(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
可干渉性レーザの平行光束中に置かれた偏光ビームスプリッタと、液晶ディスプレイLCOS(Liquid Crystal on Silicon)の高精細画像書込み型画像表示器と、を備えて形成される多重マッチトフィルタ(MMSF: multiplexed Matched Spatial Filter )を有する光学系で、異なる形状の複数の被検査画像を同時検出する方法において、
前記高精細画像書込み型画像表示器が２つのセグメントに分けられ、それぞれのセグメントにフレネルレンズ機能と平面波発生機能を持たせた画像パターンを搭載し、
基準画像のサイズと回転角に応じて垂直または水平に平行移動させる対数極座標変換機能を持つ画像処理手段によって異なる形状の複数の基準画像についてそれぞれの対数極座標変換パターンを取得し、前記高精細画像書込み型画像表示器のフレネルレンズ機能搭載セグメントに、取得された異なる形状の複数の基準画像についてそれぞれの対数極座標変換パターンを重ねて書き込み、書き込まれた異なる形状の複数基準画像についての光回折されたそれぞれの対数極座標変換パターンと共に平面波の参照光を、前記高精細画像書込み型画像表示器に搭載のフレネルレンズ機能の焦点面に設置されたホログラム作成器上で同時に得て、干渉縞を形成する、画像識別の多重性を確保した多重マッチトフィルタを形成し、フレネルレンズ機能搭載セグメントに、異なる形状の複数の被検査画像のそれぞれの対数極座標変換パターンを重ねて書き込み、可干渉性レーザ平行光束を前記高精細画像書込み型画像表示器に照射し、多重マッチトフィルタによって、同形状でサイズと回転角が基準画像と異なる被検査画像を同時に識別すること
を特徴とする異なる形状の複数の被検査画像を同時検出する方法。
【請求項２】
可干渉性レーザの平行光束中に置かれた偏光ビームスプリッタと、液晶ディスプレイLCOS(Liquid Crystal on Silicon)の高精細画像書込み型画像表示器と、を備えて形成される多重マッチトフィルタ(MMSF: multiplexed Matched Spatial Filter )を有する光学系で、異なる形状の複数の被検査画像を同時検出する装置において、
前記高精細画像書込み型画像表示器が２つのセグメントに分けられ、それぞれのセグメントにフレネルレンズ機能と平面波発生機能を持たせた画像パターンが搭載され、基準画像のサイズと回転角に応じて垂直または水平に平行移動させる対数極座標変換機能を持つ画像処理手段が異なる形状の複数の基準画像についてそれぞれの対数極座標変換パターンが取得され、前記高精細画像書込み型画像表示器のフレネルレンズ機能搭載セグメントに、取得された異なる形状の複数の基準画像についてそれぞれの対数極座標変換パターンが重ねて書き込まれ、書き込まれた異なる形状の複数基準画像についての光回折されたそれぞれの対数極座標変換パターンと共に平面波の参照光が、前記高精細画像書込み型画像表示器に搭載のフレネルレンズ機能の焦点面に設置されたホログラム作成器上で同時に得られて、干渉縞を形成する、画像識別の多重性を確保した多重マッチトフィルタが形成され、フレネルレンズ機能搭載セグメントに、異なる形状の複数の被検査画像のそれぞれの対数極座標変換パターンが重ねて書き込まれ、可干渉性レーザ平行光束が前記高精細画像書込み型画像表示器に照射され、多重マッチトフィルタによって、同形状でサイズと回転角が基準画像と異なる被検査画像が同時に識別されること
を特徴とする異なる形状の複数の被検査画像を同時検出する装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、形状の異なる複数の画像の同時並列識別のために、計算機ホログラムを含む光情報処理法によって作成された多重マッチトフィルタを用いた光アナログ画像識別法で行う、画像のサイズや回転に不変の識別方法および識別装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ロボットの眼や車載画像処理装置として開発が試みられようとしている、電子カメラで撮り込まれた画像中から目的物形状を抽出して画像情報を把握する技術は、PCで画像を処理するディジタル画像処理法や光アナログ画像処理法としての多重マッチトフィルタ法[特許文献１]があった。しかしながら、膨大な画像情報を並列実時間処理することが要求されている画像処理には、従来のディジタル画像処理法では計算時間がかかり過ぎて実時間画像処理には適さない。
【０００３】
また、従来の多重マッチトフィルタ法では、画像情報の並列実時間処理は可能であるが、被検査形状のサイズと回転(傾き)が参照形状のサイズと回転(傾き)と異なる場合には識別が困難である、という欠点があった。そのために、複数の形状画像を同時並列に識別でき、また、基準形状に対して形状のサイズや回転角が異なっても同一形状として識別ができ、かつ、簡便に利用できる、革新的な計測技術と装置の開発が求められていた。
【０００４】
さて、PCで画像処理する従来のディジタル画像処理法の欠点である、識別に非常に長時間を要するという問題の解決策として提案された、多重マッチトフィルタ(MMSF: Multiplexed Matched Spatial Filter)を用いた光アナログ画像処理法[特許文献１]はつぎのように実行された。それは、レーザ光源と、ホログラム作成光学系、空間光変調器に電子カメラから撮り込んだ文字列・複数形状等を投写する小型ＣＲＴ映像投写装置または液晶ディスプレイとで構成された。また、その技術では、可干渉性レーザ平行光束中に設置されたフーリエ変換レンズの前焦点面に置かれた空間光変調器や液晶ディスプレイに文字列や複数形状の参照形状を投写して得られる参照形状のフーリエ変換像を参照光と干渉させて、光導電プラスチックホログラム(PPHと略記)自動作成装置のホログラム乾板上に、フーリエ変換像の零次光中心に重なる複数の異なる形状のフーリエ変換像の画像情報の分離を可能にする、多重マッチトフィルタ(MMSFと略記)が作成された。複数形状の同時識別は、このMMSFに前記液晶ディスプレイから投射された実際の文字列等の被識別形状フーリエ変換像群をホログラム乾板上のMMSFに投射することにより行なわれた。それは、PCを用いてフーリエ変換の画像処理を行うのではなく、光フィルタを用いて自動的に光速度で画像処理を行うことができ、画像の識別速度を飛躍的に増大させた。
