JPS6052821A - 空間周波数を有するパターンの検出装置 - 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】 （技術分野） この発明は、入力画像に含まれる水平方向の調整可能な
特定周期の空間的周期性を検出し、その位置を示す画像
を構成し表示する画像の空間周波数検出装置に関するも
のである。

（従来技術） 従来より、テレビカメラで画像を入力し、電気光学的手
法を用いた空間的実時間相関演算処理を行なって、前記
画像の水平走査方向相関画像を得、これを受像器画面上
に表示する画像相関装置がざる。このような装置では、
相関演算に使用する２つの信号が共にテレビ画像映像信
号等の被演算処理信号でおるため、相関出力画像を検出
しても、テレビ画像に含まれる空間周波数成分の検出は
困難でおる。すなわち、自己相関出力画像では、入力画
像の周期性が検出できるだけであり、相互相関出力画像
においても特定対象信号に対する類似ナライザ（特願昭
５５−１８３８１０）では、水平方向に検出した空間周
波数を示し、垂直方向にその垂直方向における位置を示
した空間周波数ス゛ベクトル画像を表示する事ができる
。しかし、この装置では検出した空間周波数成分の水平
方向における位置を表示しないため、検出した空間周波
数成分の２次元的位置を確定することができない。さら
Ｋ。

入力画像を１回水平走査して得られる映像信号かである
ので、画像入力用撮像装置の水平走査速度に比べ出力画
像の水平走査速度が著しく遅くなってしまう。この問題
は、出力画像の分解能を上げるため画像中の輝点数を多
くするとさらに顕著になり、結果として一出力画像を構
成する時間がより長くなる。つまり、分解能と処理速度
は相反しその上限は画像入力用撮像装置の水平走査速度
でおさえられてしまう。従つて、高い分解能を散水され
る用途や高速移動物体等の映像全体を実時間で処理する
用途に用いるには、水平走査速度の非常に高い高価な画
像入力用撮像装置を必要とする。

さらにまた１、入力画像中に含まれる成る特定周期の空
間的周期性のみに着目してその周波数のみ検出する用途
に用いるには、水平方向に検出したすべての周波数を表
示する方式の出力画像は、かえって分析しにくいという
問題がある。

（本発明の目的） 本発明は、以上に述べたような従来の画像相関装置を改
良し、相関演算を応用して入力画像中に含まれる水平方
向の調整可能な成る特定周期の空間的周期性を検出し、
その水平・垂直両方向の位置を示す画像を構成し、さら
に入力画像の水平走査速度と同じ水平走査で出力画像を
表示する画像の空間周波数検出装置を提供することであ
る。

（本発明の要旨） このため、本発明では実時間で電気信号の相関演算が可
能な、超音波光変調器とフーリエ変換光学系を用いた音
響光学的相関器または同等の機能を有する相関器を使用
し、相関器に入力する２つの信号のうち一方を検出すべ
き空間周波数に対応する外部より調整可能な特定の時間
的周波数を有する参照信号とし、他方を入力信号を一方
向水平走査して得られる映像信号とし、これら２信号の
相互相関演算の出力信号を、画像入力用撮像装置の水平
・垂直掃引することにより、入力画像中に含まれる特定
周期の水平方向空間周波数の検出された位置を表示する
画像を構成し出力している。

（本発明の構成） 本発明の詳細な説明するにあた９、まず、超音波光変調
器とフーリエ変換光学系を用いた音響光学的相関器の構
成と動作について説明を加える。

第１図は本発明の画像の空間周波数検出装置の実施例に
おける構成図である。同図において６は音響光学的相関
器または同等の機能を有する相関器である。

この音響光学的相関器において、相関演算を行うべき２
つの電気信号は、一対の振幅変調可能な正弦波発振器８
，９に外部変調信号として加えられる。前記発振器の発
振周波数は、一対の超音波光変調器１２．１３内に配置
されている超音波振動子の共振周波数でちる。前記一対
の発振器から出力された正弦波は一対の増幅器１０．１
１で適当な電力増幅をうけ、前記超音波振動子に加えら
れ、前記一対の超音波光変調器内に２つの空間的超音波
信号を形成する。この２つの超音波信号は超音波光変調
器内を音速度で伝搬する。つぎに、これ１ら２つの超音
波信号が７−リエ変換光学系１４によって実時間で相関
演算される動作原理について述べる。変換光学系の光源
はレーデ−１５であ夛、ここより発射されたレーザー光
線は、レンズによってその光束幅が拡大され、前記一対
の超音波光変調器内での光束は前記２つの超音波信号を
直角に横切り位相変調をうける。この位相変調をうけた
光を再びレンズで収束させると、レンズ焦点面に数個の
回折光輝点を生ずる。これら回折光輝点のうち、前記一
対の超音波変調器内の２つの超音波信号を横切ることに
よって２度回折した結果の輝点のみを空間的光強度フィ
ルタ１６で検出し、その光量全光電変換装置１７で光電
変換し増幅して電流値Ｉ　（ｔ）を検出する。この場合
、前記一対の超音波光変調器内の２°つの超音波信号に
よる空間的位相ノぐターンの包絡線をＵ、←）　＝　Ｕ
ｚ（−Ｘ）とすれば、レイリーの定理により次式の成立
すること−が知られている。ただし、Ｕｚ（−ｘ）の（
−）符号は前記超音波振動子に加える超音波信号の包絡
線時間波形Ｕ　１（ｔ）−Ｕｚ　（ｔ）を前記超音波光
変調器内の空間波形に変換する際、前＝１超音波振動子
が互いに向φ合う形で配置されているため、同一の空間
軸Ｘを使用すると空間位置が反対になることを表わして
いる。

