JP2850263B2 - Optical image processing device - Google Patents
Optical image processing deviceInfo
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Description
【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、1次元或は2次元画像についての論理演
算、特に光誘起屈折率効果(Photorefractive効果、PR
効果)を有するPR結晶を利用してNAND、NOT、NOR等の論
理演算、しきい値処理などを純光学的に行なう光学的画
像演算装置に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Industrial Application Field] The present invention relates to a logical operation on a one-dimensional or two-dimensional image, in particular, a photo-induced refractive index effect (Photorefractive effect, PR
The present invention relates to an optical image processing apparatus that performs logical operations such as NAND, NOT, and NOR, threshold processing, and the like on a pure optical basis using a PR crystal having the above-described effect.
[従来の技術] 従来より、2次元画像の論理演算を電子計算機による
処理よりも高速に行なう目的で、光双安定性(Optical
Bistability)を利用した光双安定素子(Bistable O
ptical Device)を2次元のアレイ状に形成したものを
用いることが提案されている。[Prior Art] Conventionally, optical bistability (Optical Bistability) has been used for the purpose of performing a logical operation on a two-dimensional image at a higher speed than processing by an electronic computer.
Optical bistable device (Bistable O using Bistability)
ptical devices) in a two-dimensional array.
こうした光双安定素子においては、1対の平行平板状
のファブリ・ペロー共振器とその中に非線形屈折率効果
を有する媒質を含む構成により、光入力に対して非線形
な光出力応答特性を得ている。In such an optical bistable element, a configuration including a pair of parallel-plate-shaped Fabry-Perot resonators and a medium having a nonlinear refractive index effect therein provides a nonlinear optical output response characteristic with respect to optical input. I have.
そこで、上記光双安定素子で画像間の論理演算を行な
う為には、大きな3次非線形光学効果を有する多重量子
井戸構造の半導体(例えばGaAs(井戸)/AlGaAs(バリ
ア))のエキシトン共鳴吸収線を用いたり、ZnS等の熱
による屈折率変化の効果を用いて、それらの媒質と高フ
ィネス(finesse)のファブリ・ペロー共振器とを組み
合わせた構成にすることが必要条件となっている。Therefore, in order to perform a logical operation between images using the optical bistable element, an exciton resonance absorption line of a semiconductor having a multiple quantum well structure (for example, GaAs (well) / AlGaAs (barrier)) having a large third-order nonlinear optical effect is used. It is a necessary condition to combine such a medium with a Fabry-Perot resonator having a high finesse (finesse) by using the effect of refractive index change due to heat such as ZnS.
[発明が解決しようとする課題] しかしながら、上記の如き構成では以下のような問題
点がある。[Problems to be Solved by the Invention] However, the above configuration has the following problems.
(1)共振波長が使用波長に十分接近すると共振器内の
光強度が急速に増加し、共振状態にジャンプし透過光が
急増するなどの構成になっているので、入力光の時間的
高コヒーレンス性が要求されると共に使用波長の変動を
最小限に抑えなければならない。(1) When the resonance wavelength is sufficiently close to the used wavelength, the light intensity in the resonator rapidly increases, jumps to the resonance state, and the transmitted light rapidly increases. Therefore, the temporally high coherence of the input light is increased. And the variation of the wavelength used must be minimized.
(2)2次元的に均質な特性を有する素子が要求される
が、その作成が困難である。(2) An element having two-dimensionally uniform characteristics is required, but its production is difficult.
(3)外乱(特に温度)の影響を受け易い。(3) It is easily affected by disturbance (particularly temperature).
(4)入力光強度の増加による共振器内の媒質の屈折率
変化などを利用するので、入力光の強度を十分大きくす
る必要がある。(4) Since a change in the refractive index of the medium in the resonator due to an increase in the intensity of the input light is used, it is necessary to sufficiently increase the intensity of the input light.
そこで、本発明の目的は、上記の課題に鑑み、入力光
の時間的高コヒーレンス性の要求及び使用波長の変動幅
の制限を最小限に抑えることができ、外乱の影響を受け
にくく、低光強度においても入力画像の論理演算を良好
に行なうことのできる光学的画像演算装置を提供するこ
とにある。In view of the above problems, it is an object of the present invention to minimize the requirement for the temporally high coherence of input light and the limitation of the fluctuation range of the used wavelength, to be less susceptible to disturbance, and to reduce the An object of the present invention is to provide an optical image operation device capable of performing a logical operation of an input image satisfactorily even in intensity.