【０００５】
上記の従来の光アナログ画像処理法[特許文献１]は、複数の異なる形状を同時に実時間識別を可能にするという多重識別性には非常に優れたものがあった。しかしながら、多重情報を分離するために用いられる参照光作成照射法に困難さがあった。すなわち、参照光の照射光学系が物体光の光学系に重なって、識別光学系の寸法を長くし、複雑にするという欠点があった。
【０００６】
さらに、前記、従来の光アナログ画像処理法［特許文献1］では、被検査物体のサイズと回転角 (傾き)が基準画像のサイズと回転角(傾き)と異なる場合には、MMSFに基準形状のサイズの他に何段階かのサイズ変化と回転変化の情報をあらかじめインストールしておく必要があり、すなわち、1つの形状に対しても多数のサイズと回転情報をホログラム乾板上にインストールしておく必要があって、ホログラムの作成準備に多くの手間と時間がかかるという欠点があった。
【０００７】
ところで、被検査画像のサイズ変化と回転角変化に対応した測定法として、光学的に作成されたマッチトフィルタの代わりに、単一の形状識別に、PCを用いた計算機ホログラムを作成してマッチトフィルタとする方法が提案されてきた［特許文献2］。すなわち、液晶ディスプレイに文字や形状の参照形状を投写して、そのフーリエ変換像を座標変換して、回転不変、サイズ不変、位置不変の画像計測を行うために、PCを用いたマッチトフィルタ法がCasasentらによって、1970年代から行われ、多くの特許申請や学術論文発表が行われてきた［特許文献2］。
【０００８】
前記それらの技術では、形状のサイズや回転角が基準形状と異なっても同じ形状であると画像処理装置に認識させるために、すなわち、サイズ不変、回転不変の計測のために、形状の座標変換を行い、形状のサイズが異なっても、形状が回転して (形状が傾いて)も、同じ形状が出現するような方策がとられた。
【０００９】
しかしながら、複数の異なる形状の同時識別にこの方策を適用すると、複数形状の各形状を同時に座標変換するときに、各形状に対応するフーリエ変換像が一点に重なり、各形状情報の分離ができず、サイズ不変、回転不変での複数形状の同時並列識別は上手くゆかなかった。そのため、サイズ不変、回転不変での複数形状の同時並列識別を可能にする多重情報の分離技術は、何処にも見当たらなかった。また、複数の異なる形状のサイズ不変、回転不変の計測に対応できる多重マッチトフィルタMMSF作成の例は未だ何処にも見当たらない。
【００１０】
したがって、［特許文献１］、［特許文献２］の方法も、複数形状の光アナログ識別法の長所を完全には生かし切れていなかった。そのために異なる形状のサイズも回転(傾き)も異なる複数形状の同時識別に、小型で並列高速画像処理を可能とする光アナログ画像処理法と装置の技術開発が求められていた。
【００１１】
これに対して、複数の異なる形状の、サイズ不変、回転不変計測のための方法が検討［特許文献3］された。［特許文献3］では、異なる複数の形状の画像情報分離は参照光を使って行うと述べている。しかしながら、［特許文献3］で示される方法では、参照光を当てる機構が明確でなく、異なる形状の複数物体の同時識別の可能性は明らかではない。
【００１２】
従って、複数の異なる形状の基準画像に対して形状のサイズや回転角が異なっても同一形状として識別ができ、かつ、簡便に利用できる、複数の異なる形状画像同時並列識別の革新的な計測技術と装置の開発が求められている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特許第３８０２２４１号
【特許文献２】U.S.Patent4,084,255
【特許文献３】U.S.Patent5,497,433
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
多重情報を分離して複数の異なる形状を同時識別するために、光導伝プラスチックホログラム等の多重マッチトフィルタを用いた従来の識別法［特許文献１］では、ホログラム作成の参照光導入のために複雑な光路構成と長い光路長を要した。そのため、装置構成上、物体光と参照光をつくるための光路の単純化と光路長の短縮とが求められ、その方法と装置の開発が課題であった。
【００１５】
さらに、発明が解決しようとする課題は、単一の形状のサイズ不変、回転不変の計測にPCを用いて計算機ホログラムを作成しマッチトフィルタとするサイズ不変、回転不変計測法［特許文献2］、では困難であった、複数の異なる形状のサイズ不変計測、回転不変計測を可能にする測定法と測定装置を開発することである。
【００１６】
なお、複数の異なる形状の、サイズ不変、回転不変計測のための解決法が検討［特許文献3］されて、［特許文献3］では、異なる複数の形状の情報分離に参照光を使って行うと述べられている。しかしながら、［特許文献3］で示される方法では、参照光を当てる機構が明確でなく、異なる形状の複数物体の同時識別の可能性は明らかでなかった。
【００１７】
従って、発明が解決しようとする課題は、複数の異なる形状の、サイズ不変、回転不変計測のためには、ホログラムである多重マッチトフィルタの作成に多重性を高めるための参照光の照射法を確立することが必要であり、その方法と装置を開発することであった。
【００１８】
更にまた、技術や装置の実用化にあたっては、装置の小型化簡便化が求められているが、これに対する解決法は示されず、実用的見地からの装置の小型化簡便化の対策を早急に行うことが必要であり、参照光の光路の単純化と光路長の短縮が解決すべき課題となった。
【００１９】
以上をまとめると、本発明が解決すべき課題は、基準形状に対して形状のサイズや回転角 (傾き)が異なっても同一形状として識別ができ、かつ、複数の基準形状に対して並列に実時間的に形状識別ができる、簡便で革新的な技術と装置を開発することであって、前記の全てに関連する技術、装置を開発することである。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
