JPH0795181B2

JPH0795181B2 - 光学的連想装置

Info

Publication number: JPH0795181B2
Application number: JP1114147A
Authority: JP
Inventors: 安弘竹村; 利治武居
Original assignee: Sumitomo Osaka Cement Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Osaka Cement Co Ltd
Priority date: 1989-05-09
Filing date: 1989-05-09
Publication date: 1995-10-11
Anticipated expiration: 2010-10-11
Also published as: JPH02293829A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は、光情報処理の分野において利用される光学的
連想装置に関する。

［従来の技術及び発明が解決しようとする問題点］従来、光学的に不完全画像から完全画像を連想する方法
として、第２図に示す方法が提案されていた［応用物
理；第57巻第10号（1988）、1522〜1527頁参照］。この
方法は、あらかじめ、参照画像群の複素共役パターン
を、一つ一つの参照画像に対して、参照光の照射角度を
変えて記録した多重化ホログラム98と、それに対して共
役な波面を記録したホログラム99とを作り、ホログラム
98に対して不完全画像Ａ′を入力し、ホログラム98から
の出射光が、その不完全画像Ａ′に対して相関の高い完
全画像Ａを記録した時の参照光の方向に出射することを
利用し、その出射光がホログラム99を照射することによ
り、完全画像出力Ａが得られるもので、更に、この完全
画像を先の不完全入力に置き替えて入力する帰還構造93
と非線形過程94を設けることにより、ただ１つの連想出
力が得られるものである。

ところが、この方法では、参照画像をホログラフィック
に記録するメモリとして、非常に高い解像度の記録媒体
が必要となり、現在その要求を満たすものとしては写真
記録材料以外に実用的なものがない。但し、これを用い
ても、参照画像が多くなければ、一つのホログラムでは
記録しきれず、いくつものホログラムに分けて、記録し
て、処理を行なうときに、機械的にホログラムを切り替
える必要があった。従って、この方法では、ホログラム
の現像に時間を要すると共に、参照光の方向を一つ一つ
の参照画像毎に変えるため、非常に複雑なホログラムの
作成作業を必要としており、実時間処理を行なうことも
不可能であり、また、取り扱う情報量が多くなった時の
検索にも多くの時間を必要としていた。

本発明は、上記の問題点を解決するために為されたもの
で、ホログラフィ等の手段を用いずに、容易に参照画像
メモリを形成でき、実時間動作で参照画像群と被検画像
の相関演算を行ない、フィードバック系にすることによ
り、参照画像群の個数を飛躍的に大きくできる光学的連
想装置を提供することを目的にする。

［問題点を解決するための手段］本発明は、上記の技術的な課題の解決のために、少なく
とも、被検画像と、参照画像群とによるコヒーレント画
像を同時に出力し、電気的或いは光学的に出力光複素振
幅の時間的及び空間的変調が可能な第１の画像出力手段
（例えば１）と、前記第１の画像出力手段からの出力光複素振幅の二次元
的分布パターンを光学的にフーリエ変換する第１の光学
的フーリエ変換手段（例えば２）と、前記第１のフーリエ変換手段からの出力光の受光範囲を
前記被検画像の大きさに応じた空間周波数範囲に制限す
る空間フィルタ（例えば３）と、前記空間フィルタを通った前記第１の光学的フーリエ変
換手段からの光出力の空間的光強度分布パターンに応じ
てコヒーレントな二次元的出射複素振幅分布を変化する
ことができる第２の画像出力手段（例えば４）と、前記第２の画像出力手段からの出力光複素振幅の二次元
的分布パターンを光学的にフーリエ変換し、その出力を
前記第１の画像出力手段（例えば１）にその変調信号と
して、入力する第２の光学的フーリエ変換手段（例えば
５）と、前記第２の光学的フーリエ変換手段からの光出力を検出
する光検出手段（例えば６）とにより構成された光学的
連想装置である。

［作用］上記のような本発明の光学的連想装置の構成により、第
１の画像出力手段により提示された参照画像群と被検画
像の空間的パターンは、前記第１の光学的フーリエ変換
手段により、フーリエ変換され、参照画像群と被検画像
とによる多重干渉縞を形成する。

