JPS5941087A - パタ−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】 この発明は、プリント基板上のパターン、ＩＣパターン
、指紋、印鑑、物体の表面に記録された文字、数字など
の同定、照合または分類のためのパターン認識装置に関
する。

パターン認識装置には、コンピュータを用いたディジタ
ル画像処理方式、光学系のみによる光、情報処理方式お
よびこれらの混合型に該当するハイブリッド処理方式が
ある。ハイブリッド処理方式の１つの簡単な装置に第１
図に示すものがある。これは、被認識パターン（６４）
と標準パターン（６５）とが一致するかどうがを判定Ｊ
るための装置である。レーザ（６１）からのコヒーレン
１へ光の開口が、２つの凸レンズ（６２〉（６３）から
なるビーム・１キスパンダによって拡大される。この拡
大された平行光束内に、被認識パターン（６４）と標準
パターン（６５）どが配置される。両パターンを通過し
た光束は光電検出器（（ｉＧ）’（検出され、その検出
信号が処理回路（６７）に入ノｊする。標準パターン（
６５）は、被認識パターンどは明暗（強麿）が反転した
画像である。被認識パターンが標準パターンと一致した
場合には、光電検出器（６６）に入ノｊする光束は最低
値（パターンの暗い部分の光透過率がＯであれば、光な
しどなる）を示ず。両パターンが一致していない場合に
はその不一致の程度（一致の程度を相関という）に応じ
た光束が光電検出器（６６）に入カタ゛る。処理回路（
６７）は、検出器（６６）の出力信号を所定のスレシホ
ールド値で弁別することにより相関の程度または一致す
るかどうかを判定する。

このようなパターン認識装置においては、被認識パター
ンが多数の標準パターンのうらのどれど一致りるかを判
別しまうとり−る明白に【、艮、多数の標準パターンを
次々とスライドさせて光束内にレットしなければならな
いので、１つのパターン判定のために多大な処理時間が
かかるという問題がある。

また、被認識パターンと標準パターンとがたとえ一致す
るものであっても、（６４Ａ＞で示すように被認識パタ
ーンの姿勢（角度位置）がり゛れている場合などには、
光電検出器（６Ｇ）に入力づる光量は最低にはならない
。被認識パターンと標準パターンどの姿勢が一致しない
場合にはいずれかのパターンを回転さゼて一致さゼる必
要があり、このためにも処理時間が長くかかってしまう
。

この発明は、一度に多数種類のパターン認識処理が可能
であり、したがって高速処１理を達成りることのできる
パターン認識装置を提供することを目的どＪる。

この発明によるパターン認識装置は、１つの点光源、こ
の点光源からの光の開口を拡大するビーム・−［１−ス
バンダ、拡大された平行光束を複数の場所に別々に収束
させ複数の点光源を形成する複数の第１の凸レンズ、そ
の前側焦点面に各点光源が位置するように配置され、各
点光源からの光をそれぞれ平行光束に変換し、かつこれ
らの平行光束を交叉さｔＵ−（この交叉部分において被
認識パターンが各平行光束内に含まれるようにする第２
の凸レンズ、被認識パターンからの各平行光束を別個に
導く光学系、平行光束を遮る位置に配置され、各平行光
束が通過づる場所にそれぞれ異なる標準パターンを右Ｊ
る標準体、光学系によって導かれた、標準パターンおよ
び被認識パターンの画情報を含む各光束を検出する光電
検出器、ならびに光電検出器の出力信号にもとづいて両
パターンの相関の程度を判定する手段、からなることを
特徴どする。

この発明は、１つのくまたは数少ない）標準パターンに
ついての異なる複数の姿勢ど被認識パターンとを同定、
照合する場合、および多数の標準パターンと被認識パタ
ーンどを同定、照合する場合のいずれにも適用可能であ
る。

複数の平行光束によって同一の被認識パターンの複数の
像が得られる。そして、各平行光束が通過する場所にそ
れぞれ異なる標準パターン（同一標準パターンの異なる
姿勢のものも含む）が配置され−Ｃいるから、１回の操
作で多数の標準パータンと被認識パターンとの相関に関
する光信号が１ηられる。このため、標準パターンを逐
一交換する必要も、標準パターンや被認識パターンを回
転さｕ′Ｃ位置合わせづる必要もないから、パターン認
識処理を高速化することができる。またこの発明におい
ては、１つの点光源り目ら複数の平行光束をつくり出し
ているから、光源が１つですみ、構成が簡素となる。

