や１０の前焦点面
から後焦点面の任意の位置に配置することができるが、
厳密なフーリエ変換をするためには、前焦点面またはフ
ーリエ変換レンズ６や１０と後焦点面の間に配置するの
が好ましい。本実施例では、先述の第１実施例と同様に
フーリエ変換レンズ６の前焦点面に入力像５を、後焦点
面には液晶ライトバルブ１５を配置する。さらに、フー
リエ変換レンズ１０の前焦点面に液晶ライトバルブ１５
を、後焦点面にはＣＣＤカメラ１１を配置する。また、
マスク用液晶テレビ４は入力像５の直前に配置する。シ
ャッタ１７は、コンピュータ１３で制御され、フーリエ
変換像の光強度分布を液晶ライトバルブ１５上に表示す
るときのみオープンされ、それ以外では閉じている。そ
の他の動作は、先述の第１実施例と同様である。

【００２１】ここで、図１６に示す被相関画像と参照画
像とを入力像５としたパターン認識を行ったところ、先
述の第１実施例と同様に良好な結果が得られた。図３は
本発明の工学的パターン認識装置による第３実施例の構
成図で、先述の実施例と同一または相当部は同一符号を
付し、その説明を省略する。この実施例では、第２実施
例で用いた反射型で使用する液晶ライトバルブ１５の代
わりに、透過型で使用するＢＯＳ結晶（Ｂｉ₁₂ ＳｉＯ
₂₀）を用いた空間光変調器（ＰＲＯＭ：Ｐｏｃｋｅｌｓ
ＲｅａｄｏｕｔＯｐｔｉｃａｌＭｏｄｕｌａｔｏ
ｒ）１８を用いている。そこで、合同のフーリエ変換画
像をＰＲＯＭ１８へ記憶するため、レーザ１には、ＰＲ
ＯＭ１８にとって感度の高いアルゴンレーザを用い、そ
の波長は緑色の５１４．５ｎｍである。そして、シャッ
タ１７をレーザ１とＰＲＯＭ１８の間に挿入する。シャ
ッタ１７はコンピュータ１３により制御され、合同のフ
ーリエ変換画像を記憶するときのみシャッタ１７を開
く。記憶した合同のフーリエ変換画像を読み出すため、
ＰＲＯＭ１８にとって感度の低いＨｅ−Ｎｅレーザまた
は半導体レーザ２０を用い、ビームエキスパンダ２１で
光束を拡大した後ビームスプリッタ３で反射させてＰＲ
ＯＭ１８に照射し、検光子１９を透過させることによ
り、記憶した合同のフーリエ変換画像の光強度分布を読
み出す。その他の処理は、先に述べた実施例と同じであ
る。

【００２２】また、人力像５をこのシステムに入力する
方法の一例を図４に示す。ＣＲＴ２２に表示した入力像
を、投影レンズ２３を用いて液晶ライトバルブ２４上に
結像させて記憶させる。レーザ１から出射した光束をビ
ームエキスパンダ２を用いて拡大し、ビームスプリッタ
３で反射させ、マスク用液晶テレビ４を透過した後、液
晶ライトバルブ２４で反射させる。それにより、ＣＲＴ
２２に表示した入力像をコヒーレント画像として読み出
すことができる。読み出した入力像は、再びマスク用液
晶テレビ４とビームスプリッタ３を透過し、フーリエ変
換レンズ６でフーリエ変換される。この場合、マスク用
液晶テレビ４を２回透過することになる。そのため、マ
スク用液晶テレビ４をｘの割合でマスクしても、実質的
にはｘ²でマスクしたことに相当する。以後の処理は先
に示した実施例と同じである。

【００２３】先述の第１、第２の実施例では、相関ピー
クの光強度が例えば０．８ならマスクする割合も０．８
のように定めていたが、この実施例のように、相関ピー
クの光強度の割合がｘの場合、実質的にマスクする割合
がｘ²となるなど、相関ピークの光強度と実質的にマス
クする割合の関係を非線形に定めても良いことはいうま
でもない。また、相関ピークの光強度と実質的にマスク
する割合の関係を線形に定めるために、相関ピークの光
強度の割合がｘの場合、マスクする割合を√ｘに定めて
もよいということは言うまでもない。

【００２４】先述の第１、第２、第３の実施例では、入
力像５はマスク用液晶テレビ４の直後に配置している
が、互いに近接して位置してあれば、入力像５がマスク
用液晶テレビ４の前に配置されていても良いことは言う
までもない。上記実施例では、図１６に示すように入力
像５として１個の非相関画像と複数個の参照画像として
いるが、複数個の被相関画像と１個の参照画像でも良い
し、被相関画像と参照画像がそれぞれ複数個あっても良
いことはいうことはいうまでもない。複数個の被相関画
像を用いる場合には、参照画像ではなく、被相関画像を
マスク用液晶テレビ４でマスクしても良いことは言うま
でもない。

【００２５】上記実施例において、レーザ１は気体レー
ザや半導体レーザや固体レーザなど、コヒーレンス性の
良いレーザであれば良いことはいうまでもない。上記実
施例において、参照画像を照射する光強度を変化させる
マスクとして、マスク用液晶テレビ４を用いているが、
階調表現可能な空間光変調器であれば良いことは言うま
でもない。

【００２６】図５は、本発明による光学的パターン認識
装置の第４実施例の構成図で、先述の第２実施例に対
し、本実施例では参照画像と被相関画像との合同のフー
リエ変換画像を二値化強度分布画像に変換してパターン
認識を実行するものであり、先の実施例と同一または相
当部は同一符号を付し、その説明を省略する。

【００２７】図において、液晶ライトバルブ２５は、光
反射率と印加電圧との間に双安定メモリ性を有する強誘
電性液晶を用いた光書き込み型の空間光変調器であっ
て、合同のフーリエ変換画像の光照射によって二値化強
度分布画像として記憶するもので、その液晶ライトバル
ブ２５に記憶された画像を読み出す手段は、レーザ１と
ビームエキスパンダ２とビームスプリッタ３とミラー８
と偏光ビームスプリッタ２６とで構成している。