このとき、光束が前記空間フィルタを通ることにより、
画像の概略の形状を知るのに必要のない細かい部分の情
報が消失し、第２の画像出力手段からは、上記の多重干
渉縞の光強度分布に応じた光強度分布或いは位相分布を
有するコヒーレント光束が出射される。

前記コヒーレント光束は、前記第２の光学的フーリエ変
換手段により光学的にフーリエ変換され、その結果得ら
れた二次元的光強度分布は、被検画像と各参照画像との
位置及びその相関度を表わすものとなる。

ここで、この二次元的光強度分布は、前記第１の画像出
力手段に入力され、前記第１の画像出力手段の出力光強
度は、前記二次元的光強度分布の大きい部分に対応した
参照画像の部分で大きく、その逆の部分で小さくなる。

上記の動作を反復するうちに、被検画像に対して比較的
低い相互相関的係数を有する参照画像から出射する光強
度が順次減少されていき、被検画像に形状の近い参照画
像群が残され、比較すべき、参照画像の個数が少なくな
る。そして、比較すべき参照画像が少なくなった結果、
前記第１のフーリエ変換手段により得られる干渉縞の可
視度は、上昇し、残された画像について、正確な比較が
なされるようになる。但し、被検画像が、参照画像の一
部が欠落した不完全画像となっている場合は、その参照
画像から出射する光強度がある程度小さい時に、高い相
互相関的係数を示すので、当初相互相関的係数が大きく
なくても、上記の試行を繰り返すうちに徐々に参照画像
から出射する光強度は、増加し、最終的に大きな相互相
関的係数を示すようになるので、連想すべき参照画像
が、初期の段階で切り捨てられてしまうことはない。

そして、更に、この過程を繰り返すことにより、もっと
も高い相互相関的係数を有するものだけが残り、それが
被検画像として、連想認識される。

本発明の光学的識別装置は、少なくとも、被検画像と参
照画像群とによるコヒーレント画像を同時に出力し、電
気的或いは光学的に出力光複素振幅の時間的及び空間的
変調が可能な第１の画像出力手段（例えば１）と、この第１の画像出力手段からの出力光複素振幅の二次元
的分布パターンを光学的にフーリエ変換する第１の光学
的フーリエ変換手段（例えば２）と、前記第１の光学的フーリエ変換手段からの出力光の受光
範囲を前記被検画像の大きさに応じた空間周波数範囲に
制限する空間フィルタ（例えば３）と、前記空間フィルタを通った前記第１の光学的フーリエ変
換手段からの光出力の空間的光強度分布パターンに応じ
てコヒーレントな二次元的出射複素振幅分布を変化する
ことができる第２の画像出力手段（例えば４）と、前記第２の画像出力手段からの出力光複素振幅の二次元
的分布パターンを光学的にフーリエ変換し、その出力を
前記第１の画像出力手段に、その変調信号として、入力
する第２の光学的フーリエ変換手段（例えば５）と、前記第２の光学的フーリエ変換手段からの光出力を検出
する光検出手段（例えば６）と、から構成され、被検画像が、参照画像の不完全画像を成している場合
に、前記空気フィルタによる光束制限範囲を比較すべき
画像のアウトラインが分かる程度の低周波数領域のみに
対応した光束範囲として相互相関的係数を求めることに
より、大まかな連想を行なおうとするものである。

このときに、前記相互相関係数に応じた前記第２のフー
リエ変換手段の出力により、正帰還的に前記第１の画像
出力手段における各参照画像からの出力光強度を変化さ
せることにより、相互相関係数の低い画像からの影響が
選択的に排除され、正確な連想を行なうことができるも
のである。

また、被検画像が参照画像の一部の欠落した画像であっ
た場合には、対応した参照画像による前記第１の画像出
力手段からの出力が低くても、比較的大きな相互相関的
出力を示すので、前記第１の画像出力手段における前記
正帰還的出力光強度変化によって、より正確な連想を行
なうことができる。