[課題を解決する為の手段] 上記目的を達成する本発明においては、光誘起屈折率
結果(PR結晶)とこれと対向的に設けられた位相共役鏡
とを有する共振器が配設され、このPR結晶に入射する画
像の光強度に応じてPR結晶の光学的特性を変化させるこ
とで共振器のしきい値を変化させて画像の論理演算を行
なっている。[Means for Solving the Problems] In the present invention for achieving the above object, a resonator having a photo-induced refractive index result (PR crystal) and a phase conjugate mirror provided opposite thereto is provided, By changing the optical characteristics of the PR crystal according to the light intensity of the image incident on the PR crystal, the threshold value of the resonator is changed to perform the logical operation of the image.
本発明では、PR結晶に対向して入射する2光束間のPR
結晶中でのエネルギー結合によるPR結晶の非相反的反射
・透過特性が用いられ、より具体的には、外部からPR結
晶中への入射光とPR結晶を透過して位相共役鏡より反射
された光束とのPR結晶中での2波結合による非相反的反
射・透過特性を用いて共振器を発振状態にする。この
時、PR結晶に独立に入射する画像情報を有する光束によ
りPR結晶での2波結合の強さを制御することにより、発
振状態を制御して入力画像の論理演算を行なう。In the present invention, the PR between two light beams incident opposite to the PR crystal
The non-reciprocal reflection and transmission characteristics of the PR crystal due to energy coupling in the crystal were used, and more specifically, the incident light from the outside into the PR crystal and transmitted through the PR crystal and reflected from the phase conjugate mirror The resonator is oscillated by using non-reciprocal reflection / transmission characteristics by two-wave coupling with the light beam in the PR crystal. At this time, by controlling the intensity of the two-wave coupling in the PR crystal by a light beam having image information which is independently incident on the PR crystal, the oscillation state is controlled and the logical operation of the input image is performed.
上記PR効果を利用することにより、数mWの低パワーで
非共鳴的に上記の2波結合効果の様な非線形光学効果を
効率よく得ることが出来る(PR効果については、例えば
G.C.Valley and M.B.Klein,Opt.Eng.22,704(1983)
に述べられている)。By using the PR effect, a non-linear optical effect such as the two-wave coupling effect can be efficiently obtained nonresonantly at a low power of several mW (for the PR effect, for example,
GCValley and MBKlein, Opt. Eng. 22, 704 (1983)
Is described in).
[実施例] 第1図は本発明の1実施例を示す概略図である。同図
において、1波PR効果を有するBaTiO3、SBN、BSO、GaAs
等のPR結晶すなわち光誘起屈折率結晶(Photorefractiv
e crystal)、2は位相共役鏡であり、4波混合を実現
する為に外部よりポンプ光3、3′が供給されて位相共
役鏡2の反射率は100%以上になる様に設計されてい
る。位相共役鏡2は非線型光学材料で構成されるが、そ
の材料としてはPR結晶に限らず他の非線型光学材料(例
えば、有機材料)などであってもよい。また、4はPR結
晶1に入射するプローブ光束、5、8、11、13はビーム
スプリッター、ハーフミラー等の光分割手段、6、7は
PR結晶1に感度のあるインコヒーレント光で照射された
1次元又は2次元の入力画像、9は入力画像6、7をPR
結晶1に結像する為のレンズ、10は光束を位相共役鏡2
へ集光する為のレンズ、12、14は出力面、15は偏向板で
ある。この際、入射光束4はPR結晶1でPR効果を誘起
し、更に位相共役鏡2で位相共役波を発生する様な波長
を有するものとする。また、PR結晶1の結晶方位は以下
に述べるPR結晶中での2波結合による非相反的な2光束
間のエネルギー結合効果が得られる様に配置されてい
る。Embodiment FIG. 1 is a schematic view showing one embodiment of the present invention. In the same figure, BaTiO 3 , SBN, BSO, GaAs having one-wave PR effect
PR crystals, such as photo-induced refractive index crystals (Photorefractiv
e crystal), 2 is a phase conjugate mirror, which is designed so that the reflectivity of the phase conjugate mirror 2 is 100% or more by supplying pump light 3, 3 'from outside to realize four-wave mixing. I have. The phase conjugate mirror 2 is made of a non-linear optical material, but the material is not limited to a PR crystal and may be another non-linear optical material (for example, an organic material). Further, 4 is a probe light beam incident on the PR crystal 1, 5, 8, 11, and 13 are light splitting means such as a beam splitter and a half mirror.
One-dimensional or two-dimensional input image of PR crystal 1 irradiated with sensitive incoherent light, 9 is PR of input images 6 and 7
A lens 10 for forming an image on the crystal 1, and a light beam 10 is a phase conjugate mirror 2.