【００２８】次に、その動作について説明する。被相関
画像と参照画像を同時に並列して配置した入力像５のコ
ヒーレント画像をフーリエ変換用レンズ６でフーリエ変
換した後、液晶ライトバルブ２５に照射する。ここで、
液晶ライトバルブ２５には光反射率と印加電圧の間に双
安定メモリ性を有する強誘電性液晶を用いているため、
合同のフーリエ変換画像はあるしきい値によって二値化
されてしまう。それにより、合同のフーリエ変換画像の
二値化強度分布画像が液晶ライトバルブ２５に記憶され
る。

【００２９】一方、ビームスプリッタ３で反射された他
方の光束は、ミラー８および偏光ビームスプリッタ２６
で反射された後、液晶ライトバルブ２５で反射される。
ただし、液晶ライトバルブ２５は反射型のため、この光
束が液晶ライトバルブ２５を照射する方向は、合同のフ
ーリエ変換画像を記憶した場合の反対方向の面から照射
する。これにより液晶ライトバルブ２５上に記憶されて
いる合同のフーリエ変換画像の二値化強度分布画像がコ
ヒーレント画像に変換される。その画像は検光子の代わ
りに用いられている偏光ビームスプリッタ２６を透過す
ることにより、ネガ像またはポジ像の強度分布として読
み出される。

【００３０】ここで、入力像５や液晶ライトバルブ２５
は、フーリエ変換レンズ６や１０の前焦点面から後焦点
面の任意の位置に配置することができるが、厳密なフー
リエ変換をするためには、前焦点面またはフーリエ変換
レンズ６や１０と後焦点面の間に配置するのが好まし
い。本実施例では、フーリエ変換レンズ６の前焦点面に
入力像５を、後焦点面には液晶ライトバルブ２５を配置
する。さらに、フーリエ変換レンズ１０の前焦点面に液
晶ライトバルブ２５を、後焦点面にはＣＣＤカメラ１１
を配置するまた、マスク用液晶テレビ４は入力像５の直
前、または直後に配置する。シャッタ１７は、コンピュ
ータ１３で制御され、合同のフーリエ変換画像の光強度
分布を液晶ライトバルブ２５上に記憶するときのみオー
プンされ、それ以外では閉じている。それ以外の動作は
第２実施例と同様である。

【００３１】ここで、図１６に示す１個の被相関画像を
中心として、その円周上に複数の参照画像を配置したも
のを入力像５として用い、認識処理を行った。認識処理
は、第２実施例と同様に、ＣＣＤカメラ１１で得られる
相関信号をコンピュータ１３で各相関ピークごとに最大
の光強度を測定し、全相関ピーク中で最大の光強度を１
として、他の相関ピークの光強度を規格化し、その割合
に応じてマスク用液晶テレビ４の透過率を変化させて、
対応する参照画像を照射する光強度を変化させるフィー
ドバックをかけて実効したところ、先述の実施例と同様
に良好なパターン認識が得られた。ただし、本実施例で
は、図２６、図２７に示すように、合同のフーリエ変換
画像を二値化したため、初期状態においては二値化しな
い場合よりも鮮明な相関ピークが得られる上に、（例え
ば、ビー．ヤビティおよびシー．ジェイ．クォ、アプ
ライド、オプチクス、２７，６６３（１９８８）：Ｂ．
ＪａｖｉｄｉａｎｄＣ．Ｊ．Ｋｕｏ，Ａｐｐｌｉｅ
ｄＯｐｔｉｃｓ，２７，６６３（１９８８））フィー
ドバックを行う課程においても二値化しない場合に比べ
て早く収束することがわかる。各相関ピークを規格する
方法として、各相関ピークごとの最大の光強度以外に、
各相関ピークごとの全光量や平均光強度などを用いても
良い。

【００３２】図６は、強誘電性液晶を用いた液晶ライト
バルブ２５の構造を示す断面図である。液晶分子を挟持
するためのガラスやプラスチックなどの透明基板３１
ａ、３１ｂは、表面に透明電極層３２ａ、３２ｂ、透明
基板の法線方向から７５度から８５度の範囲の角度で一
酸化珪素を斜方蒸着した配向膜層３３ａ、３３ｂが設け
られている。透明基板３１ａと３１ｂはその配向膜層３
３ａ、３３ｂ側を、スペーサ３９を介して間隙に制御し
て対向させ、強誘電性液晶層３４を挟持するようになっ
ている。

【００３３】また、光による書き込み側の透明電極層３
２ａ上には光導電層３５、遮光層３６、誘電体ミラー３
７が配向膜３３ａとの間に積層形成され、書き込み側の
透明基板３１ａと読み出し側の透明基板３１ｂのセル外
面には、無反射コーティング層３８ａ、３８ｂが形成さ
れている。

【００３４】次に、上記構造を持つ液晶ライトバルブ２
５を初期化する方法を示す。第１の方法は、一度液晶ラ
イトバルブ２５の書き込み面全面を光照射し、明時の動
作しきい値電圧の最大値よりも充分に高い直流バイアス
電圧あるいは１００Ｈｚ〜５０ｋＨｚの交流電圧を重畳
した直流バイアス電圧を透明電極層３２ａと３２ｂの間
に印加して、強誘電性液晶分子を一方向の安定状態にそ
ろえ、その状態をメモリさせる。

【００３５】第２の方法は、光照射なしで、暗時の動作
しきい値電圧の最大値よりも十分に高い直流バイアス電
圧あるいは１００Ｈｚ〜５０ｋＨｚの交流電圧を重畳し
た直流バイアス電圧を透明電極層３２ａと３２ｂの間に
印加して、強誘電性液晶分子を一方向の安定状態にそろ
え、その状態をメモリさせる。

【００３６】さらに液晶ライトバルブ２５を上記のよう
に初期化した後の動作について示す。第１の動作では、
暗時には動作しきい値電圧の最小値以下であり、光照射
時には動作しきい値電圧の最大値以上となる逆極性の直
流バイアス電圧あるいは１００Ｈｚ〜５０ｋＨｚの交流
電圧を重畳した直流バイアス電圧を透明電極層３２ａと
３２ｂの間に印加しながら、レーザ光などによって画像
の光書き込みをする。レーザ照射を受けた領域の光導電
層にはキャリアが発生し、発生したキャリアは直流バイ
アス電圧により電界方向にドリフトし、その結果動作し
きい値電圧は下がり、レーザ照射が行われた領域には動
作しきい値電圧以上の逆極性のバイアス電圧が印加さ
れ、強誘電性液晶は自発分極の反転に伴う分子の反転が
起こり、もう一方の安定状態に移行するので、画像が二
値化処理されて記憶される。