以上の課題解決のため、本発明が採用した技術解決手段はつぎのようである。
【００２１】
(その１)
課題解決の手段は、図1に示すように、
可干渉性レーザの平行光束中に置かれた偏光ビームスプリッタと、液晶ディスプレイLCOS(Liquid Crystal on Silicon)等の高精細画像書込み型画像表示器、とで構成される光学系において、LCOS等の該高精細画像書込み型画像表示器上に二つのセグメントに分けたそれぞれのセグメントにフレネルレンズ機能と平面波発生機能を持たせた画像パターンを搭載し、該高精細画像書込み型画像表示器上に識別したい異なる形状の複数の基準画像をフレネルレンズ機能搭載セグメントにこれに重ねて書き込み、可干渉性レーザ平行光束を該高精細画像書込み型画像表示器に照射することによって、前記の高精細画像書込み型画像表示器上に書込んだ識別したい異なる形状の複数基準画像の光回折パターンを同時に発生させると共に平面波の参照光も同時に発生させて、前記高精細画像書込み型画像表示器搭載のフレネルレンズ機能の焦点面に設置されたホログラム作成器上で、複数の基準画像の光回折パターン群と参照光とを同時に得て、ホログラム作成面上に干渉縞を構成し、該干渉縞をホログラムとしてホログラム作成器上に書き込んで、前記複数の基準画像のそれぞれの光回折パターンと参照光との干渉縞の干渉縞間隔を異にすることによって、すなわち、各基準画像の光回折パターンの搬送周波数を異にすることによって、画像識別の多重性を確保した多重マッチトフィルタ(MMSF: multiplexed Matched Spatial Filter )の作成法であって、MMSF作成用の参照光の光路を、ハーフミラー等の光学部品によって特に構築せずに、高精細画像書込み型画像表示器上で作成して、簡便な参照光作成光路でMMSFをホログラム作成器上に作成可能とすることを特徴とする、多重マッチトフィルタの作成方法、である。 (図1参照)。
これによって、多重マッチトフィルタMMSF作成に、ホログラム作成の参照光導入のために要した複雑な光路構成を単純化し、長い光路長を短縮させる、方法が開発され、課題が解決された。
【００２２】
(その１-２)
課題解決の手段は  前記請求項１に記載の多重マッチトフィルタの作成法であって、画像のフーリエ変換像と参照光を1つの画像書込み型画像表示器で同時に得るために、高精細画像書込み型画像表示器の画素を2つのセグメントに分けてそれぞれのセグメント上にフレネル円輪パターンと回折格子(白黒の格子であるロンキーパターン)を書き込み、フレネルパターンを書込んだセグメントに基準画像を重ねて書き込んで、該画像書込み型表示器に可干渉性平行レーザ光を照射して、高精細画像書込み型画像表示器にフーリエ変換レンズと参照光発生機能を同時に持たせることを特徴とする、画像のフーリエ変換像と参照光を1つの画像書込み型画像表示器で同時に得るための方法、である。
【００２３】
(その１-３)
課題解決の手段は  前記請求項１に記載の多重マッチトフィルタの作成法であって、ホログラム作成器を光導伝プラスチックホログラムPPH(Photoconductive Plastic Hologram)作成器として、多重マッチトフィルタMMSFの作成を簡便迅速に行うことを特徴とした、多重マッチトフィルタの作成方法、である。
【００２４】
(その２)
課題解決の手段は、図2に示すように、
前記の請求項１、請求項２、または請求項３に記載の多重マッチトフィルタMMSF作成方法によって基準画像の多重マッチトフィルタMMSFを作成し、複数画像の同時検査に当たって、基準画像を設置した高精細画像書込み型画像表示器の画像表示面に基準画像作成時に書き込んだフレネルパターンと同じ機能を持つフレネルパターンだけを書き込み、その同じ画像表示面に複数の被検査画像を重ねて書き込んで、画像表示面にレーザ光を照射し、MMSF作成時に発生した参照光の光軸上にMMSFを前焦点面として設置された逆フーリエ変換レンズの後焦点面上で、各基準画像に対する相関光群を、異なる形状ごとに基準画像設置位置を中心にして被検査画像の位置と点対象の位置に得て、該相関光群をCCDカメラ等の画像撮影機で取得して、複数の異なる形状ごとの画像を自動的に識別可能にする、特別な参照光作成光路をつくらずに高精細画像書込み表示器で参照光光路を構成する簡便な光学系で複数形状の画像を同時自動識別可能にすることを特徴とする、複数の異なる形状の同時識別方法、である。
これによって、特別な参照光作成光路をつくらずに高精細画像書込み表示器で参照光光路を構成する簡便な光学系で、多重マッチトフィルタMMSFを作成し、複数形状の画像を同時自動識別可能にする方法が開発され、課題が解決された。
【００２５】
(その３)
課題解決の手段は、図３に示すように、
前記請求項４に記載の多重マッチトフィルタMMSFによる複数の異なる形状の同時識別方法であって、MMSF作成に当たって、LCOS等の高精細画像書込み型画像表示器に重ねて書き込む基準画像を基準形状画像の対数極座標変換パターンとし、被検査画像を被検査形状画像の対数極座標変換パターンとして複数の異なる形状の同時識別を可能にし、被検査画像群のサイズと回転角が基準画像群と異なる場合であっても同時識別を可能とすることを特徴とする、複数の異なる形状の同時識別方法、である。
これによって、被検査画像群のサイズと回転角が基準画像群と異なる場合であっても同時識別を可能とするという課題の一部が解決された。
【００２６】
(その４)
課題解決の手段は、図4に示すように、
可干渉性レーザの平行光束中に置かれた偏光ビームスプリッタと、液晶ディスプレイLCOS(Liquid Crystal on Silicon)等の高精細画像書込み型画像表示器、とで構成される光学系において、LCOS等の該高精細画像書込み型画像表示器上にフレネルパターンだけを書き込んでフレネルレンズ機能を持たせた画像発生パターンを搭載し、該高精細画像書込み型画像表示器上に識別したい異なる形状の複数の画像をこれに重ねて書き込み、可干渉性レーザ平行光束を該高精細画像書込み型画像表示器に照射することによって、前記の高精細画像書込み型画像表示器上に書込んだ識別したい異なる形状の複数画像の光回折パターンを発生させ、前記高精細画像書込み型画像表示器搭載のフレネルレンズ機能の焦点面に置かれた、対数極座標変換機能とフレネルレンズ機能を同時に持たせた第二の高精細画像書込み型画像表示器に、前記の異なる形状の複数画像の光回折パターンを同時に照射して、第二の高精細画像書込み型画像表示器フレネルレンズの焦点面に、異なる形状の複数の画像のサイズ変化と回転変化に応じて垂直または水平に平行移動する対数極座標変換パターン群を得ることを可能にする、異なる複数形状画像のそれぞれに対応する対数極座標変換パターンがサイズ変化と回転変化に応じてそれぞれが同一形状で垂直または水平に平行移動することを特徴とする、画像処理の方法、である。