以下、第２図から第７図を参照してこの発明の実施例に
ついて詳述する。

第２図において、パターン認識装置は概略的にみるど、
被認識パターンを記憶するインコヒーレント／コヒーレ
ント画像変換素子＜　ｔ　−ｒ　ｃ　＞（５）、８！込
み用光源（１）を含み、インコヒーレント光によって被
認識パターン（Ｐ）を画像変換素子（５）に書込むため
の出込み用光学系、読出し用コヒーレント光源（１１）
を含み、この光源から複数の点光＃（Ｑ）をつくり出し
、さらにこれらを複数の平行光束に変換し、画像変換素
子（５）の被認識パターンを読み出１読出し用光学系、
それぞれ異なる多数の標準パターン（４２）を有する標
ｔｌｊ体（２３）を含み、読み出された被認識パターン
とのパターン・マツチングによって多数の相関の程度を
表わす光信号を得るための光学系、光電検出器（２５）
および処理回路たとえばマイクロプロセッサ（Ｍｌ）Ｕ
）（２Ｇ）を含み、光信号を光電変換し、その電気信号
によって相関の程度を判定する処理装置、ならびに消去
用光源（３１）を含み、画像変換素子（５）に記録され
ている被認識パターンを消入りる消去用光学系から構成
されている。

被認識パターン（Ｐ）は、具体的には、たとえばプリン
１〜基板のパターンのように何らかの媒体に具現化され
Ｃいるものが多い。書込み用光源（１）どし−（は、た
どえぽ超高圧水銀灯、白色光電球などが使用される。パ
ターン（Ｐ）は光源（１）によって照明され、その反射
光が凸レンズ（３）によって画像変換素子（５）上に結
閣され、書込まれる。読出し用光学系の大凸レンズ（１
７）と画像変換素子（５）との間にはダイクロ１イツク
・ミラー（４）が配置されており、レンズ（３）からの
光束はこのダイクロイック・ミラー（４）によって反射
して画像変換素子（５）Ｊ二に結４ＩＪＩ″ｔＪる。ま
た、光源（１）とパターン（Ｐ）との間には、書込みタ
イミングを決定づ゛るためのシレッタ（２）が設（）ら
れている。第１図は反射形の構成となっているが透過形
の構成どじ、パターン（１〕）からの透過光によってパ
ターンを画像変換素子（５）に書込むようにＪることも
できるのは言うまｌ（，１ない。

続出し用光源（１１）はたとえばＨｅ−Ｎ　Ｏレーザ（
波長６３３ｎｍ）である。このレーザ（１１）から出力
されるコヒーレント光は、小凸レンズ（１３）および大
凸レンズ（１４）からなるビーム・エキスパンダによっ
−Ｃ開口の大きな平行光束に変換される。この平行光束
から多数の小凸レンズ（１Ｇ）によってこれと同数の点
光源（Ｑ）がつくられる。点光源（Ｑ）の数をＮとする
。

小凸レンズ（１６）はすべて同じものである。これらの
小凸レンズ（１Ｇ）は、第３図に示ずように大凸レンズ
（１４）　　（１７）の外周縁で囲まれる領域内におい
て配置されており、かっ＋７いに同一平面内にある。こ
れらのＮ個の点光源（Ｑ）からのコヒーレント光は、大
凸レンズ（１７）によって再び平行光束に変換される。