【００３７】二値化されて記憶された画像は、初期化に
よって揃えられた液晶分子の配列の方向（またはそれに
直角方向）に偏光軸を合わせた直線偏光の読み出し光の
照射、及び誘電体ミラー３７による反射光の偏光方向に
対し、偏光軸が直角（または平行）になるように配置さ
れた検光子を通すことにより、ポジ状態またはネガ状態
で読み出すことができる。上記第４の実施例において
は、検光子の代わりに偏光ビームスプリッタ２６を用い
ている。

【００３８】画像を二値化する場合の動作しきい値は、
透明電極層３２ａと３２ｂの間に印加する交流電圧の周
波数や直流バイアス電圧の値を調整することにより、変
化させることができる。また、レーザのパワーを調整し
て合同のフーリエ変換画像の光強度を変化させることに
より、実質的に動作しきい値を変化させた場合と同じ効
果が得られる。

【００３９】上記実施例において、誘電体ミラー３７の
可視光反射率が十分大きく、光導電層３５に対して読み
出し光の影響が極めて小さい場合は遮光層３６を省略す
ることができる。さらに、光導電層３５の読み出し光に
対する反射率が十分大きく、かつ読み出し光が十分小さ
く光導電層３５に対して読み出し光の影響が極めて小さ
い場合には、誘導体ミラー３７も省略することができ
る。

【００４０】次に第２の動作について説明する。図２３
に、光書き込み型強誘電性液晶ライトバルブの光学応答
特性図に示す。光導電層がイントリンシックあるいはア
ンドーブの水素化アモルファスシリコンで形成されてお
り、誘電体ミラーは、読み出し光が水素化アモルファス
シリコン光導電層に影響を与えるのに十分な光透過率を
有している場合は、光書き込み型強誘電性液晶ライトバ
ルブにおける読み出し面に読み出し光７０が照射される
と、前記光書き込み型強誘電性液晶ライトバルブに用い
られている誘電体ミラーは、読み出し光が水素化アモル
ファスシリコン光導電層に影響を与えるのに十分な光透
過率を有しているために、水素化アモルファスシリコン
光導電層に達した照射光は約１μｍの厚さで吸収され、
電子正孔対が発生し、電子は正極側に、正孔は負極側に
移動していく。通常イントリンシック、あるいはアンド
ーブの水素化アモルファスシリコンの電子の易動度は、
正孔の易動度の数倍から数十倍大きいため、伝導現象は
電子が支配的となっている。従って、読み出し光が照射
されている状態で、水素化アモルファスシリコン光導電
層側の透明電極が正電圧６７となっているときは、発生
した電子が正極側に引き寄せられるために水素化アモル
ファスシリコン光導電層のインピーダンスが急激に低下
して強誘電性液晶を反転させて暗状態７２にすることが
できるが、負電圧６８となっている時は、正孔がキャリ
アとなっているために充分に水素化アモルファスシリコ
ン光導電層のインピーダンスを低下させることができ
ず、強誘電性液晶を逆極性の安定状態にまで反転させる
ことができない。

【００４１】このときに書き込み光７１を照射すれば、
書き込み側の水素化アモルファスシリコン光導電層の表
面近傍でも電子正孔対を発生し、強誘電性液晶の極性が
正、すなわち水素化アモルファスシリコン光導電層側が
負電圧の時に電子キャリアの移動が起こって光が照射さ
れた部分の水素化アモルファスシリコン光導電層のイン
ピーダンスが低下し、強誘電性液晶分子に充分な電圧が
加えられ、読み出し光照射時とは逆極性の明状態７３の
安定状態に反転し、必要な情報を書き込むことができる
ことになる。

【００４２】水素化アモルファスシリコン光導電層がゼ
ロ電圧６９のときは、キャリアの移動が行われないため
に、書き込まれた合同のフーリエ変換画像はメモリされ
ており、読み出し光７０によって読み出される。このゼ
ロ電圧６９部を設けることにより、μｓｅｃオーダーの
高速応答時でも、記録された合同のフーリエ変換画像の
コントラストを落とさずに済む。読み出し光７０の照射
強度が充分強く、誘電体ミラーの反射率が充分大きいと
きは、このゼロ電圧６９部を省略することができる。

【００４３】従って、上記のような駆動方式とすること
により、水素化アモルファスシリコン光導電層の極性が
正電圧時には読み出し光により光書き込み型強誘電性液
晶ライトバルブに書き込まれている画像が消去されて、
当該光書き込み型強誘電性液晶ライトバルブの初期化を
行い、水素化アモルファスシリコン光導電層の極性が負
電圧時には書き込み光により合同のフーリエ変換画像が
書き込まれる。

【００４４】図７は本発明による光学的パターン認識装
置の第５実施例を示す構成図で、先述の第１実施例に対
し本実施例は、参照画像と被相関画像との合同のフーリ
エ変換画像を二値化強度分布画像に変換してパターン認
識を実行するものであり、第１実施例と同一または相当
部は同一符号を付し、その説明を省略する。

【００４５】図において、ＣＣＤカメラ７と二値化回路
４０と液晶テレビ９とにより、合同のフーリエ変換画像
を、二値化強度分布画像に変換し、その二値化強度分布
画像を二値化用空間光変調器に表示する手段を構成して
いる。入力像５をフーリエ変換レンズ６でフーリエ変換
するまでの構成は先に述べた実施例と同じであるので省
略する。入力像５のフーリエ変換像をＣＣＤカメラ７を
用いてフーリエ変換画像信号に変換する。ここでは、フ
ーリエ変換像の強度分布が得られているだけなので、そ
のフーリエ変換画像信号を二値化回路４０によりあるし
きい値を決めて二値化処理し、その信号を液晶テレビ９
に表示する。ビームスプリッタ３で分けられた他方の光
束は、ミラー８で反射された後、液晶テレビ９を照射す
る。それによりフーリエ変換像の二値化強度分布画像を
コヒーレント画像に変換することができる。そのコヒー
レント画像をフーリエ変換用レンズ１０を用いて再びフ
ーリエ変換し、ＣＣＤカメラ１１で撮像することによ
り、相関ピークを相関信号に変換する。その後の処理
は、先に述べた実施例と同じである。