Reference numerals 12 and 14 denote output surfaces, and 15 denotes a deflecting plate. At this time, it is assumed that the incident light beam 4 has such a wavelength that the PR crystal 1 induces a PR effect and the phase conjugate mirror 2 generates a phase conjugate wave. The crystal orientation of the PR crystal 1 is arranged such that an energy coupling effect between two non-reciprocal light beams due to two-wave coupling in the PR crystal can be obtained.
ここで、第2図に拠って、2波結合の光学的作用を説
明する。Here, the optical action of the two-wave coupling will be described with reference to FIG.
同図において、21、22は互いにコヒーレントな入力
光、23、24はそれらの反射光、25は干渉縞のパターン、
26はPR効果により形成された屈折率格子パターンであ
る。今、等しい光強度の光束21、22がPR結晶1に入射し
たとき、この入射光束21、22によってPR結晶1中に形成
される干渉縞25がPR効果により屈折率格子26(屈折率変
化のパターン)を誘起する。この際、PR結晶1に依存す
る結晶軸方向と入力光束21、22の偏向方位が適当な配置
にある時には、屈折率格子26によって入射光束21、22が
ブラッグ(Bragg)反射を受ける。この際、干渉縞25とP
R効果による屈折率格子26との空間的位置(あるいは位
相)は一般には一致しない。その為に、例えば、入射光
束21(又は22)のブラッグ反射光と入射光束22(又は2
1)の透過光とが同位相(又は逆位相)で重なり合うの
で、2光束21、21間のエネルギーの交換が行なわれるこ
とになる。その結果、反射光束23が増幅されて増幅光と
なり、反射光束24が減衰されて減衰光となる。In the figure, 21 and 22 are mutually coherent input lights, 23 and 24 are their reflected lights, 25 is a pattern of interference fringes,
26 is a refractive index grating pattern formed by the PR effect. Now, when the light beams 21 and 22 having the same light intensity enter the PR crystal 1, the interference fringes 25 formed in the PR crystal 1 by the incident light beams 21 and 22 cause the PR effect to cause a refractive index grating 26 (a change in the refractive index). Pattern). At this time, when the crystal axis direction depending on the PR crystal 1 and the deflection azimuths of the input light beams 21 and 22 are appropriately arranged, the incident light beams 21 and 22 are subjected to Bragg reflection by the refractive index grating 26. At this time, interference fringe 25 and P
The spatial position (or phase) with the refractive index grating 26 due to the R effect generally does not match. For this purpose, for example, the Bragg reflected light of the incident light beam 21 (or 22) and the incident light beam 22 (or
Since the transmitted light of 1) overlaps with the same phase (or opposite phase), the energy exchange between the two light fluxes 21 is performed. As a result, the reflected light flux 23 is amplified to become amplified light, and the reflected light flux 24 is attenuated to become attenuated light.
この場合の増幅光の方向は、PR結晶1の結晶軸方位に
依存する。例えば、BaTiO3を用いた場合で、入射光束2
1、22と平行に(第2図左右方向)PR結晶1のc軸が配
置されているとすると、増幅される光束は+c軸方向に
反射する光束で、−c軸方向に反射する光束は減衰光と
なる。The direction of the amplified light in this case depends on the crystal axis orientation of the PR crystal 1. For example, when BaTiO 3 is used, the incident light flux 2
Assuming that the c-axis of the PR crystal 1 is arranged parallel to the directions 1 and 22 (the left-right direction in FIG. 2), the light beam to be amplified is a light beam reflected in the + c-axis direction, and a light beam reflected in the −c-axis direction is It becomes an attenuated light.
以上の如き現象が2波結合であり、この現象について
は、論文Optics Communications 50 146(1984)及
び Optics Letters 10 187(1985)に、実験結果と
共に詳細に記述されている。The above phenomenon is two-wave coupling, and this phenomenon is described in detail in the papers Optics Communications 50 146 (1984) and Optics Letters 10 187 (1985) together with experimental results.