これを用いれば、被検査画像群のサイズと回転角が基準画像群と異なる場合であっても複数形状画像の同時識別を可能にするから、これによって、課題の一部が解決された。
【００２７】
(その５)
課題解決の手段は、図5に示すように、
前記請求項５と前記請求項６に記載の方法を併合した、被検査画像群のサイズと回転角が基準画像群と異なる場合であっても同時識別を可能とする方法であって、前記請求項６に記載の方法で、異なる形状の複数の基準画像の対数極座標変換画像をCCDカメラで撮り込み、該基準画像の対数極座標変換画像を基準画像として、前記請求項５に記載の、LCOS等の高精細画像書込み型画像表示器に送って、該画像表示器に重ねて書き込んで、基準画像のMMSFを作成し、サイズや回転角の異なる被検査画像の同時識別は、前記請求項６に記載の方法でLCOS等の高精細画像書込み型画像表示器に被検査画像を重ねて書き込んで得られる対数極座標変換パターン群を、前記請求項５に記載のLCOS等の高精細画像書込み型画像表示器に送って、該画像表示器に重ねて書き込んで、前記MMSFで被検査画像群のサイズと回転角が基準画像群と異なる場合であっても同時識別が行われるという、複数の異なる形状の画像のサイズ不変、回転角不変の同時計測を可能とすることを特徴とする、複数の異なる形状の同時識別方法、である。
これによって、被検査画像群のサイズと回転角が基準画像群と異なる場合であっても同時識別を可能とすることの課題が解決された。
【００２８】
(その６)
従来技術では、多重情報を分離するために用いられる参照光作成照射法で、参照光の照射光学系が物体光の光学系に重なって、識別光学系の寸法を長くし、複雑にするという欠点があった。
【００２９】
その課題解決の手段は、図6に示すように、以下のような装置を提供することである。
外部振動を防ぐために1本の光学レールの上に、可干渉性レーザ光源、レーザ平行光作成光学系、偏光キューブ、液晶ディスプレイLCOS(Liquid Crystal on Silicon)等の高精細画像書込み型画像表示器、光導伝プラスチックホログラム(PPH)作成器、を一体として設置し、可干渉性レーザの平行光束中に置かれた偏光ビームスプリッタと、LCOS等高精細画像書込み型画像表示器、とで構成される光学系において、LCOS等の該高精細画像書込み型画像表示器上に二つのセグメントに分けたそれぞれのセグメントにフレネルレンズ機能と平面波発生機能を持たせた画像パターンを搭載し、該高精細画像書込み型画像表示器上に識別したい異なる形状の複数の基準画像をフレネルレンズ機能搭載セグメントにこれに重ねて書き込み、可干渉性レーザ平行光束を該高精細画像書込み型画像表示器に照射することによって、前記の高精細画像書込み型画像表示器上に書込んだ識別したい異なる形状の複数基準画像の光回折パターンを同時に発生させると共に平面波の参照光も同時に発生させて、前記高精細画像書込み型画像表示器搭載のフレネルレンズ機能の焦点面に設置されたホログラム作成器上で、複数の基準画像の光回折パターン群と参照光とを同時に得て、ホログラム作成面上に干渉縞を構成し、該干渉縞をホログラムとしてホログラム作成器上に書き込んで、前記複数の基準画像のそれぞれの光回折パターンと参照光との干渉縞の干渉縞間隔を異にすることによって、すなわち、各基準画像の光回折パターンの搬送周波数を異にすることによって、画像識別の多重性を確保した多重マッチトフィルタ(MMSF: multiplexed Matched Spatial Filter )を作成し、基準画像を設置した高精細画像書込み型画像表示器の画像表示面に基準画像作成時に書き込んだフレネルパターンと同じ機能を持つパターンだけを書き込み、その同じ画像表示面にCCDカメラから取り込んだ複数の被検査画像を書き込んで、画像表示面にレーザ光を照射すれば、MMSF作成時に発生した参照光の光軸上にMMSFを前焦点面として設置された集光レンズの後焦点面上で、各基準画像に対する相関光群が、異なる形状ごとに基準画像設置位置を中心にして被検査画像の位置と点対象の位置に得られ、該相関光群を集光レンズの後焦点面で、CCDカメラ等の画像撮影機で取得して、複数の異なる形状ごとの画像を自動的に識別可能にする、特別な参照光作成光路をつくらずに高精細画像書込み表示器で参照光光路を構成する簡便な光学系で複数形状の画像を自動識別可能にすることを特徴とする、複数の異なる形状の同時識別装置、である。
これによって、特別な参照光作成光路をつくらずに高精細画像書込み表示器で参照光光路を構成する簡便な光学系で、多重マッチトフィルタMMSFを作成し、複数形状の画像を同時自動識別可能にする装置が開発され、課題が具体的に解決された。
【００３０】
(その７)
課題解決の手段は、［請求項９］Fig.７参照  装置    サイズ不変計測、回転不変計測
外部振動を防ぐために1本の光学レールの上に、可干渉性レーザ光源、λ/2板、レーザ平行光作成光学系、偏光キューブ、液晶ディスプレイLCOS(Liquid Crystal on Silicon)等の高精細画像書込み型画像表示器、を設置し、該偏光キューブの光軸直交軸の両側にそれぞれLCOS等の高精細画像書込み型画像表示器を備え、また必要に応じてλ/2板を備えて、LCOS等の該高精細画像書込み型画像表示器上にフレネルレンズ機能を持たせた画像発生パターンを搭載し、該高精細画像書込み型画像表示器上に、CPUを備えたCCDカメラから撮り込まれた、あるいは、CPUから送られた、識別したい異なる形状の複数の画像をこれに重ねて書き込み、可干渉性レーザ平行光束を該高精細画像書込み型画像表示器に照射することによって、前記の高精細画像書込み型画像表示器上に書込んだ識別したい異なる形状の複数画像の光回折パターンを発生させ、前記高精細画像書込み型画像表示器搭載のフレネルレンズ機能の焦点面に、対数極座標変換機能とフレネルレンズ機能を同時に持たせた第二の高精細画像書込み型画像表示器を置いて、これに前記の異なる形状の複数画像の光回折パターンを同時に照射して、第二の高精細画像書込み型画像表示器上のフレネルレンズの焦点面に、異なる形状の複数の画像のサイズ変化と回転角変化に応じて垂直または水平に平行移動する対数極座標変換パターン群を得て、それをCCDカメラで撮り込むことを可能にする、複数の異なる形状の画像のサイズ変化と回転角変化に応じて垂直または水平に平行移動する対数極座標変換パターン群を簡便に得ることを特徴とする、画像処理装置、である。