【００４６】上記実施例においては、二値化処理したフ
ーリエ変換画像信号を液晶テレビ９に表示しているが、
レーザースキャナ等の走査光学系を用いて光書き込み型
の空間光変調器に記憶しても良いことは言うまでもな
い。上記実施例において、レーザ１からの光束をビーム
スプリッタ３を用いて２光束に分離しているが、レーザ
を２個用いても良いことは言うまでもまい。

【００４７】ここで、図１６に示す１個の被相関画像を
中心として、その円周上に複数の参照画像を配置したも
のを入力像５として用い、認識処理を行った。認識処理
は、第１実施例と同様に、ＣＣＤカメラ１１で得られる
相関画像信号をコンピュータ１３で各相関ピークごとに
最大の光強度を測定し、全相関ピーク中で最大の光強度
１として他の相関ピークの光強度を規格化し、その割合
に応じてマスク用液晶テレビ４の透過率を変化させて、
対応する参照画像を照射する光強度を変化させるフィー
ドバックをかけて実行したところ、先述の実施例と同様
に良好なパターン認識が得られた。

【００４８】さらに、そのフィードバックを繰り返し行
うことにより、パターン認識の精度が向上することは言
うまでもないことであり、各相関ピークを規格する方法
も、各相関ピークごとの最大の光強度以外に、各相関ピ
ークごとの全光量や平均強度などを用いても良い。

【００４９】また、入力像５をこのシステムに入力する
方法は、図４に示す方法を用いることができる。ここ
で、参照画像および被相関画像のフーリエ変換強度が等
しくなるようにする規格化の一例を図２に示すシステム
を用いて説明する。

【００５０】入力像５には例えば図１６に示すように、
１個の被相関画像を中心としてその円周上に複数の参照
画像を配置したものを用いる。これは、被相関画像と参
照画像との距離を一定にするためである。このとき、各
参照画像の大きさはそれぞれ異なるため、これら参照画
像を透過する光量もまた違ってくる。そのため、液晶ラ
イトバルブ１５の書き込み画上に形成される各参照画像
のフーリエ変換像の強度に違いが生じ、その結果、フー
リエ変換像の干渉縞のビジビリティが低下する。これを
防ぐため、最も面積の小さな参照画像の面積をｓとし、
各参照画像の面積をＳ_j（ｊは自然数）としたとき、各
参照画像と被相関画像に照射される光の強度あるいは各
参照画像と被相関画像からフーリエ変換レンズ６に照射
される光の強度が、ｓ／Ｓ_jに比例するように、マスク
用液晶テレビ４で光の強度を調整し規格化する。あるい
は、入力像５が形成されている写真フィルムまたは液晶
テレビに透過率のむらがある場合は、各参照画像および
被相関画像の透過光強度を実測して、その最小値をｔ、
各参照画像と被相関画像の透過光強度をＴ_jとしたと
き、各参照画像と被相関画像に照射される光の強度ある
いは各参照画像と被相関画像からフーリエ変換レンズ６
に照射される光の強度が、ｔ／Ｔ_jに比例するように、
マスク用液晶テレビ４で光の強度を調整し規格化する。
マスク用液晶テレビ４の代わりに金属や有機高分子など
の光吸収膜をガラスなどの透明基板上に形成した光学マ
スクを用いてもよいし、マスク用空間光変調器を用いて
もよい。被相関画像あるいは参照画像は随時更新して用
いるのが普通であるため、光透過率を随時変更可能であ
る電気的にアドレス可能なマスク用空間光変調器を用い
る方が好ましい。

【００５１】この状態において、ＣＣＤカメラ１１から
は、被相関画像と参照画像との間での相関ピークの像が
得られる。例えば、図１６に示す入力像の場合には、参
照画像が４個あるため４対の相関ピークが得られる可能
性がある。この場合、参照画像が１個の場合と比べる
と、各々の相関ピークの光強度は小さく、その上ノイズ
成分が増加しているので、相関ピークとノイズとの分離
が困難となり、誤った認識をする場合もある。特に、前
記入力像の規格化がなされていない場合は、面積の大き
な被相関画像および参照画像に対応する相関ピークはよ
り強く、面積の小さな被相関画像および参照画像に対応
する相関ピークはより弱くなる傾向がある。そのため、
面積の小さな被相関画像および参照画像に対して誤った
認識をする場合が多くなる。この様子を図８に示す。図
８には、図１６で示した入力像を用いた場合に、各参照
画像に対応する被相関画像における規格化した自己相関
ピークと最大の相互相関ピークの光強度差を示してあ
る。ここで、規格化した自己相関ピークおよび規格化し
た相互相関ピークとは、各相関ピークごとに最大の光強
度を測定し、それを各相関ピークの光強度としたとき、
各相関ピークの光強度を全相関ピークの中で最大の光強
度で規格化したものである。この規格化した自己相関ピ
ークと最大の相互相関ピークの光強度差が大きいほど、
明瞭なパターン認識ができており、また、これが負にな
れば、誤った認識をしたことに対応する。すなわち、こ
れは認識の度合を示している。図８から分かるように入
力像を規格化しない場合は、面積の大きな被相関画像で
あるＷに対しては明瞭な認識ができているにもかかわら
ず、面積の小さな被相関画像であるＧに対しては誤った
認識をしている。各被相関画像に対する認識の度合も大
きくばらついている。これに対して入力像を規格化した
場合は、被相関画像の面積の大きさにかかわらず、各被
相関画像に対する認識の度合はほぼ一様になっている。
さらに、各被相関画像に対する認識のレベルも向上して
いることがわかる。

【００５２】次に、被相関画像としてＥを用いて、参照
画像の数を増やしていったときの規格化した自己相関ピ
ークと最大相互相関ピークの光強度差の変化を図９に示
す。入力像を規格化しない場合は、参照画像数の数が８
から１０文字までしか正確な認識ができなかったのに対
して、入力像を規格化した場合は、参照画像の数が１１
から１３文字まで正確な文字確認が可能となることがわ
かる。