小凸レンズ（１６）の焦点距離ど大凸レンズ（１７）の
焦点外￥Ｉｉ　Ｇ、ｉとちに［であって等しい。また後
述する大凸レンズ（２２）　、小品１ノンズ（２４）の
焦ＪＤ距離ら「に設定されている。人品しＩンズ（１７
）は、その前側焦１’＋ｉｊ面にＩｊｔｊ光源（Ｑ）が
位置し、後側焦点面に画像変換素子（５）が位置づるよ
うに配置されている。この人品レンズ（１７）によって
つくられたＮの平行光束は、ダイクロイック・ミラー（
４）を経て、いずれも画像変換素子（５）に達し、この
素子（５）に記録されでいるパターンをそれぞれ別々に
読み出す。ダイクロイック・ミラーは、波長の違いによ
って光をほぼ全透過させたり全反射さゼたすするもので
、この実施例ではダイクロイック・ミラー（４）は（ダ
イクロイック・ミラー（３５）についても同じ）、赤色
のｌ−１８−Ｎｏレリ“−光を透過し、青および紫の水
銀灯光を反射する。レーザ（１１）とレンズ゛（１３）
どの間には、読出しタイミンクを決定づるためのシｌ＝
ツタ（１２）が配置されている。また、レンズ’（１４
）とく１Ｇ）との間にＩよ光束を一定方向に直線偏光づ
るための偏光子（１５）が設けられている。

画像変換素子（５）にはたとえば、［３８０結晶（Ｂ！
　ｌ　２　Ｓ！　０２゜：ヒスンス・シリコン・オキナ
イド）、ＢＧＯ結晶（ビスマス・ゲルマニウム・オキナ
イド）、液晶光バルブ（ＬＣＬ＼／）などがある。これ
らの画像変換素子は、特定の波長での光導電性と電気光
学効果とをあわＩ！ｂつ。たどえば［３８０結晶は、青
および紫の水銀月光Ｃは光導電性を示り゛か、赤色のＨ
ｃ−Ｎｅレーザ光では光導電性を示さない。第４図は＋
３　Ｓ　Ｏ画像変換県子の構成を示１．ている。この素
子（５）は、［３Ｓ　Ｏ単結晶（７）の前板を、ｌＪど
えばパリレンのような絶縁体薄膜（８）で覆い、対向す
る２面に透明電極（９）を形成しｌこものである。電極
（９）間には、直流高圧電源（６）によつ−Ｃｔ！！込
み時に２キロ・ボルト程度の電圧が印加される。Ｆ３　
Ｓ　Ｏｉｉ！ｉｉ像変換素子は、＋３　Ｓ　Ｏ結晶の光
導電性を利用して、画像情報（パターンによる光の強度
分布）を＋３　Ｓ　Ｏ結晶の表面イ４近に蓄えられる電
荷分布に変換して記憶する。この電荷分布は、変１１ｉ
！！素子をｎｎい場所に保存するならば、２時間ぐらい
記憶することができる。記憶された画像情報が不要どな
った場合には、変換素子に強い光を照射づることにＪ、
り消去りることができる。

８８０画像変換素子に電荷分布という形態で記録されて
いる画像情報は、ＢＳＯ結晶の電気光学効果を利用して
、一定力向に直線偏光された弱い光によって読出Ｊこと
かで・さる１、Ｉ　Ｗｊ　ｊ図を参照して、ＢＳＯ結晶
（７）内に電界が存在リ−るどこの結晶（７）は複屈折
特性を承り。すなわら、結晶（７）の板面に平行でかつ
互いに直交する２方向（Ｓ方向おにぴ［：方向〉の直線
偏光に対する屈折率が異なる。したがって、結晶（７）
の板面に平行でかっＳ、に方向ども異なる方向に直線偏
光した光、これは偏光子（１５）によっＵ　１５ｆられ
る、が８８０結晶（７）に入射りると、その複屈折特性
によって、結晶（７）を透過した光は楕円偏光どなる。

ＢＳＯ結品結晶）の後方には、偏光子（１５）の偏光方
向と直交する偏光成分を透過させる検光子（２１）が配
置されＣいるので結晶（７）によって楕円偏光された光
はこの検光子（２１）を透過する。検光子（２１）を透
過した光の強度１ｏは、結晶（７）の板表面間の電位差
Ｖに依存し、次式で表わされる。

１ｏ＝ｌｉ　　・ｓｉ＋＋２　（ＫＶ）−Ｉｉ−ｓｉｎ
２（πＶ／２Ｖｌ＋） ここｒ、ＩｉはＢＳＯ結晶（７）の入用光の強度、１く
は定数、ＶｌｌはＢＳＯ結晶（７）の半波長霜月−（３
，９１Ｕ・ボルト）である。