これによって、被検査画像群のサイズと回転角が基準画像群と異なる場合であっても、異なる形状の複数の画像の同時識別を可能とすることの課題が具体的に解決された。  
【００３１】
(その８)
課題解決の手段は、図8に示すように、
前記請求項９に記載の画像処理装置と前記請求項８に記載の複数の異なる形状の同時識別装置とを併合した機能を備える装置であって、外部振動を防ぐために1本の光学レールの上に、可干渉性レーザ光源、λ/2板、レーザ平行光作成光学系、偏光キューブ、液晶ディスプレイLCOS(Liquid Crystal on Silicon)等の高精細画像書込み型画像表示器、を設置し、該偏光キューブの光軸直交軸の両側にそれぞれLCOS等の高精細画像書込み型画像表示器を備え、また必要に応じてλ/2板とを備えて構成される、複数の異なる形状の画像のサイズ変化と回転角変化に応じて垂直または水平に平行移動する対数極座標変換パターン群を簡便に得ることを特徴とする画像処理装置と、可干渉性レーザ光源、レーザ平行光作成光学系、λ/2板、偏光キューブ、空間光変調器またはCCDカメラ、液晶ディスプレイLCOS(Liquid Crystal on Silicon)等の高精細画像書込み型画像表示器、光導伝プラスチックホログラム(PPH)作成器、集光レンズ、CCDカメラ、で構成される、複数形状の画像を自動識別可能にすることを特徴とする、複数の異なる形状の同時識別装置を、一体として該光学レール上に設置し、前記の複数形状画像のサイズ変化と回転角変化に応じて垂直または水平に平行移動する対数極座標変換パターン群を簡便に得ることを特徴とする画像処理装置のLCOS等の該高精細画像書込み型画像表示器上にフレネルレンズ機能を持たせた画像発生パターンを搭載し、該高精細画像書込み型画像表示器上にCPUを備えたCCDカメラから撮り込まれた、あるいは、CPUから送られた、識別したい異なる形状の複数の基準画像をこれに重ねて書き込み、可干渉性レーザ平行光束を該高精細画像書込み型画像表示器に照射することによって、前記の高精細画像書込み型画像表示器上に書込んだ識別したい異なる形状の複数基準画像の光回折パターンを発生させて、前記高精細画像書込み型画像表示器搭載のフレネルレンズ機能の焦点面に、対数極座標変換機能とフレネルレンズ機能を同時に持たせた第二の高精細画像書込み型画像表示器を置いて、これに前記の異なる形状の複数基準画像の光回折パターンを同時に照射して、第二の高精細画像書込み型画像表示器フレネルレンズの焦点面に、基準画像の対数極座標変換パターン群を得て、この画像をCCDカメラまたは画像投射機で取り込み、その画像を、前記の複数の異なる形状の同時識別装置のLCOS等高精細画像書込み型画像表示器のフレネルレンズ機能を搭載したセグメント上に投射して、可干渉性レーザ平行光束を照射して、PPH上にMMSFを作成し、CPUを備えたCCDカメラから撮り込まれた、あるいは、CPUから送られた被検査画像を前記画像処理装置のLCOS等高精細画像書込み型画像表示器に投射すれば、前記画像処理装置の対数極座標変換パターン群取得用のCCDカメラまたは画像投射機で取り込み、その画像を、前記識別装置のLCOS等高精細画像書込み型画像表示器のフレネルレンズ機能を搭載したセグメント上に投射して、可干渉性レーザ平行光束を照射すれば、前記の基準画像のMMSFで識別されて、CCDカメラで被検査画像の形状ごとの位置と数が同時に画像として撮り込まれる、複数の異なる形状のサイズ不変、回転不変の画像識別を可能とすることを特徴とする、複数の異なる形状の同時識別装置、である。
これによって、被検査画像群のサイズと回転角が基準画像群と異なる場合であっても複数形状の同時識別を可能とすることの課題が具体的に解決された。
【発明の効果】
【００３２】
本発明は、それぞれの課題に対して十分な効果があり、有効な解決策が見出された。
なお、本発明により開発された装置の適用例の一つは、異なる形状の粒子群の形状別の位置と挙動の測定に用いられた。粒子の形状ごとの数と位置およびそれらの挙動が測定され、例えば生体細胞の形状別の数や挙動の検査法として適用される可能性があり、効果的な識別検査結果が得られ、本発明の有効性が確かめられた。
発明の効果を課題別に具体的に述べると以下のようである。
【００３３】
(その１)
異なる形状の複数画像の識別に必要な多重マッチトフィルタMMSF作成にあたって、MMSFの多重性を引き出すために必要不可欠な参照光の簡便な光路作成に、本発明は、特別な参照光作成光路をつくらずに高精細画像書込み表示器のセグメントを分けて、それぞれのセグメントにフレネルレンズ機能と平面波発生機能を持たせた画像パターンを搭載し参照光の光路を構成する簡便な光学系で実現した。
これによって、ホログラム作成の参照光導入のために複雑な光路構成と長い光路長を要した従来法の欠点を補い、装置構成上、物体光と参照光をつくるための光路の単純化と光路長の短縮とが実現され、本発明で目的の一つは十分に達成された。
【００３４】
(その２)
また、技術や装置の実用化にあたっては、装置の小型化簡便化が求められているが、これに対する解決法として、高精細画像書込み型画像表示器の画像表示面のセグメントを二つのセグメントに分け、それぞれのセグメントにフレネルレンズ機能と平面波発生機能を持たせた画像パターンを搭載し、該フレネルレンズ機能搭載のセグメントに識別したい異なる形状の複数の画像を重ね書きして、簡便に物体光を作成し、平面波発生機能を持たせたセグメントで同時に参照光を作成するという、簡便で小型の装置が構成された。