【００５３】更に、相関出力を入力像の入力強度にフィ
ードバックさせる場合を説明する。例えば、図１６の入
力像における初期状態では、被相関画像Ｅと参照画像Ｅ
との相関ピークが最も強く、その相関ピークの光強度１
として他の相関ピークの光強度を規格化した結果、参照
画像Ｇ，Ｒ，Ｗの各々との相関ピークの光強度が０．
８，０．７，０．６であったとする。また、各参照画像
Ｅ，Ｇ，Ｒ，Ｗの大きさの割合が０．８，０．７，０．
８，１であったとする。この割合に応じて、対応する参
照画像を照射する光強度が変化するようにマスク用液晶
テレビ４を用いてマスクする。つまり、参照画像Ｅ，
Ｇ，Ｒ，Ｗを照射する光強度が１×０．７／０．８：
０．８×０．７／０．７：０．７×０．７／０．８：
０．６×０．７／１＝１：０．９：０．７：０．５の割
合になるようマスク用液晶テレビ４の透過率を変化させ
る。

【００５４】次に、その状態での相関ピークをＣＣＤカ
メラ１１から得る。その結果、被相関画像Ｅと参照画像
Ｇ，Ｒ，Ｗとの相関ピークの光強度は、それらの参照画
像をマスクとしているので初期状態よりも低下し、一
方、参照画像のＥはマスクしていないので、それに対応
する相関ピークの光強度は初期状態よりも増大する。さ
らに、この相関ピークの光強度の割合で参照画像をマス
クする。この操作を繰り返すことにより、複数個存在し
た相関ピークがやがて１対の相関ピークに収束し、他の
相関ピークは観察されなくなる。この状態では、相関ピ
ークが観察されない参照画像は全てマスクされている。

【００５５】このように、入力像を規格化した場合と入
力像を規格化しない場合について、規格化した相関ピー
クの光強度のフィードバックの繰り返しによる変化を図
１０（ａ），（ｂ）に示す。どちらの場合においても、
Ｅ以外の参照画像に対応する相関ピークの光強度がフィ
ードバックを繰り返すことにより低下していく様子がわ
かる。この場合は、初期状態においても参照画像のＥに
対する相関ピークが他の相関ピークに比べて最も強いた
め、フィードバックを行わなくても被相関画像がＥであ
ることが認識できる。しかし、入力像を規格化した方が
入力像を規格化しない場合よりも収束性が良いことがわ
かる。

【００５６】上記実施例においては各相関ピークを規格
化する方法として、各相関ピークごとの最大の光強度を
用いているが、各相関ピークごとの全光量や平均強度な
どを用いてもよい。図１１は、本発明の光学的パターン
認識装置の概要を示す概念図である。合同のフーリエ変
換画像を表示するフーリエ変換用空間光変調器として、
光書き込みで反射型のものを例に取って説明する。所要
の目標を含む少なくとも１つの参照画像と新たに入力す
る少なくとも１つの被相関画像をコヒーレント画像に変
換する手段は、書き込み光４１と、入力像４３からな
り、前記コヒーレント画像をフーリエ変換し、前記参照
画像と被相関画像の合同のフーリエ変換画像を得る手段
は、フーリエ変換用レンズ４４からなり、前記合同のフ
ーリエ変換画像を強度分布画像に変換し、その強度分布
画像を空間光変調器に表示する手段は、フーリエ変換用
空間光変調器４５からなり、前記空間光変調器に表示し
た強度分布画像をコヒーレント光を用いて読み出す手段
は、読み出し光４６とビームスプリッタ４７からなり、
前記読み出した強度分布画像をフーリエ変換して、その
画像を撮像装置または光検出器を用いて相関信号に変換
する手段は、フーリエ変換用レンズ４８と相関出力面４
９からなり、前記相関信号を信号処理して、前記参照画
像と被相関画像との２次元の相関係数をそれぞれ求める
手段は、比較器５０からなり、前記参照画像の前または
後ろに配置し、前記各参照画像に対応する部分の透過率
または反射率を、前記相関係数に対して線形または非線
形な関係で変化させる手段は、フィードバック伝達関数
５１とマスク用空間光変調器４２からなる。

【００５７】入力像４３には、ｎ個の参照画像Ｒ₁から
Ｒ_nと１個の被相関画像Ｓが並列に配置されているとす
る。また、マスク用空間光変調器４２上で、各参照画像
に対応する位置の透過率をＭ₁からＭ_n、被相関画像に対
応する位置の透過率をＭ_sとする。コヒーレントな書き
込み光４１がマスク用空間光変調器４２を透過して入力
像４３を照射することにより、入力像４３上の参照画像
と被相関画像はコヒーレント画像に変換される。ここで
初期状態では、Ｍ₁＝・・・Ｍ_n＝Ｍ_s であり、書き込み光４１がマスク用空間光変調器４２を
透過して入力像４３上の各参照画像と被相関画像を照射
する光強度は等しいとする。

【００５８】そのコヒーレント画像をフーリエ変換用レ
ンズ４４でフーリエ変換し、フーリエ変換用空間光変調
器４５に照射することによって、フーリエ変換用空間光
変調器４５に合同のフーリエ変換画像の強度分布が記憶
される。コヒーレントな読み出し光４６はビームスプリ
ッタ４７で反射されてフーリエ変換用空間光変調器４５
を照射することにより、記憶されている合同のフーリエ
変換画像の強度分布をコヒーレント画像に変換する。そ
の画像をフーリエ変換用レンズ４８でフーリエ変換する
ことにより、相関出力像を相関出力面４９で受光するこ
とができる。この相関出力像中には、ｎ対の相関ピーク
が存在している。そして、これらｎ対の相関ピークの平
均値Ｐ₁からＰ_nの光強度は、入力像４３に配置してある
被相関画像Ｓの参照画像Ｒ₁からＲ_nに対する２次元の相
関係数を表している。ここでフーリエ変換用レンズ４４
の前焦点面に入力像４３を後焦点面にはフーリエ変換用
空間光変調器４５を配置する。さらに、フーリエ変換用
レンズ４８の前焦点面にフーリエ変換用空間光変調器４
５を、後焦点面には相関出力面４９を配置する。