ここで第1図に戻り、本実施例の作用を説明する。直
線偏光した入射光束4が光分割手段13、15を経てPR結晶
1に入射しこれを透過後、この入射光束4の偏光方位と
同様の方位の偏光板15とレンズ10を介して位相共役鏡2
に入射する。このとき、位相共役鏡2中での4波混合に
より入射光束4の時間反転波(位相共役波)が発生され
る。この位相共役波は再びPR結晶1に入射するが、PR結
晶1の結晶方位を上述の2波結合によってこの位相共役
波が強く反射される様に配置すると(このとき、PR結晶
1の第1図右側から入射する入射光束4が第2図の互い
にコヒーレントな入力光21、22の一方に相当し、この位
相共役波が入力光21、22の他方に相当する)、上記PR効
果によりPR結晶1から強く反射された位相共役光は再び
位相共役鏡2に戻ることになる。Returning to FIG. 1, the operation of the present embodiment will be described. The linearly polarized incident light beam 4 is incident on the PR crystal 1 via the light splitting means 13 and 15 and transmitted therethrough. After that, the phase conjugate mirror passes through the polarizing plate 15 and the lens 10 having the same orientation as the polarization direction of the incident light beam 4. 2
Incident on. At this time, a time-reversed wave (phase conjugate wave) of the incident light beam 4 is generated by four-wave mixing in the phase conjugate mirror 2. This phase conjugate wave is incident on the PR crystal 1 again. However, if the crystal orientation of the PR crystal 1 is arranged such that the phase conjugate wave is strongly reflected by the two-wave coupling (at this time, the first The incident light beam 4 incident from the right side of the figure corresponds to one of the mutually coherent input lights 21 and 22 in FIG. 2, and this phase conjugate wave corresponds to the other of the input lights 21 and 22). The phase conjugate light strongly reflected from 1 returns to the phase conjugate mirror 2 again.
この様な過程が繰り返されて、定常状態ではPR結晶1
と位相共役鏡2との間で構成された共振器による発振が
起こることになる。この場合、発振に必要な条件として
振幅条件と位相条件とがあるが、振幅条件として、位相
共役鏡2での位相共役反射率が1(100%)よりも大き
くなる様にして共振器の1廻りの光路での損失をゲイン
が上回る様にする必要がある。This process is repeated, and in the steady state, the PR crystal 1
Oscillation occurs due to the resonator formed between the phase conjugate mirror 2 and the phase conjugate mirror 2. In this case, there are an amplitude condition and a phase condition as conditions necessary for oscillation. The amplitude condition is such that the phase conjugate reflectance of the phase conjugate mirror 2 becomes larger than 1 (100%). It is necessary that the gain exceeds the loss in the surrounding optical path.
一方、位相条件として、共振器の1廻りの光路での位
相が2πの整数倍でなければならないが、本発明では共
振器の一方の鏡として位相共役鏡2を用いている為、共
振器長に係わらず位相条件は自動的に満足される。更
に、本発明では共振器の一方の鏡に位相共役鏡2を用い
ている為に、任意の空間パターンが共振器横モードとし
て発振可能となる。On the other hand, as a phase condition, the phase in one optical path of the resonator must be an integral multiple of 2π, but in the present invention, since the phase conjugate mirror 2 is used as one mirror of the resonator, the resonator length Regardless, the phase condition is automatically satisfied. Further, in the present invention, since the phase conjugate mirror 2 is used as one of the mirrors of the resonator, an arbitrary spatial pattern can oscillate as a resonator transverse mode.
上述の共振器での振幅条件については、共振器の1廻
りの損失をL、PR結晶1での2波結合の相互作用長を
z、PR結晶1での2波結合によるゲイン係数をΓ、位相
共役鏡2での位相共役反射率をRとすると、次式の関係
が成立する。As for the amplitude condition in the above-described resonator, the loss around the resonator is L, the interaction length of the two-wave coupling in the PR crystal 1 is z, the gain coefficient due to the two-wave coupling in the PR crystal 1 is Γ, Assuming that the phase conjugate reflectance at the phase conjugate mirror 2 is R, the following relationship is established.
Γz≧−1nR(1−L) ・・・・(1) (1)式において、ゲイン係数Γは、PR結晶1にインコ
ヒーレントな光束が同時に照射された場合には、次式で
表わされる。Γz ≧ −1 nR (1−L) (1) In the equation (1), when the PR crystal 1 is irradiated with an incoherent light beam at the same time, the gain coefficient Γ is expressed by the following equation.
Γ=Γo/(1+ηIin/Io) ・・・(2) ここで、Iinは独立に照射されるインコヒーレント光
束の強度、IoはPR結晶1での2波結合に関わるレーザー
光(第1図の入射光束4)の強度、ηは強度Iinの光束
と強度Ioの光束のPR効果に対する感度の比、ΓoはIin
=0におけるゲイン係数である。Γ = Γ o / (1 + η I in / I o ) (2) where I in is the intensity of the incoherent light flux independently irradiated, and I o is the laser light involved in two-wave coupling in the PR crystal 1. the intensity of the (incident light beam 4 of FIG. 1), eta is the sensitivity to PR effect of the light flux of the light beam and the intensity I o of the intensity I in a ratio, gamma o is I in
= 0.