次に、本発明の光学的連想装置を具体的に実施例により
説明するが、本発明はそれらによって限定されるもので
はない。

［実施例］第１図は、本発明による光学的連想装置の１例の構成を
示す模式構成図である。

第１図の光学配置図において、光学的連想装置は、画像
出力手段１、光学的フーリエ変換手段２、空間フィルタ
３、画像出力手段４、光学的フーリエ変換手段５、光検
出手段６から構成され、以下、その構成について、詳細
に説明する。半導体レーザや気体レーザらのコヒーレン
ト光源11から出射した光束12は、ビームエキスパンダ13
で、適当な光束径に変換され、ビームスプリッタ14で、
２つの光路に分けられる。

ビームスプリッタ14を通過した光束12は、液晶ライトバ
ルブ（以下LCLVと称する）15を通過して、画像表示装置
16に入射する。ここで、LCLV15は、電気信号入力によ
り、空間的に透過率分布を変調できる空間光変調器をな
しており、その最も一般的な例では、液晶テレビやコン
ピュータ用ディスプレイに使用されている液晶パネルが
用いられる。このLCLV15は、当初、透過率が均一に設定
されているが、この後の行程の結果により、その形状が
被検画像と相関性が高い参照画像に対応する部分の透過
率が高くなり、そうでない部分の透過率が低くなる。

また、画像表示装置16は、第３図に示すように、被検画
像表示部分16bと参照画像表示部分16aとに分かれてお
り、参照画像表示部分16aは、写真フィルムに複数の参
照画像が記録されたもの或いは複数の参照画像を電気的
入力或いは光学的入力により表示できる空間光変調器と
なっており、被検画像表示部分16bは、被検画像の電気
的或いは光学的入力が可能な空間光変調器をなしてい
る。即ち、図示のように、参照画像群例えばａ、ｂ、
ｃ、ｄ、ｅが、16a部分に表示され、被検画像ｓが16b部
分に表示される。

さて、画像表示装置16を通過した光束12は、フーリエ変
換レンズ21を通り、そのフーリエ変換面におかれたスク
リーン41に入射する。このスクリーン41上では、画像表
示装置16における複素振幅分布の二次元フーリエ変換の
２乗に比例した光強度が観測される。この光強度分布
は、CCD等の２次元光電変換素子42により検出される
が、その際に、空間フィルタ３或いは二次元光電変換素
子42の視野を制限することにより、画像の概略形状を知
る上において不要な細かい部分の情報は、カットされ
る。

ここで、二次元光電変換素子42で得られた画像は、電気
信号としてビデオアンプ及び液晶駆動回路43を通って、
LCLV45上に表示される。このLCLV45もLCLV15と同様に空
間光変調器をなしており、入射光の複素振幅を変調して
出射させる。このLCLV45への入射光束47は、レーザ11か
ら出射した光束12がビームスプリッタ14で分けられたも
ので、従って、画像出力手段４の光源と、画像出力手段
１の光源とは、ここでは共有されていることになる。

LCLV45を出射した光束47は、フーリエ変換レンズ51を通
ってスクリーン52に入射する。この際に、スクリーン52
は、LCLV45に対して、フーリエ変換の位置となってお
り、従って、スクリーン52上における光強度は、参照画
像群と被検画像との空間的相互相関及び空間的自己相関
の程度を表わしたものとなる。そこで、参照画像同志の
相互相関が、参照画像と被検画像との相互相関の位置に
重ならないように、画像表示装置上での画像の配列を行
なえば、CCDの二次元光電変換素子61により、被検画像
と相関の強い参照画像の位置及び相関の程度を検出する
ことができる。

さて、このような相互相関度に応じた光強度のピークが
どのようなものであるかを、第３図に示されたパターン
を例として以下説明する。

画像表示装置16上には、第３図に示すように、例えば、
参照画像群ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅと被検画像ｓとが描かれ
ている。

第３図に示された被検画像は、参照画像群の内の一つ
が、一部欠落したものとして考え、例えば第４図に示す
ように、参照画像が長さ2aの直線で表わされ、被検画像
が長さａの直線になっているとする。

被検画像Ｓの位置を示す空間座標を仮に一次元で（０）
とし、これをＳ（０）と示すものとする。

同様に、参照画像群を、ａ（a_x）と表す。これらのパタ
ーンにコヒーレント光を照射し、フーリエ変換レンズ21
にて、フーリエ変換を行なうと、スクリーン41上の光強
度パターンＩ（f_x）は、以下のようになる。