【００５９】相関出力面４９で、相関ピークを含む相関
出力像は相関信号に変換され、その相関信号を比較器５
０で処理して相関ピークの光強度を求める。それによっ
て、参照画像と被相関画像との２次元の相関係数Ｃ_jか
らＣ_nをそれぞれ求めることができる。ただし、この相
関係数は最大の相関係数で規格化されている。

【００６０】その相関係数はフィードバック伝達関数５
１に入力され、線形または非線形な関数ｇで次式のよう
な処理Ｍ_i＝ｇ（Ｃ_i）（ｉ＝１，２…，ｎ）をされることにより、マスク用空間光変調器４２におけ
る透過率Ｍ_iからＭ_nが決定される。ただし、当然規格化
された相関係数Ｃ_iからＣ_nや透過率Ｍ_iからＭ_nは、０か
ら１までの値であらねばならない。よってｇの定義域、
値域ともに０から１までである。

【００６１】そして、マスク用空間光変調器４２の各参
照画像に対応する部分の透過率が、それぞれＭ₁からＭ_n
になるようにマスク用空間光変調器４２を制御する。こ
のことにより、相関処理によって得られた２次元の相関
係数の値に応じて、入力像４３上の参照画像Ｒ₁からＲ_n
を照射する光強度を変化させることができる。ただし、
被相関画像に対応する部分の透過率Ｍ_sは常に、Ｍ_s＝ｍａｘ（Ｍ_i）（ｉ＝１，２…，ｎ）である。

【００６２】このようなマスク用空間光変調器４２の透
過率を変えた状態で、再び書き込み光４１を照射して同
様に相関処理を行い、２次元の相関係数を求める。その
結果をフィードバック伝達関数５１を介して再びマスク
用空間光変調器４２の透過率にフィードバックして、参
照画像を照射する光強度を変化させ、フィードバックル
ープを構成する。

【００６３】以上のように構成すると、ある相関ピーク
の光強度が他よりも弱い場合、フィードバックによって
それに対応する参照画像を照射する光強度は小さくな
る。その状態で再び相関処理を行うと、フーリエ変換用
空間光変調器４５に記憶されるフーリエ変換像の中で、
その弱い相関ピークに対応する参照画像のフーリエ変換
像は弱く不鮮明になる。それによって、その参照画像に
対応する相関ピークの光強度はさらに小さくなる。よっ
て、このフィードバックを繰り返すことによって、徐々
に被相関画像と相関の小さな参照画像はマスク用空間光
変調器４２によってマスクされて、参照画像を照射する
光強度は弱くなるので、正しい参照画像に対応する相関
ピークだけが非常に強くなる。そこで、初期状態ではた
とえ相関出力面に多くの相関ピークが存在し、各相関ピ
ークの光強度が小さくてノイズに埋もれてしまい、正確
な認識ができない状態だとしても、以上述べたフィード
バックを繰り返すことにより、正確な認識が行えること
になる。

【００６４】ここで、フィードバック伝達関数５１の形
を変えることによって、２次元の相関係数Ｃ₁からＣ_nと
マスク用空間光変調器４２の透過率の関係を任意に変化
させることができる。フィードバック伝達関数５１の形
としては例えば、飽和型ではシグモイド関数や三角関
数、対数関数等があり、また少なくとも１段以上のステ
ップ型単一階段関数や多段のステップ関数などが考えら
れる。また、それらを複合した形の関数でもよい。

【００６５】フィードバック伝達関数５１の形を変える
と、収束の速さや認識の正確さを変化させることができ
る。例えば、フィードバック伝達関数５１として単一階
段関数を用いた場合、そのしきい値をうまく選択すれ
ば、弱い相関ピークに対応する参照画像は１回のフィー
ドバックで完全にマスクされてしまうので、非常に早く
収束させることができる。しかし、逆にしきい値が不適
切であれば、収束が遅かったり、何回フィードバックを
繰り返しても収束しないことも起こり得る。そこで、入
力像４３の状態や、認識に要求される条件に応じてフィ
ードバック伝達関数５１の形を変化させればよい。

【００６６】上記例では、フーリエ変換用空間光変調器
４５としては光書き込みで反射型を例に取っているが、
透過型であっても、電気書き込み型であっても原理的に
は同じであることは言うまでもない。次に、図１１に示
す本発明の概念図を図２に示す第２実施例に従って説明
する。所要の目標を含む少なくとも１つの参照画像と新
たに入力する少なくとも１つの被相関画像をコヒーレン
ト画像に変換する手段は、レーザ１とビームエキスパン
ダ２とビームスプリッタ３とシャッタ１７と入力像５か
らなり、前記コヒーレント画像をフーリエ変換し前記参
照画像と被相関画像の合同のフーリエ変換画像を得る手
段は、フーリエ変換レンズ６からなり、前記合同のフー
リエ変換画像を強度分布画像に変換しその強度分布画像
を空間光変調器に表示する手段は、液晶ライトバルブ１
５からなり、前記空間光変調器に表示した強度分布画像
をコヒーレント光を用いて読み出す手段は、ミラー８と
偏光ビームスプリッタ１６からなり、前記読み出した強
度分布画像をフーリエ変換してその画像を撮像装置を用
いて相関信号に変換する手段は、フーリエ変換レンズ１
０とＣＣＤカメラ１１からなり、前記相関信号を信号処
理して前記参照画像と被相関画像との２次元の相関係数
をそれぞれ求める手段は、Ａ／Ｄ変換器１２とコンピュ
ータ１３からなり、前記参照画像の前または後ろに配置
し、前記各参照画像に対応する部分の透過率または反射
率を前記相関係数に対して線形または非線形な関係で変
化させる手段は、コンピュータ１３とＤ／Ａ変換器１４
とマスク用液晶テレビ４からなる。

【００６７】この実施例において、ＣＣＤカメラ１１か
ら出力される相関信号はアナログ信号であるため、Ａ／
Ｄ変換器１２でデジタル信号に変換した後コンピュータ
１３に入力し、相関ピークの光強度を測定する。コンピ
ュータ１３には、伝達関数の形を前もって入力してお
き、測定した相関ピークの光強度からフィードバック伝
達関数の出力を計算する。その値に応じてマスク用液晶
テレビ４を動作させるための信号をコンピュータ１３か
ら出力し、そのデジタル信号をＤ／Ａ変換器１４でデジ
タル信号からアナログ信号に変換し、その信号でマスク
用液晶テレビ４を動作させる。それ以外の動作は第２実
施例と同様である。