ココで、：ｌ；　（Ｕ＋　（ｘ）　Ｕｚ（−ｘ　）　）
は超音波信号包絡線Ｕ、←）、Ｕｚ（−Ｘ）のフーリエ
変換を示し、αはフーリエ変換面上で時間軸Ｘと平行な
空間軸を表わす。

（１）式の右辺はＵ１←）と０２（−ｘ）との積をフー
リエ変換した光学像の全光量すなわち、前記空間光強度
フィルタを通過した光量を示すものでありて、前記光電
変換器の出力電流Ｉ　（ｔ）に比例する。また、超音波
信号包絡線Ｕ＋（Ｘ）　、Ｕｚ　（−ｘ　）は前記超音
波光変調器内を互いに逆方向に超音波速度Ｖで移動して
いることを考慮すれば、（１）式よシ次式が導びかれる
。

Ｑ）式においてｄは光束の幅を表わす。Ｑ）式によって
、光電変換器出力電流Ｃ（ｔ）は超音波信号包絡線Ｕ、
（ｔ）　−Ｕｚ　（ｔ）のおのおのの自乗値重畳積分の
演算結果を示すことがわかる。ただしく２）式で示され
る自乗値重畳積分は一般的な形式とは異なり、　Ｕｌ　
（ｔ）　。

Ｕｚ（ｔ）がともに移動（遅延）する形式ある。なお、
Ｕｚ（ｔ）が連続正弦波の様に周期的で、かつ、対象性
を有する場合には、 Ｕｚ　（ｔ）＝　Ｕｚ（−ｔ　）　・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・（６）と考え、（２）式は となり、Ｕ＋　（ｔ）とＵｚ　（ｔ）の自乗値相互相関
演算を表わす。

つま夛、光学系内での２信号の重ね合せが積演算で表わ
され、レンズによる収束作用は積分演算で表わされて、
超音波光変調器とフーリエ変換光学系を用いた音響光学
的相関器内で実時間の相互相関演算が行われるので、そ
の出力信号は（４）式に示した相関出力となる。

ここで、Ｕｚ（ｔ）として連続正弦波や矩形波のように
周期的で対称性を有する波形を用い、その周波数を外部
からの調整により適宜設定された特定の値ｆとし、Ｕ＋
　（ｔ）として被測定信号たる映像信号を用いれば、出
力信号Ｃ（ｔ）はＵｌ　（ｔ）に含まれる時間的周波数
ｆの成分の多少に応じた振幅を有する相関出力となる。

したがりて、相関出力Ｃ（ｔ）の振幅により、映像信号
中に含まれる特定の時間的周波数が検出できる。

次に、本発明の構成全体について説明する。

第１図に示した本発明の画像空間周波数検出装置の実施
例における構成図について、その構成を説明する。

第１図において、６は超音波光変調器とフーリエ変換光
学系を用いた音響光学的相関器または同等の機能を有す
る相関器であり、前述の動作原理により入力２信号の自
乗値相互相関演算を実時間で実行する。撮像装置２によ
りて得られた入力画像１の映像信号は、水平・垂直同期
パルスを取り去る同期／４ルス分離回路３を経て、信号
振幅の自乗圧縮を行う自乗圧縮回路４に送られ、その出
力が一方の入力信号として相関器６に加えられる。

すなわち、同期ノ臂ルス除去後の映像信号をｂ　（ｘ）
とすれば、前記自乗圧縮回路の出力信号はｆｆｉとなる
。図中５の参照信号発生装置は、外部からの調整により
適宜設定された特定の周波数ｆを有する連続正弦波また
は矩形波などの周期的で対称性を有する波形の参照信号
を発生し、他方の入力信号として相関器乙に入力する。

相関器の出力信号Ｃ（ｔ）は、前述の通り、映像信号ｈ
（ｔ）に含まれる時間的周波数ｆの成分の多少を表わす
振幅を有しており、前記撮像装置から出力される水平・
垂直掃引信号とともに、出力画像表示器７に入力されて
、周波数ｆの成分が検出された位置を示す画像を構成し
、表示する。