Ｉ（f_x）＝|S＋Ａ・exp（j2πf_xa_x）｜^２＝|S|^２＋|A|^２＋Ｓ^＊・Ａ・exp（j2πf_xa_x）＋c.c. …
…（１）ここで、f_xは、各々スクリーン41上での、ｘ方向の空間
周波数、Ｓ、Ａは、被検画像と参照画像の光振幅分布の
フーリエ変換の複素振幅、肩の^*印は、各々の画像の光
振幅分布の複素共役量を表わす。

ここで、ＳとＡは、各々、Ｓ＝｛sin（π・ａ・f_x）／π・ａ・f_x｝・ａＡ＝｛sin（２π・af_x）/2π・af_x｝・2a と表わされる。

さて、Ｉ（f_x）＝（|S|^２＋|A|^２）｛１＋mcos（２πaf
_x）｝なので、スクリーン41上での干渉縞の可視度ｍ
は、となる。従って、低周波数領域では、f_x→０として、ｍ
＝4/5となる。

ここで若し、参照画像に対して、Ｋの透過率を有したマ
スクで遮光すると、同様に、干渉縞の可視度は、となる。従って、可視度ｍ′の最大値は、Ｋ＝sin（π・af_x）/sin（２πaf_x）のとき、ｍ′＝１となる。従って、低周波数領域では、
f_x→０として、Ｋ＝1/2にすると、干渉縞のコントラス
トは、最大になる。

ところで、上記の光強度パターンＩ（f_x）をLCLV45に透
過率分布として書き込み、フーリエ変換光学系により再
びフーリエ変換すると、スクリーン52上の光強度パター
ンＩ（ｘ）は、Ｉ（ｘ）＝∫Ｉ（f_x）・exp（−j2πf_xx）df_x ＝ｓ＊ｓ＋ａ＊ａ＋ｓ＊ａ｛δ（a_x−ｘ）＋（a_x＋
ｘ）｝ ……（２）となる。

ここで、＊は相関を表わしている。

このように、各々の像の自己相関は、光軸上に現れ、被
検画像と参照画像群との間の相互相関は、光軸に対し、
対称的な位置に１組、被検画像と参照画像群との相対位
置に対応した光軸からの位置に現れる。

従って、被検画像と参照画像群との相互相関度に応じた
ピークが、画像表示装置16上の参照画像群の位置に対応
したスクリーン52上の位置に現れることになる。

さて、ｓ＊ａは、フーリエ変換面上の干渉縞の可視度に
関係しており、全光量のm/4に相当する光量が、相互相
関量となる。従って、第４図のように、参照画像の一部
が欠落している場合には、空間周波数の低周波領域のフ
ーリエ変換像をとると、マスキングした方（Ｋ＝1/2）
が、相互相関量は、相対的に大きくなる。上記の事象
は、被検画像の一部が遮蔽されている場合には、必ず生
じることであり、被検画像の他の一部が、参照画像の一
部と一致しているような複合的な場合にも、全体として
は、参照画像を遮蔽した場合の方が、可視度は大きくな
る。

ところで、このままでは、参照画像数が大きい場合に
は、被検画像に対する参照画像群の相関ピークを明確に
読み込むことは不可能となる。

その理由は、（２）式に示す相関項は、（１）式におけ
る各画像のフーリエ変換パターン同志の重なりによる干
渉縞の形成に関係しているため、参照画像の数が増加す
ると、急激に干渉縞の可視度が低下していき、結果とし
て相関ピークの光量が減少し、更に、形成された干渉縞
の光量分布の細かさやダイナミックレンジが空間光変調
器の能力を超えている場合には、正しい相関ピークの出
力を得ることができなくなってしまう。

そこで、本実施例では、スクリーン52の上の光強度を二
次元光電変換素子61で読み込み、電気信号として画像処
理及び液晶駆動回路62に送り、各参照画像との相互相関
量を規格化し、この量に応じてLCLV15の透過率分布を決
定することにより、各参照画像に照射する光量を変化さ
せる。即ち、例えば、被検画像と最も高い相関度を有す
る参照画像が、ｂであったとすると、ｂを照射する光束
が透過してくるLCLV15の画素部分の透過率を最大とす
る。その他の参照画像においては、例えば、参照画像ａ
に対しては、ａを照射する光量が、ｂを照射する光量の
ｓ＊a/s＊ｂとなるように、LCLV15の参照画像ａを照射
する光束が透過する画像部分の透過率を決定する。以
下、他の参照画像についても同様である。