【００６８】次に、パターン認識処理について説明す
る。入力像５には例えば図１２に示すように、１個の被
相関画像を中心としてその円周上に複数の参照画像を配
置したものを用いる。これは、被相関画像と参照画像と
の間の距離を一定にするためである。この例では、参照
画像の個数は１３個である。また初期状態では、マスク
用液晶テレビ４は完全に透過の状態にしておき、各参照
画像や被相関画像が均一なコヒーレント光で照射される
ようにしておく。

【００６９】この初期状態において、ＣＣＤカメラ１１
からは、被相関画像と各参照画像との間での相関に基づ
く多数の相関ピークの像が得られる。例えば、図１２に
示す入力像の場合には、参照画像が１３個あるため１３
対の相関ピークが得られる可能性がある。この場合、参
照画像が１個の場合と比べると、各々の相関ピークの光
強度は小さく、その上ノイズ成分が増加しているので、
相関ピークとノイズとの区別が困難となり、誤った認識
をする場合もある。

【００７０】そこで、ＣＣＤカメラ１１から出力される
アナログの相関信号をＡ／Ｄ変換器１２でデジタル信号
に変換し、コンピュータ１３で各相関ピークごとの最大
の光強度を測定し、それを各相関ピークの光強度とす
る。各相関ピークの光強度を全相関ピーク中で最大の光
強度で規格化し、その規格化した値をフィードバック伝
達関数の入力ｘとする。

【００７１】フィードバック伝達関数としては、１例と
してｇ（ｘ）＝［１＋ｔａｎｈ｛（ｘ−α）／ｘｏ｝］／２．．．．．（１）で表される非線形なシグモイド関数を用いた。図１３に
α＝０．７でｘｏ＝０．４，０．１の場合の関数の形状
を示す。このｘｏの値を小さくすれば、単一階段関数に
近づく。そして、マスク用液晶テレビ４の各参照画像に
対応する部分の透過率が、フィードバック伝達関数の出
力ｇ（ｘ）となるようにする。

【００７２】図１２の入力像における初期状態では、被
相関画像Ｅと参照画像中のＥとの相関ピークが最も強
く、その相関ピークの光強度を１として他の相関ピーク
の光強度を規格化した結果、被相関画像Ｅと残り１２個
の各参照画像との相関ピークの光強度がＣ₁からＣ₁₂で
あったとする。すると、マスク液晶テレビ４の透過率
は、ｇ（１）とｇ（Ｃ₁）からｇ（Ｃ₁₂）となる。この
割合に応じて、対応する参照画像を照射する光強度が変
化するようにマスク用液晶テレビ４を用いてマスクす
る。

【００７３】次に、その状態で再び相関処理を行い、相
関ピークをＣＣＤカメラ１１から得る。その結果、被相
関画像ＥとＥ以外の参照画像との相関ピーク光強度は、
それらの参照画像を照射する光強度はマスクすることに
より初期状態よりも弱くなっているので、初期状態より
も低下し、一方、参照画像のＥはマスクしていないの
で、それに対応する相関ピークの光強度は初期状態より
も増大する。更にこの相関ピークの光強度を規格化し、
再びフィードバック伝達関数に入力し、その出力の値で
参照画像をマスクする。この操作を繰り返すことによ
り、多数存在した相関ピークがやがて１対の相関ピーク
に収束し、他の相関ピークは観察されなくなる。この状
態では、相関ピークが観察されない参照画像は全てマス
クされている。

【００７４】図１４には、フィードバック伝達関数とし
て（１）式で示したシグモイド関数を使用した場合にお
ける、規格化した相関ピークの光強度の繰り返しによる
変化を示す。ただし、（１）式中のパラメータはα＝
０．７，ｘｏ＝０．１である。また、図１５には、フィ
ードバック伝達関数が線形の場合の規格化した相関ピー
クの光強度の繰り返しによる変化を示す。図１４と図１
５を比較すると、Ｅ以外の参照画像に対応する相関ピー
クの光強度は、図１４の方がフィードバックを繰り返す
ことにより急速に低下していく様子がわかる。

【００７５】上記実施例において各相関ピークを規格化
する方法として、各相関ピークごとの最大の光強度を用
いているが、各相関ピークごとの全光量や平均光強度な
どを用いてもよい。上記実施例において、フィードバッ
ク伝達関数としてシグモイド関数を用いているが、単一
階段関数や、多段のステップ関数を用いても、原理的に
は変わりがなく、更に、先述の他の実施例におけるフィ
ードバックに適用することができる。

【００７６】次に、図１２における被相関画像として、
図２４に示すように一部分が欠損した文字を用いた場合
について説明する。図２４に示す被相関画像は、アルフ
ァベット大文字“Ａ”の下部が欠損したものであり、欠
損率を次式のように定義する。欠損率＝１― ｛（欠損した被相関画像の面積）／（欠損していない被相関画像の面積）｝ …… （２）図２５に、被相関画像として図２４に示す画像を用い、
欠損率が変化した場合の規格化した自己相関ピークと最
大相互相関ピークの光強度差の変化を示す。この図から
被相関画像が６０％以上欠損している場合でも、欠損の
ない元の画像を正しく連想できることがわかる。また、
フィードバック伝達関数におけるｘｏの値が小さく非線
形性が大きいほど、連想能力が向上していることがわか
る。

【００７７】上記実施例において、フーリエ変換レンズ
６あるいは１０によって得られる合同のフーリエ変換画
像や相関ピークを含む画像を拡大・縮小する光学系を含
んでいてもかまわない。また上記実施例において、被相
関画像の面積を前もって自動的に測定し、被相関画像を
も規格化する手段を有していることが好ましい。

【００７８】さらに、本発明において合同の変換画像の
二値化強度分布画像を表示する空間光変調器としては、
強誘電性液晶を用いた光書き込み型液晶ライトバルブ以
外にも、双安定メモリ性を有する磁気光学空間光変調器
や光双安定素子を用いても良いことは言うまでもない。