これによって、実用的見地からの装置の小型化簡便化の課題も解決され、発明の効果は十分に発揮された。
【００３５】
(その３)
さらに、基準形状に対して形状のサイズや回転角が異なっても同一形状として識別ができ、かつ、複数の基準形状に対して並列に実時間的に形状識別ができる、簡便で革新的な技術と装置を開発することに対しての課題一つは、被検査画像群のサイズと回転角が基準画像群と異なる場合でも、複数の被検査画像の情報が基準画像と同じ形状を持ち、かつそれらの情報が分離されて出力される必要がある。
その解決法は、図4に示すように、高精細画像書込み型画像表示器5上に書込んだ識別したい異なる形状の複数画像の光回折パターンを発生させ、前記高精細画像書込み型画像表示器5に搭載のフレネルレンズ機能の焦点面に置かれた、対数極座標変換機能とフレネルレンズ機能を同時に持たせた第二の高精細画像書込み型画像表示器20に、前記の異なる形状の複数画像の光回折パターンを同時に照射して、第二の高精細画像書込み型画像表示器20のフレネルレンズの焦点面に、異なる形状の複数の画像のサイズ変化と回転変化に応じて垂直または水平に平行移動する対数極座標変換パターン群を得ることで可能にした。
そして、異なる複数形状画像のそれぞれに対応する対数極座標変換パターンがサイズ変化と回転変化に応じてそれぞれが同一形状で垂直または水平に平行移動する画像処理の方法と装置をつくった。
本発明により、被検査画像群のサイズと回転角が基準画像群と異なる場合であっても複数形状画像の同時識別を可能にすることができ、課題の一部が解決された。
【００３６】
(その４)
また更に、基準形状に対して形状のサイズや回転角が異なっても同一形状として識別ができ、かつ、複数の基準形状に対して並列に実時間的に形状識別ができる、簡便で革新的な技術と装置を開発することに対しての課題一つは異なる複数形状画像のそれぞれに対応する対数極座標変換パターンがサイズ変化と回転変化に応じてそれぞれが同一形状で垂直または水平に平行移動することに対して、同時実時間で画像処理する方法と装置をつくることであった。
これに対して、異なる複数形状画像のそれぞれに対応する対数極座標変換パターンがサイズ変化と回転変化に応じてそれぞれが同一形状で垂直または水平に平行移動する。従って、それぞれの基準画像の形状に応じて垂直または水平に平行移動する被検査画像と基準画像の対数極座標変換パターンを多重マッチトフィルタ識別法で識別可能にする方法を開発した。図3にその方法を示した。
レーザ１から照射された可干渉性レーザ光を、凹レンズ２、λ/2板7と凸レンズ3を通して可干渉性平行光束とし、偏光ビームスプリッタ4を通してLCOS(Liquid Crystal on Silicon) 5に照射する。LCOS 5上には、該LCOS 5が２つのセグメント(領域)に分けられ、それぞれのセグメントにフレネルレンズパターンと格子状パターンが書き込まれている。
異なる形状の複数の基準画像の対数極座標変換パターン群のMMSFの作成はつぎのように行われた。
前記LCOS 5上のフレネルレンズパターン領域に、PCで制御されたCCDカメラで撮り込まれた複数の異なる形状の基準画像の対数極座標変換パターンあるいはPCから送られた複数の異なる形状の基準画像の対数極座標変換パターンを投影する。前記LCOS 5上のフレネルレンズパターン領域に、一例として、AとBの基準画像の対数極座標変換パターンが重ねて書き込まれた状態を示した(LCOS画面11参照)。
そのLCOS 5にレーザ１から照射された可干渉性レーザ光を、凹レンズ２、λ/2板7と凸レンズ3を通して可干渉性平行光束とし、偏光ビームスプリッタ4を通して照射する。LCOS 5からの反射光はλ/2板7と偏光ビームスプリッタ4を通ってPPH 6上でMMSF6を構成する。
複数の異なる形状画像の対数極座標変換パターンの検査はつぎのように行われた。LCOS 5上に基準画像作成時と同じ形のフレネルレンズのパターンを書き込み、そこにCCDカメラまたはPCから被検査画像の対数極座標変換パターンを重ねて投射する(LCOS画面16参照)。このLCOS 5の画面に可干渉性レーザ平行光束を照射すれば、λ/2板7と偏光ビームスプリッタ4を通ってMMSF6に照射された被検査画像の光回折パターン群は、MMSF 6によって識別され、集光レンズ8の後焦点面上に、被検査画像を示す相関光が、各形状の基準画像の設定位置を中心に点対象に同時に出現する。従って、この相関光群をCCDカメラ9で撮影すれば、基準画像の対数極座標変換パターンの各形状ごとに被検査画像の対数極座標変換パターンの位置と数が検出される。これについての検査装置も開発された。
これによって、発明の効果は十分に発揮された。
【００３７】
(その５)
課題を解決する装置は、
複数の異なる形状画像を基準画像として、基準画像に対してサイズ変化や回転角変化した複数画像を含めた被検査画像を、基準画像の形状ごとに同時識別し、その形状ごとの空間分布と数を同時表示する装置の実施例として、図7、図8に示した。
その例は、外部振動を防ぐために1本の光学レール55の上に、可干渉性レーザ光源1、レーザ平行光作成光学系を構成する凹レンズ２と凸レンズ3、λ/2板7、偏光ビームスプリッタ4、CCDカメラ21、および、該偏光ビームスプリッタ4と共にその両脇にλ/2板7とLCOS(Liquid Crystal on Silicon)等の高精細画像書込み型画像表示器56およびLCOS 20を搭載した光学ベースを載せて、検査画像のサイズと回転角の変化に対応して検査画像の対数極座標変換パターンの位置が上下左右に変化する複数の検査画像の対数極座標変換パターンが同時に得られ装置を構成する。また、外部振動を防ぐために1本の光学レール51の上に、画面表示34に示すような二つのセグメントに分けたそれぞれのセグメントにフレネルレンズ機能と平面波発生機能を持たせた画像パターンを搭載したLCOS(Liquid Crystal on Silicon)等の高精細画像書込み型画像表示器45、λ/2板47、該偏光ビームスプリッタ44、LCOS 47のフレネルレンズ機能の焦点面にPPH作成器46、PPH作成器46を前焦点面とした集光レンズ48、集光レンズ48の後焦点面を画像の焦点面としてCCDカメラ49 を、同時に光学レール51上に載せると共に、光学ベース52上に偏光ビームスプリッタ44と共に可干渉性レーザ光源1、レーザ平行光作成光学系を構成する凹レンズ２と凸レンズ3、λ/2板7を載せて、一体型に配置して設置し、LCOS等の高精細画像書込み型画像表示器45のフレネル機能を搭載したセグメントに前記検査画像の対数極座標変換パターン同時取得装置のCCDカメラ21から投入される複数の検査画像の対数極座標変換パターンが重ねて書き込まれれば、それらの対数極座標変換パターンの同時識別が自動的に行われる装置を構成する。