このように、LCLV15の透過率を変化させ、各参照画像に
照射させる光量を変化させた後のパターンを入力とし
て、上記の操作を繰り返すことができる。

第５図は、第３図に示された画像群において、被検画像
ｓが参照画像ｃの一部が欠落したパターンであった場合
の試行回数とスクリーン52上の出力の関係である。この
ように、連想すべき参照画像ｃ以外の相関ピーク出力の
小さい参照画像ａ、ｅ、ｄは、１回１回その照射光量が
少なくり、一方、連想すべき参照画像ｃに対しては、上
述のように、スクリーン41上における干渉縞の可視度が
増加して、相互相関ピーク出力が増加する。このとき、
当初強い相互相関ピークを持っていた連想すべきでない
参照画像ｂに対しては、その相互相関ピークは、その光
量比のバランスが崩れることにより、数回の試行の後に
光量が減少し、しかも、連想すべきでない参照画像の場
合は、照射される光量の少ないところに被検画像との干
渉縞の可視度のピークを持たないため、その相互相関ピ
ークの光量は、単調に減少する。よって、結果的に、連
想すべき、被検画像ｃが想起される。

また、被検画像との相関度の高い参照画像が幾つかあっ
た場合には、相関度の著しく低い幾つかの参照画像につ
いては、相関度に閾値レベルを設け、試行回数の少ない
段階で空間変調器の透過率を最低にしてしまこともでき
る。このとき、何回かの試行後に、相関度が閾値よりも
低くなった参照画像は、同様に空間光変調器の透過率を
最低にしていけば、早く結果を導くことができる。

更に、参照画像の数を最初の段階で制限するので、以降
の動作において、比較すべき対象が少なくなり、干渉縞
の可視度が上昇し、正しい認識をすることになる。

また、参照画像中に連想すべきではないが、被検画像に
対して高い相互相関値を有するものがある場合には、連
想されるべき参照画像による相互相関ピークの光量は、
当初比較的小さく、試行を繰り返すうちに、大きくなる
という過程を経るが、この相関ピーク光量が、当初もっ
とも大きい相関ピークを有していた参照画像による相関
ピーク光量を超えた時点或いはその両者のピーク光量の
変動が少なくなった時点で、相関ピーク光量が当初小さ
かった方の参照画像に対する照射光量を最大照射光量と
し、その他の参照画像に対する照射光量は、それより小
さくすれば、連想の収束が早くなる。

また、試行回数が大きくなった段階で、相互相関度が全
体に変わらないなった時点での相関度を比較することに
より、被検画像の参照画像に対する相関度を曖昧に判断
させることも可能となる。

上記の実施例においても、変化させる透過率は、実質上
もっとも相関度の高い参照画像に対して高く、それ以外
の参照画像に対して低くなるように、規則を設定すれ
ば、どのようなものであっても良いことは、言うまでも
ないことである。例えば、最も相関度の高い参照画像が
ｂのとき、他の参照画像ａを照射する光強度を、単調増
加関数ｆ（ｘ）に対してｆ（ｓ＊ａ）/f（ｓ＊ｂ）とし
ても可能である。

次に、第６図は、他の本発明の光学的連想装置の構成を
示す模式図である。これにより、更に、本発明を説明す
る。

第６図に示した光学的連想装置においては、レーザ11を
出射した光束12は、ビームエキスパンダ13を通り、偏光
ビームスプリッタ14′に入射する。偏光ビームスプリッ
タ14′では、そのｓ偏光成分のみが反射され、ｐ偏光成
分は、透過して光束47となる。