従って、(2)式は(1)式で与えられる発振しきい
値が上記インコヒーレント光束により制御できることを
意味する。この時の発振条件は(1)式と(2)式から
次式で与えられる。Therefore, the expression (2) means that the oscillation threshold given by the expression (1) can be controlled by the incoherent light flux. The oscillation condition at this time is given by the following equation from equations (1) and (2).
Iin≦−Io/η・{1+zΓo/1nR(1−L)} ・・・(3) よって、(3)式を満足しない様な大きな光強度のイ
ンコヒーレント光束がPR結晶1に入射する場合には、共
振器の発振は停止することになる。I in ≦ −I o / η · {1 + z} o / 1nR (1-L)} (3) Therefore, an incoherent light beam having a large light intensity that does not satisfy the expression (3) is incident on the PR crystal 1. In this case, the oscillation of the resonator stops.
以上のことを利用して、第1図に示す様に入力画像6
を、入射光束4に対して直交した偏光(よって、この光
は光分割手段5は透過するが偏光版15は透過しない)の
インコヒーレントな白色光で照射してPR結晶1上にレン
ズ9で結像すると、入力画像6の明るい部分に対応する
部分の2波結合のゲイン係数Γが(2)式に従って減少
する。その場合、照射したインコヒーレント光強度が
(3)式の条件を満たさないPR結晶1の部分では、PR結
晶1での2波結合が抑制されて、共振器内での発振が停
止するために共振器内での光強度が減少する。この際、
光分割手段11からの反射光束を出力画像12で観測する
と、上記入力画像6に対して或るしきい値で2値化され
た反転(ネガ)画像が出力面12で得られる。Utilizing the above, the input image 6 as shown in FIG.
Is irradiated with an incoherent white light of polarized light orthogonal to the incident light beam 4 (therefore, this light is transmitted through the light splitting means 5 but not transmitted through the polarizing plate 15), and is irradiated onto the PR crystal 1 by the lens 9. When the image is formed, the gain coefficient 2 of the two-wave combination of the portion corresponding to the bright portion of the input image 6 decreases according to the equation (2). In that case, in the portion of the PR crystal 1 where the irradiated incoherent light intensity does not satisfy the condition of the expression (3), two-wave coupling in the PR crystal 1 is suppressed and oscillation in the resonator is stopped. The light intensity in the resonator decreases. On this occasion,
When the reflected light beam from the light splitting means 11 is observed in the output image 12, an inverted (negative) image binarized by a certain threshold with respect to the input image 6 is obtained on the output surface 12.
更に、共振器内での光強度が減少する部分ではPR結晶
1を第1図左側から右側へと光束が透過しているので、
光分割手段5及び光分割手段13を介して適当な光学系
(不図示)によりPR結晶1の面を結像すると他方の出力
面14では出力面12での結果の反転画像が得られる。Further, in the portion where the light intensity in the resonator decreases, the light flux passes through the PR crystal 1 from left to right in FIG.
When an image of the surface of the PR crystal 1 is formed by an appropriate optical system (not shown) via the light splitting means 5 and the light splitting means 13, an inverted image of the output surface 12 is obtained on the other output surface 14.
この時、光分割手段5は、入力画像6からの反射光を
除く為に、上述した如く入力画像6からの偏光は透過す
るが入射光束4の偏光は反射する偏光ビームスプリッタ
ー等の偏光特性のあるものを用いるのが好ましい。At this time, in order to remove the reflected light from the input image 6, the light splitting means 5 transmits the polarized light from the input image 6 but reflects the polarized light of the incident light beam 4 as described above. It is preferable to use a certain one.
第3図(A)、(B)は上記(アナログ)入力画像6
のしきい値演算を示す説明図である。同図(A)は入力
画像6の具体例として高コントラストの明暗部で2分し
た画像を示し、同図(B)はこの入力画像6に対する出
力面12での結果を示す。同図において、29は入力画像6
の明部、30は入力画像6の暗部、31は共振器内に蓄積さ
れた高光電界による明部、32は発振しきい値以下の低光
電界による暗部、33は上記(3)式でのしきい値による
境界である。3A and 3B show the (analog) input image 6 described above.
It is explanatory drawing which shows the threshold value calculation of. FIG. 2A shows a specific example of the input image 6 showing an image divided into two by a high-contrast light and dark portion, and FIG. 2B shows the result of the input image 6 on the output surface 12. In the figure, 29 is the input image 6
, A dark portion 30 of the input image 6, a bright portion 31 due to a high optical electric field accumulated in the resonator, a dark portion 32 due to a low optical electric field equal to or lower than the oscillation threshold, and 33 a formula (3) This is the boundary by the threshold.