書込み用光源（１）からのインコヒーレンｉ・光による
パターン（Ｐ）のＳＯ３結晶（７）への書込みによって
、パターン（１〕）に対応した電荷分布がＢＳＯ結晶（
７）の板表面イ」近に現われる。この電荷分布によって
ＢＳＯ結晶（７）内には電界分布が生じ、結晶板表面間
に電位差分布が発生する。この電位差分布のパターンは
、１記の式によって、検光子（２１）の出力光の強度分
布に変換されφ。これが、１３　ＳＯ変換素子に記憶さ
れているパターン情報のコヒーシン１〜光による読出し
である。ＢＳＯ変ｊす素子の解像度は、現状では２０１
’Ｉｌ／Ｉｍ程度であるから、その使用面積を５　ｃｍ
ｘ　５　ｃｍどづれは、［３ＳＯ変換素子には１０００
Ｘ１０００の画素による画像記憶が可能である。

標準体（２３）は、第６図に承りように、小凸レンズ（
１６）　　（２４）に対応Ｊる位置に配置されたＮｌ［
！ｉｆの異なる標準パターン（４２）から構成されてい
る。これらの標準パターンは被認識パターンど同形であ
−）でかつ明暗（強度分布）が反転したものである。第
６図においでは、各標準パターンの外形は円形で示され
ているが、もちろん矩形でもよい。まＩご、１つの標準
パターンの姿勢の異なるものを配列してこれを標準体と
してもよい。

第２図にｄ３いて、大凸レンズ（２２）はその前側焦点
面に画像変換素子（５）が位置するように配置され−Ｃ
いる。画像変換素子（５）と大凸レンズ（２２）との間
には、十）ホの検光子（２１）、おＪ、びビーム・スプ
リッタ（３５）が設りられている。大凸レンズ（２２）
の後方にはその後側焦点面を前側焦点面どするＮ個の小
凸レンズ（２４）が小凸レンズ（１６）と同じ配置（第
３図参照）で設りられている。小凸レンズ（２４）ｃ、
ｉｚｊいに同じものである。上述のようにＮの平行光束
によって画像変換素子（５）から別個に読出されノど被
認識パターンは大凸レンズ（２２）によってそれぞれ別
個にフーリエ変換され、さらに小凸レンズ（２４）によ
ってフーリエ逆変換される。

これにより、各小凸レンズ（２４）の後方には、被５Σ
識パターン情報をＳんたＮの平ｔｊ光東がｉ：１られる
。

小凸レンズ（２４）の後方には標準体（２３）が配置さ
れている。したがって、被認識パターン情報を含／υだ
平行光束はぞれぞれ、標１４を体（２３）の’Ａなる標
準パターン（４２）によってパターン・マツチング処理
される。−１ｉホしたＪうに、被５Σ識パターンと一致
する標準パターンを通過づる光の光ｍが最低値（零の場
合もある）を示し、一致しない標準パターンを通過する
光の光量は相関の程度に依存する。光電検出器（２５）
は、標準パターン（４２）に対応Ｊ−る位置にＮ個の相
互に独立な検知エリヤをもっており、各検知エリＡ７に
おい′Ｃ枠準パターン（４２）を透過した光の光電が検
出される。光電検出器（２５）の各エリ穐７の検出（ｆ
ｆｉ　舅ＬＪ、　Ｍ　Ｐ　Ｕ　（２Ｇ　）　ｋ−送６　
レル。ＭＰ　Ｕ　（２［３）　（’−は、入力づる検出
信号の検出レベルによつ（、たとえば入力検出１３号を
適当なスレシホールド値によって２１ＩｌＩ化すること
によって、どの標準パターンが被認識パターンと一致す
るかが判定される。

第２図にＪ３いで、消去用光源（３１）はたとえば水銀
幻である。消去用の光は、シャッタ（３２）が聞かれＩ
こときに、凸レンズ（３３）　　（３４）によって拡大
され、夕、イクロイック・ミラー（３５）によって反射
されて、画像変換素子（５）に照射される。これによっ
（画像変換素子（５）に記憶されていたパターンが消去
される。