続いて、ｓ偏光成分よりなる光束12は、LCLV15′に入射
する。ここで、LCLV15′は、第７図に示すような反射型
液晶ライトバルブである。この液晶ライトバルブは、透
明電極72と78で挾んだ液晶パネルの間に光導電層77と誘
電体ミラー75を配置したもので、その光導電層77は、必
要な画素の大きさに分割されている。このLCLV15′にお
いては、この画素の大きさは、画像表示装置16における
参照画像の大きさである。

ここで、誘電体ミラー75は、光導電層77よりも、液晶層
側（図では右側）に配置され、こちらが読み出し光の入
射方向となる。このとき、両側の透明電極（即ち72と78
の）間に電圧を印加しておいて、書き込み光を照射する
と、書き込み光の光量に応じて、各分割画素70aにおい
て、光導電層77における電圧降下が起こり、各部分の液
晶にかかる電圧が変化し、入射した読み出し光は、その
偏光面が回転する。従って、光束12は、LCLV15′に入射
した書き込み光Ａに応じて、偏光面の回転を受け、その
反射光は、その書き込み光の強度分布に応じて、偏光ビ
ームスプリッタ14′を透過する。但し、処理開始当初
は、バイアス電位設定或いはバイアス光入射により、全
光束範囲に対して均一な光量が偏光ビームスプリッタ1
4′を透過するようにされている。15の反射型液晶ライ
トバルブの構造は、第７図に示すようなものである。即
ち、順次、ガラス基板71、透明電極72、液晶74、誘電体
ミラー75、光導電層77、透明電極78、ガラス基板76を積
層したもので、70aの分割画素に分割されているもので
ある。

さて、偏光ビームスプリッタ14′を透過した光束12は、
画像表示装置16に入射し、更に、ミラー22を通り、フー
リエ変換レンズ21を通って、画像表示装置16上の複素振
幅のフーリエ変換による強度パターンをLCLV45′上に照
射する。LCLV45′は、基本的にはLCLV15′と同様のもの
で、但し、上述の光束12を書き込み光Ａとし、入射する
干渉縞のパターンに応じて、分割画素の大きさは小さく
なっている。

このLCLV45′に対する読み出し光は、偏光ビームスプリ
ッタ14′を透過した光束47である。この光束47は、２分
の１波長板46を通って、その偏光方向を90度回転し、偏
光ビームスプリッタ48に入射する。このとき、光束47の
偏光状態は、偏光ビームスプリッタ48に対して、ｓ偏光
となっているので、光束47は、ほぼすべてが反射され、
LCLV45′に入射し、その読み出し光となる。LCLV45′に
入射した光束47は、LCLV15′における光束12と、同様に
変調を受け、フーリエ変換レンズ51により、LCLV45′に
入射した光束12の強度分布のフーリエ変換に対応したパ
ターンが、スクリーン52及びLCLV15′に入射する。但
し、LCLV15′に入射する光束47は、その光軸即ち、０次
光スポット位置が、ハーフミラー54等により、LCLV15′
上の被検画像の位置55にくるように、設定させる。この
とき、LCLV15′上の参照画像の位置に、各々に対応した
相互相関ピークの光スポットがくるように、あらかじ
め、参照画像の位置及び光学系の配置を設定する。

従って、これ以降、被検画像に対して、相関強度の強い
参照画像は、より強度の強い光束で照明され、相関強度
の弱い参照画像は、より弱い光束で照明されることにな
る。尚、この相互相関強度出力は、スクリーン52の光強
度分布をCCD等の二次元光電変換素子61で検出すること
により、得られる。

尚、本発明において、空間光変調器の働きをしている部
分については、仕様上の差異はあるが、原理的にはすべ
て同様の電気アドレス型のもの及び光アドレス型のもの
が使用可能である。電気アドレス型の例としては、上述
の液晶パネルの他に、PLZTやKDP、BSO（Bi₁₂SiO₂₀）等
の電気光学効果を示すセラミックスや結晶にマトリック
ス電極を付加したものが良く使用されている。

光アドレス型の例でもやはり電気アドレス型と同様の材
料に、第７図で説明したように、光導電層を組み合わせ
たものが、一般的である。但し、BSOやBaTiO₃等の光起
電力効果を持つ結晶では、入射光強度に応じた自発分極
により光誘起屈折率変化を起こすので、光導電層を付加
する必要はない。尚、これらの空間変調器は、透過型と
しても、反射型としても構成することができる。但し、
光アドレス型で読み出し光が書き込み光の情報を完全に
消してしまうような場合は、読み出し光と書き込み光の
波長域を分離して、読み出し光が書き込み情報に影響を
与えないようにする等の工夫が必要である。