【００３８】
これらの2つの装置を一体化させて、検査画像のサイズと回転角が変化したときでも、同一形状の画像であることが識別できる装置を図7に示すように構成した。
サイズと回転角が変化したものも含めた複数画像の同時識別はこの装置を用いてつぎのように行われた。
フレネルレンズのパターンが書き込まれたLCOS 5上に、LCOS 5につながったCCDカメラあるいはPCから、図7に示すように、例えばAとBの文字のような複数基準検査画像を重ね書きする(LCOS画面31参照)。そして、該LCOS 5に、レーザ１から照射された可干渉性レーザ光を、凹レンズ２、λ/2板7と凸レンズ3を通して可干渉性平行光束とし、偏光ビームスプリッタ4を通して照射する。LCOS 5からの反射光はλ/2板7と偏光ビームスプリッタ4を通って、対数極座標変換パターンとフレネルレンズのパターンとが重ね書きされている第二のLCOS 20の画面(LCOS画面32参照)に照射する。LCOS 20で反射されたレーザ光は対数極座標変換されて波長板を通り、フレネルレンズ機能の焦点面に集光されて、複数の基準検査画像の対数極座標変換パターンが同時に得られる。なお、それらの対数極座標変換パターンは基準検査画像のサイズと回転角の変化に対応してその位置が上下左右に変化する。前記で得られた基準画像の対数極座標変換画像をCCDカメラ21または空間光変調器の画像面21上でCCDカメラで撮り込みまたは空間光変調器の入射面に照射して、それらの基準画像の対数極座標変換画像をLCOS 45上のフレネルレンズパターンが書き込まれたセグメント上に重ね書きする。
【００３９】
そして、レーザ4１から照射された可干渉性レーザ光を、凹レンズ4２、λ/2板47と凸レンズ43を通して可干渉性平行光束とし、偏光ビームスプリッタ44を通してLCOS(Liquid Crystal on Silicon) 45に照射すれば、光導伝プラスチックホログラムPPH乾板上に基準画像の対数極座標変換画像と参照光の干渉画像が得られ、PPHをその場現像して基準画像の多重マッチトフィルタMMSFを作成する。
基準検査画像とサイズや回転角が異なるものも含めた複数の被検査画像の識別はつぎのように行われた。
LCOS 5につながったCCDカメラあるいはPCから、被検査画像をLCOS 5上に重ね書きして、レーザ１から照射された可干渉性レーザ光を、凹レンズ２、λ/2板7と凸レンズ3を通して可干渉性平行光束とし、偏光ビームスプリッタ4を通してLCOS 5上に照射すれば、CCDカメラまたは空間光変調器の画像面21上で被検査画像の対数極座標変換画像が得られ、それをLCOS 45上のフレネルレンズパターンが書き込まれたセグメント上に自動的に重ね書きするようにして、レーザ4１から照射された可干渉性レーザ光を、凹レンズ4２、λ/2板47と凸レンズ43を通して可干渉性平行光束とし、偏光ビームスプリッタ44を通してLCOS(Liquid Crystal on Silicon) 45に照射すれば、基準画像が書き込まれたPPH 46で自動的に形状識別されて、基準形状画像ごとに識別された相関光が集光レンズ48の後焦点面に基準形状ごとに分離して現われる。それをCCDカメラ49で撮影すれば、異なる形状の複数画像がサイズや回転角の変化にかかわらず同時に識別された。
本発明によって、基準形状に対して形状のサイズや回転角が異なっても同一形状として識別ができ、かつ、複数の基準形状に対して並列に実時間的に形状識別ができる、簡便で革新的な技術と装置が達成され、発明の効果は十分に発揮された。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】多重マッチトフィルタMMSF作成の参照光と物体光の簡便な光路作成法の説明図
【図２】参照光と物体光の簡便な光路作成法を用いたMMSFによる複数形状の同時識別法
【図３】複数の対数極座標変換画像のMMSFによる同時識別法の概略図
【図４】サイズと回転角が異なる画像の対数極座標変換パターンの取得法の概略図
【図５】サイズと回転角が異なる複数画像の同時識別法の概略図
【図６】参照光と物体光の簡便な作成法を用いたMMSFによる複数形状の同時識別装置
【図７】サイズと回転角が異なる画像を含んだ複数形状画像の同時識別装置構成の概略
【図８】サイズと回転角が異なる画像を含んだ複数形状画像の同時識別のための一体型装置構成の概略図
【実施例】
【００４１】
図1に、高精細画像書込み型画像表示器上で物体光と参照光を簡便に作成し、多重マッチトフィルタMMSFを容易に作成する方法の概略を示した。
レーザ１から照射された可干渉性レーザ光を、凹レンズ２、λ/2板7と凸レンズ3を通して可干渉性平行光束とし、偏光ビームスプリッタ4を通してLCOS(Liquid Crystal on Silicon) 5に照射する。LCOS 5上には、該LCOS 5が２つのセグメント(領域)に分けられ、それぞれのセグメントにフレネルレンズパターンと回折格子(白黒のロンキーパターン)の格子状パターンが書き込まれ(LCOS画面11参照)ており、LCOS 5に可干渉性平行レーザ光束が照射されると前記のパターンによるフレネルレンズ機能と平面波発生機能が出現する。LCOS 5上のフレネルレンズパターン領域に識別したい異なる形状の複数基準画像が重ねて書き込まれれば、可干渉性平行レーザ光はLCOS 5で反射され、λ/2板7と偏光ビームスプリッタ4を通って、搭載されたフレネルレンズの焦点面に置かれたPPH 6上に、複数基準画像の光回折パターン群が零次光中心に重なって現われ、また、参照光が同時に現われて、複数基準画像の光回折パターン群と参照光がホログラム作成器6のホログラム乾板面に干渉縞を構成する(14、15参照)。例として示された光回折パターンの平面波との干渉縞14,15はそれぞれの光回折パターンが平面波参照光と干渉したものであり、PPH 6上で零次光中心に重なって現われる。なお、図中の12、13はそれぞれAとBの光回折パターンの参照光との干渉縞を示している。参照光とそれぞれの基準画像との位置によって交差角が異なるから、それらの干渉縞の縞間隔は異なり、それぞれの基準画像の光回折パターンは重なっても分離可能となる。