第７図は、第２図に示すパターン認識装置の制御タンミ
ングを示している。まず、被認識パターン（Ｐ）を所定
位置に搬入して停止さける。

次に書込み用シャッタ（２）を開くとどもに、画像変１
η素子（５）に所定電圧を印加して、パターン（Ｐ）を
画像変換素子（５）に書込む。

この後、シャッタ（２）を閉じ、素子（５）へ印加電圧
を最も鮮明な像が１イられる適当な値に設定し、読出し
用シＩ７ツタ（１２）を開いて、複数のコヒーレント光
によって素子（５）のパターンを読出ず。この読出しに
よって、被認識パターンと多数の標準パターンどの相関
光信月が１ｑられる。パターンの書込みが終了り−れば
、パターン（Ｐ）を搬出してもよい。そして最後に、消
去用シャッタ（３２）が開かれることにより、画像変換
素子（５）に記憶されているパターンが消去される。

上記実施例にＪ３いでは、被認識パターンが一旦画像変
換素子に記憶されているが、被認識パターンの透過体を
画像変換素子の位置に直接搬入するＪ：うに構成するこ
とも可能である。この場合には、偏光子（１５）、画像
変換素７−　（５）、検光子（２１＞　、書込み用光学
系および消去用光学系は不要どなる。

まｌご複数の標準パターンをもつ標準体を、鎖線（２３
Ａ　）で示すように、偏光子（１５）　　（または大凸
レンズ（１４）　）と小凸レンズ（１６）との間に配置
しでもよい。この場合には、大凸レンズ（２２）の後側
焦点面に光電検出器（２５）を配置してもにい。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来例を示す構成図、第２図はこの発明の実施
例を示Ｊ配置構成図、第３図は複数の小凸レンズの配置
を示り正面図、第４図は８８０画像変換素子の構成図、
第５図は８８０画像変換素子からのパターンの読出しの
原理を承り図、第６図は標準体の構成を示す正面図、第
７図は制御手順を示づタイム・ヂト一トである。 （５）−＝＝画像変換素子、（１１）　・１−１ｅ　−
Ｎｃレーリ゛、（１３）　　（１４）・・・ビーｌ＼・
−Ｌキスパンタ、（１５）・・・偏光子、（１６）　　
（２４）・・・小凸レンズ、（１７）　　（２２）・・
・人品レンス′、（２１）・・・検光子、（２３）・・
・標準体、（２５）・・・光電検出器、（２６）・・・
マイクロプロセッナ、（４２）・・・標準パターン。 第３図 第４図 ら ５３０− 第６図 ム９ 第７図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）１つの点光源、 この点光源からの光の間口を拡大するビーム・エキスパ
   ンク、 拡大された平行光束を複数の場所に別々に収束さゼ複数
   の点光源を形成する複数の第１の凸レンズ、 その前側焦点面に各点光源が位置りるように配置され、
   各点光源からの光をそれぞれ平　（行光束に変換し、か
   つこれらの平行光束を交叉させてこの交叉部分にＪ３い
   （被認識パターンが各平行光束内に含まれるＪ、うにり
   る第２　（の凸レンズ゛、 被認識パターンからの各平行光束を別個に導く光学系、 平行光束を遮る位置に配置され、各平行光束が通過づる
   場所にそれぞれ異なる標準パターンを右する標準体、 光学系によって導かれた、標準パターンＪ３よひ被認識
   パターンの画情報を含む各光束を検出づる光電検出器、
   ならびに 光電検出器の出力信号にもとづいて両パターンの相関の
   程度を判定する手段、 からなるパターン認識装置。 ２）複数の平行光束の交叉部分に、被認識パターンの透
   過体が配置される、特許請求の範囲第（１）項記載のパ
   ターン認識装置。 ３）複数の平行光束の交叉部分に配置された画像変換素
   子、この画像変換素子に被認識バタ−ンを書込む書込み
   用光学系、およびＮｉｌ像変換素子に記憶された被認識
   パターンを消去する消去用光学系を備え、複数の平行光
   束によって画像変換素子の被認識パターンが読み出され
   る、特許請求の範囲第（１）項記載のパターン認識装置
   。