また、電気アドレス型を使用する場合は、その入力画像
を得るための二次元光電変換素子及びその駆動回路が必
要となるが、その信号を加工し易いという利点がある。

尚、通常使用されているインコヒーレント・コヒーレン
ト変換素子は、上述の光アドレスの反射型空間光変調器
に属するものであり、これを画像表示装置16の被検画像
表示部分16bに用いるには、入力画像をそのインコヒー
レント・コヒーレント変換素子に照射するための結像光
学系が必要である。その場合、参照画像表示部分16aも
光アドレス、電気アドレスに係わらず、反射型とすると
光学系を構成することが容易である。そのような光学系
の１例の構成図を第８図に示す。

第８図の光学的連想装置において、レーザ11からの光束
12は、ビームスプリッタ14で反射されて画像表示装置1
6′に入射する。ここで、画像表示装置16′は、被検画
像表示部分に対応したインコヒーレント・コヒーレント
変換素子と、参照画像表示部分に対応したLCLV等の反射
型電気アドレス型空間光変調器とからなる。ここで、イ
ンコヒーレント・コヒーレント変換素子は、光束12とは
反対側から光学的な変調入力を受ける。この変調入力
は、例えば、図示のように、被検物体ｓの像18が結像レ
ンズ17により、インコヒーレント・コヒーレント素子の
画面上に、16bに結像されたものである。また、参照画
像表示部分の入力は、参照画像群と、二次元光電変換素
子61で検出された相互相関度に基づいた帰還情報、即
ち、各々の参照画像の画像表示装置16′から出射すべき
光強度の情報とが重畳されたものとなっている。即ち、
第８図の光学的連想装置では、画像表示装置16′は、第
１図の光学的連想装置のLCLV15と画像表示装置16との機
能を同時に受け持つものである。

これ以外の部分については、使用している空間光変調器
が、電気アドレス型或いは光アドレス型であるが、ま
た、透過型或いは反射型であるかの組合わせの違いがあ
るが、第１図及び第６図の光学的連想装置についての説
明とほとんど同じであり、説明番号は、各々相当するも
ので表わしている。

上述の説明からも分かるように、これらの空間光変調器
は、どのような組合わせでも可能であり、従って、本発
明の光学的連想装置は、その組合わせによって、多数の
実施形態を取ることができることになる。