この演算結果は、入力画像6に対して或るしきい値処
理されたNOTの論理演算ができることを意味する。This calculation result means that a logical operation of NOT having been subjected to a certain threshold value processing can be performed on the input image 6.
同様にして、他方の出力面14では、出力面12の結果の
反転した結果が得られる。このことは、入力画像6に対
して或るしきい値処理された像が、インコヒーレント光
束から入射光束4のコヒーレントなレーザー光束に変換
されて出力されることを意味する。Similarly, on the other output surface 14, an inverted result of the result on the output surface 12 is obtained. This means that a certain threshold-processed image of the input image 6 is converted from an incoherent light beam to a coherent laser light beam of the incident light beam 4 and output.
上記の結果は、勿論、入力画像6が明暗の2値化され
たデジタル画像であっても実質的に同様に成立する。The above result is of course substantially the same even when the input image 6 is a binary digital image of light and dark.
アナログ画像の上記のしきい値処理の結果は、(2)
式に示す様にゲイン係数Γの白色光の強度Iin依存性が
非線形であることと(3)式の発振条件による非線形性
に起因して起こるものである。こうして、出力面12、14
では、入力画像6と反転した又は同様な像が、コントラ
ストが強調或いは低減された状態(上記ηの値などに依
る)で出力される。The result of the above threshold processing of the analog image is (2)
This is caused by the nonlinearity of the white light intensity Iin dependence of the gain coefficient Γ as shown in the equation and the nonlinearity due to the oscillation condition of equation (3). Thus, the output surfaces 12, 14
Then, an image inverted or similar to the input image 6 is output in a state where the contrast is enhanced or reduced (depending on the value of η, etc.).
以上の場合、しきい値の程度は(2)式のゲイン係数
ΓのIin依存性のバイアス点を制御すればよく、この為
には、更に外部より、独立したインコヒーレント光をPR
結晶1面に一様に照射すればよく、この一様照射の強度
を制御することで上記バイアス点を上下できる。In the above case, the degree of the threshold value may be controlled by controlling the bias point of the I in dependency of the gain coefficient の in the equation (2). For this purpose, an independent incoherent light is further PR from the outside.
It is sufficient to uniformly irradiate one surface of the crystal, and the bias point can be raised and lowered by controlling the intensity of this uniform irradiation.
次に、第4図(A)、(B)、(C)、(D)によ
り、第1図の2つの入力画像6、7からの入力を用いた
2値化演算を説明する。同図(A)は第3図における入
力画像6の例、同図(B)は入力画像7の1例を示し、
同図(C)、(D)はこれら2つの入力画像6、7に対
する出力面での出力画像を示す。Next, with reference to FIGS. 4 (A), (B), (C) and (D), a binarization operation using inputs from the two input images 6 and 7 of FIG. 1 will be described. 3A shows an example of the input image 6 in FIG. 3, and FIG. 3B shows one example of the input image 7.
FIGS. 7C and 7D show output images on the output surface for these two input images 6 and 7.
第3図の場合と同様に、第4図(A)、(B)で示す
2つの入力画像6、7のいずれかの明るい部分の光強度
Iinが(3)式のしきい値を越える様に設定されている
とすると、同図(C)に示す出力画像、すなわちNORの
演算結果に相当する画像が出力面12に現われる。一方、
入力画像6、7の明るい部分の光強度の和Iinに対して
のみ(3)式のしきい値を越える様に設定されていると
すると、同図(D)で示す出力画像、つまりNANDの演算
結果に相当する画像が出力面12に現われる。As in the case of FIG. 3, the light intensity of any of the bright parts of the two input images 6 and 7 shown in FIGS. 4 (A) and 4 (B)
Assuming that I in is set to exceed the threshold value of the equation (3), an output image shown in FIG. 2C, that is, an image corresponding to the result of the NOR operation appears on the output surface 12. on the other hand,
When only (3) is set so as exceeding the formula threshold are relative to the sum I in the light intensity of the bright portion of the input image 6,7, the output image shown in the Graph 1 (D), causing the words NAND An image corresponding to the calculation result of appears on the output surface 12.
また、他方の出力面14について、上記の演算を行なう
と、その結果は第4図(C)、(D)のNOT、すなわち
同図(C)についてはORの演算結果、同図(D)につい
てはANDの演算結果が得られる。When the above operation is performed on the other output surface 14, the result is NOT in FIGS. 4 (C) and 4 (D), that is, the OR operation result in FIG. 4 (C), and FIG. For, an AND operation result is obtained.