【００７９】

【発明の効果】この発明は以上説明したように、一度に
多くの参照画像と関数をとるために参照画像の個数を増
加した場合に、フィードバックを数回行うことでノイズ
の少ない鮮明な相関ピークが得られ、参照画像が１個の
場合と同じ精度でパターン認識ができる。そのため、１
個の参照画像を次々に書き換えて時系列的に相関をとる
よりも高速な認識や計測が可能となる。さらに、フィー
ドバック伝達関数の形を任意に選択することができるた
め、入力画像中の参照画像や被相関画像の個数、これら
の似ている度合、認識や計測に要求される正確さや速度
など、様々な条件に応じて最適のフィードバック伝達関
数を選べば良く、それによって正確さと高速性を両立さ
せた認識や計測が可能となる。このように、本発明を用
いることにより、正確で高速かつ環境に応じたフレキシ
ブルな認識や計測が行えるために、危険な作業の自動化
や生産設備の高速化を実現することができ、設備の安全
性を向上させたり、コストダウンを実現することが可能
となる。

【００８０】さらにまた、被相関画像と参照画像を同時
に並列して配置した入力像のコヒーレント画像をフーリ
エ変換レンズでフーリエ変換した後、光反射率と印加電
圧の間に双安定メモリ性を有する強誘電性液晶を用いた
液晶ライトバルブ２５に照射し、合同のフーリエ変換画
像があるしきい値によって二値化されるような構成にし
た。これにより合同のフーリエ変換画像の二値化強度分
布画像が液晶ライトバルブ上に記憶される。これを読み
出し、コヒーレント画像に変換することによって、鮮明
な相関ピークが得られるので、多数の参照画像や被相関
画像があっても高い認識率の光学的パターン認識装置を
得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による光学的パターン認識装置の第１実
施例を示す構成図である。

【図２】本発明による光学的パターン認識装置の第２実
施例を示す構成図である。

【図３】本発明による光学的パターン認識装置の第３実
施例を示す構成図である。

【図４】本発明による光学的パターン認識装置の入力像
の入力方法の一例を示す図である。

【図５】本発明による光学的パターン認識装置の第４実
施例を示す構成図である。

【図６】本発明の光学的パターン認識装置に用いる液晶
ライトバルブの断面図である。

【図７】本発明による光学的パターン認識装置の第５実
施例を示す構成図である。

【図８】被相関画像の種類に対する自己相関ピークを最
大相互相関ピークの光強度の差を示す図である。

【図９】参照画像の数の変化に対する自己相関ピークと
最大相互相関ピークの光強度差の変化を示す図である。

【図１０】規格化した相関ピークの光強度の繰り返しに
よる変化を示す図である。

【図１１】本発明の光学的パターン認識装置の概要を示
す概念図である。

【図１２】入力像の一例を示す図である。

【図１３】本発明に用いるシグモイド関数の形状を示す
図である。

【図１４】フィードバック関数がシグモイド関数の場合
における本発明装置による規格化した相関ピークの光強
度の繰り返しによる変化を示す図である。

【図１５】フィードバック関数が線形の場合における本
発明装置による規格化した相関ピークの光強度の繰り返
しによる変化を示す図である。

【図１６】本発明に用いる入力像の他の例を示す図であ
る。

【図１７】規格化した相関ピーク光強度の繰り返しによ
る変化を示す図である。

【図１８】規格化した相関ピーク光強度の繰り返しによ
る変化を示す図である。

【図１９】従来の光学的パターン認識装置の一例を示す
構成図である。

【図２０】従来の光学的パターン認識装置の一例を示す
構成図である。

【図２１】入力像の他の例を示す図である。

【図２２】相関ピークの一例を示す図である。

【図２３】光書き込み型強誘電性液晶ライトバルブの光
学応答特性を示す図である。

【図２４】一部が欠損した被相関画像の一例を示す図で
ある。

【図２５】被相関画像の欠損率と規格化した自己相関ピ
ークと最大相互相関ピークの光強度差の関係を示す図で
ある。

【図２６】規格化した相関ピーク光強度の繰り返しによ
る変化を示す図である。

【図２７】規格化した相関ピーク光強度の繰り返しによ
る変化を示す図である。

【符号の説明】

１レーザ２ビームエキスパンダ３ビームスプリッタ４マスク用液晶テレビ５入力像６、１０フーリエ変換レンズ８ミラー１１ＣＣＤカメラ１２Ａ／Ｄ変換器１３コンピュータ１４Ｄ／Ａ変換器１７シャッタ２５液晶ライトバルブ３１ａ、３１ｂ透明基板３２ａ、３２ｂ透明電極層３３ａ、３３ｂ配向膜層３４強誘電性液晶層３５光導電層３６遮光層３７誘電体ミラー３８ａ、３８ｂ無反射コーティング層３９スペーサ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ＣＣＤカメラなどから得られる２次元画
像に対して、コヒーレント光を用いた光学的相関処理を
施すことにより、所要のパターンを自動的に認識・計測
する光学的パターン認識装置において、所要の目標を含む少なくとも１つの参照画像と新たに入
力する少なくとも１つの被相関画像とをコヒーレント画
像に変換する手段と、前記コヒーレント画像をフーリエ変換し、前記参照画像
と前記被相関画像との合同のフーリエ変換画像を得る手
段と、前記合同のフーリエ変換画像を二値化強度分布画像に変
換し、前記二値化強度分布画像を空間光変調器に表示す
る手段と、前記空間光変調器に表示された二値化強度分布画像をコ
ヒーレント光を用いて読み出す手段と、前記読み出した二値化強度分布画像を再度フーリエ変換
して、その画像を撮像装置または光検出器を用いて相関
信号に変換する手段と、前記相関信号を信号処理して、前記参照画像と前記被相
関画像との２次元の相関係数をそれぞれ求める手段を有
し、前記合同のフーリエ変換画像を二値化強度分布画像に変
換し、前記二値化強度分布画像を空間光変調器に表示す
る手段が、光反射率と印加電圧との間に双安定メモリ性
を有する強誘電性液晶を用いた光書き込み型の空間光変
調器であることを特徴とする光学的パターン認識装置。