［発明の効果］本発明による光学的連想装置により、上述のような効果
が得られた、それをまとめると、次のような顕著な技術
的効果が得られた。

ホログラフィなどの手段を用いずに、実時間動作で参照
画像群と被検画像の相関演算を行ない、フィードバック
系にすることにより、参照画像群の個数を飛躍的に大き
くすることができる光学的連想装置が提供できた。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の光学的連想装置の１例の構成を示す
模式構成図である。第２図は、従来の光学的連想装置を示す模式図である。第３図は、本発明の光学的連想装置の１例における画像
表示装置を示す模式概念図である。第４図は、本発明の光学的連想装置における参照画像と
一つの入力とされる被検画像の１例を示す説明図であ
る。第５図は、本発明の光学的連想装置において、実施され
た試行回数に対する光検出手段６のおける出力の関係を
示すグラフである。第６図は、本発明の光学的連想装置の他の例の構成を示
す模式構成図である。第７図は、本発明の光学的連想装置の用いられる反射型
液晶ライトバルブの構成を説明する模式断面図である。第８図は、本発明の光学的連想装置の他の例での構成を
示す模式構成図である。［主要部分の符号の説明］１、４……画像出力手段２、５……光学的フーリエ変換手段３……空間フィルタ５……光学的フーリエ変換手段６……光検出手段 11……レーザ 12、47……光束 14……ビームエキスパンダ 14′、48……偏光ビームスプリッタ 15、15′、16′、45、45′……液晶ライトバルブ 16……画像表示装置 16a……参照画像表示部 16b……被検画像表示部 17……結像レンズ 18……被検物体 21、51……フーリエ変換レンズ 41、52……スクリーン 42、61……二次元光電変換素子 43……ビデオアンプ及び液晶駆動回路 46……２分の１波長板 50……偏向ビームスプリッタ 44、53……ミラー 54……ハーフミラー 62……画像処理及び液晶駆動回路 70……反射型液晶バルブ 70a……分画画素 71、76……ガラス基板 72、78……透明電極 73……スペーサ 74……液晶層 75……誘電体ミラー 77……光導電層 79……ARコート 80……参照画像メモリ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも、被検画像と、参照画像群とに
よるコヒーレント画像を同時に出力し、電気的或いは光
学的に出力光複素振幅の時間的及び空間的変調が可能な
第１の画像出力手段と、前記第１の画像出力手段からの出力光複素振幅の二次元
的分布パターンを光学的にフーリエ変換する第１の光学
的フーリエ変換手段と、前記第１のフーリエ変換手段からの出力光の受光範囲を
前記被検画像の大きさに応じた空間周波数範囲に制限す
る空間フィルタと、前記空間フィルタを通った前記第１の光学的フーリエ変
換手段からの光出力の空間的光強度分布パターンに応じ
てコヒーレントな二次元的出射光複素振幅分布を変化す
ることができる第２の画像出力手段と、前記第２の画像出力手段からの出力光複素振幅の二次元
的分布パターンを光学的にフーリエ変換し、その出力を
前記第１の画像出力手段にその変調信号として、入力す
る第２の光学的フーリエ変換手段と、前記第２の光学的フーリエ変換手段からの光出力を検出
する光検出手段と、から本質的になることを特徴とする光学的連想装置。
【請求項２】前記第１の画像出力手段は、少なくとも、
コヒーレントな光源と、前記光源からの光束の複素振幅
の空間的分布のパターンを変調可能な第１の空間光変調
器と、前記第１の空間光変調器から出射した光束を入力
とする参照画像群及び被検画像を表示する一つないし複
数の表示体とからなることを特徴とする請求項第１項記
載の光学的連想装置。
【請求項３】前記第１の空間光変調器は、参照画像群を
構成する各参照画像に対応して、区分けがなされ、各区
分は、前記第２の光学的フーリエ変換手段からの出力光
の各々に対応した一部を受光し、その光量に応じて、そ
の透過率或いは反射率が変化することを特徴とする請求
項第２項記載の光学的連想装置。
【請求項４】前記第２の光学的フーリエ変換手段からの
出力は、第１の二次元的光電変換素子により受光され、
前記第１の空間光変調器は、該第１の二次元的光電変換
素子からの出力信号に従って電気的に変調されることを
特徴とする請求項第２項記載の光学的連想装置。
【請求項５】前記参照画像群を表示する表示体は、電気
的な変調が可能な第２の空間光変調器であることを特徴
とする請求項第２或いは３項に記載の光学的連想装置。
【請求項６】前記被検画像を表示する表示体は、インコ
ヒーレント・コヒーレント変換素子であることを特徴と
する請求項第２〜５項のいずれかに記載の光学的連想装
置。
【請求項７】前記第１の画像出力手段は、少なくとも、
コヒーレントな光源と、参照画像群及び被検画像を表示
する電気入力による変調が可能な第３の空間光変調器で
あることを特徴とする請求項第１項記載の光学的連想装
置。
【請求項８】前記第２の画像出力手段は、少なくとも、
コヒーレントな光源と、前記第１のフーリエ変換手段か
らの出力光を受光する第２の二次元的光電変換手段と、
前記第２の二次元的光電変換手段からの信号に基づい
て、入射した光束の複素振幅分布を変調して出力する第
４の空間光変調器とから本質的になることを特徴とする
請求項第１〜７項のいずれかに記載される光学的連想装
置。
【請求項９】前記第２の画像出力手段は、少なくとも、
コヒーレントな光源と、入射した前記第１のフーリエ変
換手段からの出力光の強度分布に依存して、その光学的
特性が二次元的或いは三次元的に変化する第５の空間光
変調器とから本質的になることを特徴とする請求項第１
〜７項のいずれかに記載される光学的連想装置。