尚、上記の演算は、第3図に関して述べた様に、外部
からPR結晶1に他の一様なインコヒーレントな光束を照
射することにより上記しきい値光強度のバイアス点が制
御され、そのコントラストが制御され得る。In the above calculation, as described with reference to FIG. 3, the bias point of the threshold light intensity is controlled by irradiating the PR crystal 1 with another uniform incoherent light beam from the outside. Contrast can be controlled.
以上の説明においては、入力画像6、7にインコヒー
レントな白色光で照射する場合を示したが、LEDや入射
光束4の偏光と直交した偏光状態の同様なレーザー光な
どを用いても良い。また、PR結晶1に対して感度のある
波長域にあって入射光束4とは異なる波長のレーザー光
などを利用しても良い。この場合には、光分割手段5に
前述した偏光特性にあるもの(前者の直交した偏光状態
の同様なレーザー光の場合)或は波長選択特性のあるも
の(後者の異なる波長のレーザ光の場合)を用いて、こ
の光分割手段5の反射率を入射光束4の偏光状態或は波
長に対して極大化して出力面12、14での演算結果のS/N
を高める様にしても良い。In the above description, the case where the input images 6 and 7 are irradiated with incoherent white light has been described. However, an LED or a similar laser beam having a polarization state orthogonal to the polarization of the incident light beam 4 may be used. Further, a laser beam having a wavelength different from that of the incident light beam 4 in a wavelength range sensitive to the PR crystal 1 may be used. In this case, the light splitting means 5 has the above-mentioned polarization characteristic (in the case of the former laser light having the same orthogonal polarization state) or has the wavelength selection characteristic (the latter in the case of the laser light having a different wavelength). ), The reflectance of the light splitting means 5 is maximized with respect to the polarization state or wavelength of the incident light beam 4 and the S / N of the calculation result on the output surfaces 12 and 14 is obtained.
May be increased.
また、PR結晶1の対向する2つの入射面に対して、入
射光束4のフレネル反射を極小化する為に、反射防止膜
を積層するのが望ましい。In addition, it is desirable to laminate an anti-reflection film on two opposing incident surfaces of the PR crystal 1 in order to minimize Fresnel reflection of the incident light beam 4.
[発明の効果] 以上説明した様に、本発明によれば、PR結晶と位相共
役鏡を有する共振器を備え、PR結晶面にアナログ又はデ
ジタル入力画像を照射して発振器のしきい値をPR結晶面
に亙って空間的に変調することで、入力画像のNOT、或
2入力画像間のNOR、NAND、OR、ANDなどの論理演算、更
にはしきい値処理などを純光学的に行なうことが出来
る。[Effects of the Invention] As described above, according to the present invention, a resonator having a PR crystal and a phase conjugate mirror is provided, and an analog or digital input image is irradiated on the PR crystal surface to set the oscillator threshold to PR. By spatially modulating over the crystal plane, NOT operation of the input image, or logical operation such as NOR, NAND, OR, AND between two input images, and threshold processing are performed purely optically. I can do it.
また、外部から制御光をPR結晶に一応に照射して、発
振器のしきい値のバイアス点を制御することにより、上
記論理演算において適切に2値化した出力画像などを得
ることも出来る。Further, by appropriately irradiating the PR crystal with control light from the outside and controlling the bias point of the threshold value of the oscillator, an output image or the like appropriately binarized in the logical operation can be obtained.
更に、本発明による純光学的な画像処理法によれば、
従来のファブリ・ペロー型の共振器に較べて、使用する
レーザー光などのコヒーレンス及び波長変動の影響を受
けにくく、耐熱性や安定性も有し、また入力光の強度を
左程大きくする必要のない簡易な構成の光学的画像演算
装置を実現出来る。Furthermore, according to the pure optical image processing method of the present invention,
Compared to the conventional Fabry-Perot type resonator, it is less susceptible to coherence and wavelength fluctuation of the laser light used, has heat resistance and stability, and it is necessary to increase the intensity of the input light to the left. An optical image calculation device having a simple configuration can be realized.
第1図は本発明の1実施例を示す概略図、第2図は2波
結合を説明する為の図、第3図(A)、(B)は入力画
像の演算を示す説明図、第4図(A)、(B)、
(C)、(D)は2画像入力の場合の演算を示す説明図
である。 1……PR結晶、2……位相共役鏡、3、3′……外部ポ
ンプ光、4……入射光束、5、8、11、13……光分割手
段、9、10……レンズ、6、7……入力画像、12、14…
…出力面、15……偏光版FIG. 1 is a schematic diagram showing one embodiment of the present invention, FIG. 2 is a diagram for explaining two-wave coupling, FIGS. 3 (A) and 3 (B) are explanatory diagrams showing calculation of an input image. 4 (A), (B),
(C), (D) is explanatory drawing which shows the calculation at the time of two image input. 1 ... PR crystal, 2 ... Phase conjugate mirror, 3,3 '... External pump light, 4 ... Incident light beam, 5, 8, 11, 13 ... Light splitting means, 9, 10, ... Lens, 6 , 7 ... input image, 12, 14 ...