（本発明の動作原理） 次に本発明の動作原理を、図を用いて説明する。

第２図は、本発明の実施例の動作を示す代表的な入力画
像と出力画像の図であり、実施例の動作実験の結果にも
とづいて作図したものである。図中ａ）は成る入力画ｇ
Ａを示し、その上部および右下部には水平方向空間周波
数Ａを有する映像があり、中央左部にはより小さい水平
方向空間周波数Ａ′をれろ水平方向空間周波数Ａを検出
し、その位置を示した出力画像である。入力画像中の空
間周波数Ａを有する部分を撮像装置が走査する時の映像
信号の時間的周波数ｆは、撮像装置の走査速度をＳとす
ると、（最大のように表わされる。

Ｓ・ ｆ＝−・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・　（５）従りて参照信号発生装置の周波数をｆに設定
する事により、相関出力Ｃ（ｔ）は映像４６号中の時間
的周波数ｆを検出する。これは、すなわち入力画イ象中
の空間周波数人を検出した事でちる。この相関出力ｃ　
（ｇを、入力画像ａ）と同じ水子〇垂直掃引信号で掃引
する事により出力画像ｂ）が得られる。画像中上部およ
び右下部を掃引する時、ｃ　（ｇは壁間周波数Ａを検出
して大きな振幅を有するので、出力画像に縞状の映像が
生じている。しかし、画像の他の部分では、空間周波数
人が検出されず、映像が生じていない。図中ｃ′）は、
水平方向空間周波数Ｌ数Ａ′を検出し；時の出力画像を
示して−る。この時周波数の検出された中央左部のみに
縞状の映像が生じている。

（本発明の効果） 本発明は、以上のような構成であるから、これを使用す
れば、入力画像中に含まれる任意の周期の水平方向空間
周波数を実時間で検出し、その２次元的位置を表示する
ことができる。なお、入力画像の水平・垂直掃引と同じ
速度で、出力画像も掃引してしるので、移動物体の映像
を処理したりまた一定時間に多数の静止画像を処理する
のに適している。前述した従来の画像空間周波数アナラ
イザのように高速掃引の撮像装置を要しない。

本発明では、検出すべき空間周波数を固定して用いる事
もできるし、出力画像を観察しながらダイヤルなどで検
出すべき空間周波数を適宜調整しながら用いる事もでき
、さらに検出すべき空間周波数を時間的に掃引する事に
より時間軸に周波数を対応させた３次元スペクトルアナ
ライザとも呼べる方式の表示に応用する事もでき、非常
に広範囲の用途に用いることができる。

撮像装置を固定して使用すれば、入力画像中１ｃ含まれ
る空間周波数の絶対測定も可能であり、この場合撮像装
置のレンズ系による画像の拡大、縮小効果を利用すれば
、より精度の高い測定も可能である。さらに入力すべき
映像信号は撮像装置により直接に得られた信号に限らず
、ビデオチーブ等の収録映像信号も使用できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示す図、第２図は入力画１永
と出力画像を示す図である。 １は入力画像、２は撮像装置、６は同期／ｆルス分離回
路、４は自乗圧縮回路、５は参照イｄ４＋発生装置、６
は相関器、７は出力画像表示器、８，９は正弦波発振器
、　１０　、１１は増幅器、１２　、１３は超音波光変
調器、１４はフーリエ変換光学−系、１５はレーザー、
１６は光検出フィルタ、１７は光電変倶装随を吸す。 代理人　弁理士　小　池　圃太部

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）入力画像（１）中の特定の水平方向空間周波数の
   みを抽出して表示するための画像空間周波数検出装置で
   ありて：前記入力画像を一方向水平走査して得られる複
   合映像信号を出力する撮像装置（２）と：該複合映像信
   号より水平・垂直同期パルスを取り去る同期パルス分離
   回路（６）と：該分離回路の出力信号全自乗圧縮する自
   乗圧縮回路（４）と：外部よシ調整可能の特定の周波数
   の参照信号を発生する参照信号発生装置（５）と：該自
   乗圧縮回路の出力信号と該参照信号とを受領して相互相
   関信号を出力する相関器（６）と：該撮像装置よ多出力
   される水子〇垂直掃引信号および該相関器よ多出力され
   る相互相関信号を受領して、参照信号の周波数に応じた
   特定の水平方向空間周波数のみを抽出した画像を構成し
   表示する出力画像表示器（７）とを備えたことを特徴と
   する画像の空間周波数検出装置。
2. （２）前記相関器（６）が、一対の振幅変調可能な正弦
   波発振器（８，９）と：弦正弦波発振器の出力信号を入
   力信号とする広帯域増幅器（１０，１１）と：該増幅器
   の出力信号を入力信号とし、超音波伝搬方向が互いに逆
   向きである一対の超音波光変調器（１２，１３）ｔ−有
   するフーリエ変換光学系（１４）と：該光学系の光源で
   ゛あるレーザー（１５）と：該光学系の出力光を検出す
   る光検出フィルタ（１６）と：該出力光を光電変換し、
   増幅する光電変換装置（１７）で構成される音響光学的
   相関器であることを特徴とする特許請求の範囲第１項記
   載の画像の空６間周波数検出装置。