… Output surface, 15 …… Polarized plate
Claims (9)
とを有する共振器が設けられ、該PR結晶に入射する画像
の光強度に応じて該PR結晶の光学的特性を変化させるこ
とで該共振器のしきい値を変化させて画像の論理演算を
行なうことを特徴とする光学的画像演算装置。1. A phase conjugate mirror and a photo-induced refractive index crystal (PR crystal)
Is provided, and the threshold value of the resonator is changed by changing the optical characteristics of the PR crystal in accordance with the light intensity of the image incident on the PR crystal to perform a logical operation of the image. An optical image calculation device characterized by performing.
該PR結晶中でのエネルギー結合による該PR結晶の非相反
的透過・反射特性を用いる請求項1記載の光学的画像演
算装置。2. An optical image processing apparatus according to claim 1, wherein non-reciprocal transmission / reflection characteristics of said PR crystal due to energy coupling in said PR crystal between two light beams incident opposite to said PR crystal are used. .
入射光と該PR結晶を透過して前記位相共役鏡より反射さ
れた光束であり、該PR結晶中での2波結合による該PRの
非相反的透過・反射特性を用いて前記共振器を発振状態
にする請求項2記載の光学的画像演算装置。3. The two luminous fluxes are incident light from the outside into the PR crystal and a luminous flux transmitted through the PR crystal and reflected from the phase conjugate mirror, and are formed by two-wave coupling in the PR crystal. 3. The optical image processing device according to claim 2, wherein the resonator is oscillated using the non-reciprocal transmission / reflection characteristics of the PR.
を入射させる請求項1記載の光学的画像演算装置。4. The optical image processing apparatus according to claim 1, wherein a light beam having a plurality of pieces of image information is incident on said PR crystal.
間的に一様に制御する光束を該PR結晶に入射させる請求
項2記載の光学的画像演算装置。5. The optical image processing apparatus according to claim 2, wherein a light beam that spatially uniformly controls the intensity of energy coupling in the PR crystal is incident on the PR crystal.
の反射率を調整する誘電体膜を積層した請求項2記載の
光学的画像演算装置。6. The optical image processing apparatus according to claim 2, wherein a dielectric film for adjusting the reflectance is laminated on a crystal surface of the PR crystal on which a light beam is incident.
の入射光の反射側と透過側の少なくとも一方に、出力画
像面が設けられている請求項3記載の光学的画像演算装
置。7. The optical image processing device according to claim 3, wherein an output image surface is provided on at least one of a reflection side and a transmission side of the incident light on the PR crystal that causes energy coupling.
位相共役鏡へ集光する為のレンズが設けられている請求
項1記載の光学的画像演算装置。8. The optical image processing device according to claim 1, wherein a lens for condensing light on the phase conjugate mirror is provided between the PR crystal and the phase conjugate mirror.
され、該位相共役鏡には4波混合を実現する為に外部よ
りポンプ光が供給されている請求項1記載の光学的画像
演算装置。9. An optical image processing apparatus according to claim 1, wherein said phase conjugate mirror is made of a non-linear optical material, and said phase conjugate mirror is supplied with pump light from outside to realize four-wave mixing. apparatus.
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11618590A JP2850263B2 (en) | 1990-05-05 | 1990-05-05 | Optical image processing device |
| US07/695,094 US5223966A (en) | 1990-05-05 | 1991-05-03 | Method and apparatus for obtaining modulated light indicative of an image operationally formed by projecting an inputted image on the flat plate of an optical induction reflective index crystal |
| EP19910107207 EP0456130A3 (en) | 1990-05-05 | 1991-05-03 | Apparatus and method for optically effecting image operations |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11618590A JP2850263B2 (en) | 1990-05-05 | 1990-05-05 | Optical image processing device |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0413119A JPH0413119A (en) | 1992-01-17 |
| JP2850263B2 true JP2850263B2 (en) | 1999-01-27 |
Family
ID=14680921
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11618590A Expired - Fee Related JP2850263B2 (en) | 1990-05-05 | 1990-05-05 | Optical image processing device |
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Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3686244B2 (en) * | 1997-12-15 | 2005-08-24 | 東芝テック株式会社 | Air massage machine |
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1990
- 1990-05-05 JP JP11618590A patent/JP2850263B2/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0413119A (en) | 1992-01-17 |
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