従って、それらの干渉縞を多重ホログラムとして光導伝プラスチックホログラムPPH作成器６上に書き込めば、前記複数の基準画像のそれぞれの光回折パターンと参照光との干渉縞の縞間隔を異にするホログラムを得ることができる。これによって、すなわち、各基準画像の光回折パターンの搬送周波数を異にすることによって、画像識別の多重性を確保した多重マッチトフィルタ(MMSF: multiplexed Matched Spatial Filter )6を作成することができた。以上に述べた方法によって、MMSF作成用の参照光の光路を、ハーフミラー等の光学部品によって特に構築することなく、高精細画像書込み型画像表示器上で簡便に作成することができた。本発明によって、MMSFがホログラム作成器上で簡便に作成可能となった。 
なお、多重マッチトフィルタMMSFに基準画像を投影する方法は、PCで制御されたCCDカメラで撮り込まれた複数の異なる形状の基準画像あるいはPCから送られた複数の異なる形状の基準画像を、LCOS 5上のフレネルレンズパターン領域に投影することによって行われる。以上のMMSF作成法が実験的に確かめられた。(図1参照)。
【００４２】
図2に、高精細画像書込み型画像表示器上で物体光と参照光の発生機構を構築し、多重マッチトフィルタMMSFを簡便迅速に作成して、MMSFで複数の異なる形状ごとの画像の空間分布や数を簡便迅速に識別することを可能とする、本発明の方法の概略を示した。
さて、MMSFの作成は前項で述べた如くに行われた。そして、PPH 6上で作成されたMMSFを前焦点として参照光の光軸上に集光レンズ8を設置し、集光8の後焦点面を画像識別結果の相関光群の出現面として、これをCCDカメラで撮影することによって、複数の異なる形状ごとの画像の空間分布や数を同時並列に測定することができた。図2にはその測定法の概略が示されている。
【００４３】
レーザ１から照射された可干渉性レーザ光を、凹レンズ２、λ/2板7と凸レンズ3を通して可干渉性平行光束とし、偏光ビームスプリッタ4を通してLCOS(Liquid Crystal on Silicon) 5に照射する。LCOS 5上には、該LCOS 5が２つのセグメント(領域)に分けられ、それぞれのセグメントにフレネルレンズパターンと格子状パターンが書き込まれている。
異なる形状の複数の基準画像のMMSFの作成はつぎのように行われた。前記LCOS 5上のフレネルレンズパターン領域に、PCで制御されたCCDカメラで撮り込まれた複数の異なる形状の基準画像あるいはPCから送られた複数の異なる形状の基準画像を投影する。前記LCOS 5上のフレネルレンズパターン領域に、一例として、AとBの基準画像が重ねて書き込まれた状態を示した(LCOS画面11参照)。
そのLCOS 5にレーザ１から照射された可干渉性レーザ光を、凹レンズ２、λ/2板7と凸レンズ3を通して可干渉性平行光束とし、偏光ビームスプリッタ4を通して照射する。LCOS 5からの反射光はλ/2板7と偏光ビームスプリッタ4を通ってPPH 6上でMMSF6を構成する。
【００４４】
複数の異なる形状の画像の検査はつぎのように行われた。LCOS 5上に基準画像作成時と同じ形のフレネルレンズのパターンを書き込み、そこにCCDカメラまたはPCから被検査画像を重ねて投射する(LCOS画面16参照)。このLCOS 5の画面に可干渉性レーザ平行光束を照射すれば、λ/2板7と偏光ビームスプリッタ4を通ってMMSF6に照射された被検査画像の光回折パターン群は、MMSF 6によって識別され、集光レンズ8の後焦点面上に、被検査画像を示す相関光が、各形状の基準画像の設定位置を中心に点対象に同時に出現する。従って、この相関光群をCCDカメラ9で撮影すれば、基準画像の各形状ごとに被検査画像の位置と数が検出される。この方法は実験的に成立することが確認された。(図2参照)。
【００４５】
異なる複数形状画像のそれぞれに対応する対数極座標変換パターンがサイズ変化と回転変化に応じてそれぞれが同一形状で垂直または水平に平行移動する。従って、それぞれの基準画像の形状に応じて垂直または水平に平行移動する被検査画像と基準画像の対数極座標変換パターンを多重マッチトフィルタ識別法で識別可能にする方法を開発した。
図3にその方法の概略を示した。
レーザ１から照射された可干渉性レーザ光を、凹レンズ２、λ/2板7と凸レンズ3を通して可干渉性平行光束とし、偏光ビームスプリッタ4を通してLCOS(Liquid Crystal on Silicon) 5に照射する。LCOS 5上には、該LCOS 5が２つのセグメント(領域)に分けられ、それぞれのセグメントにフレネルレンズパターンと格子状パターンが書き込まれている。異なる形状の複数の基準画像の対数極座標変換パターン群のMMSFの作成はつぎのように行われた。
【００４６】
前記LCOS 5上のフレネルレンズパターン領域に、PCで制御されたCCDカメラで撮り込まれた複数の異なる形状の基準画像の対数極座標変換パターンあるいはPCから送られた複数の異なる形状の基準画像の対数極座標変換パターンを投影する。前記LCOS 5上のフレネルレンズパターン領域に、一例として、AとBの基準画像の対数極座標変換パターンが重ねて書き込まれた状態を示した(LCOS画面11参照)。
そのLCOS 5にレーザ１から照射された可干渉性レーザ光を、凹レンズ２、λ/2板7と凸レンズ3を通して可干渉性平行光束とし、偏光ビームスプリッタ4を通して照射する。LCOS 5からの反射光はλ/2板7と偏光ビームスプリッタ4を通ってPPH 6上でMMSF6を構成する。
【００４７】
複数の異なる形状画像の対数極座標変換パターンの検査はつぎのように行われた。LCOS 5上に基準画像作成時と同じ形のフレネルレンズのパターンを書き込み、そこにCCDカメラまたはPCから被検査画像の対数極座標変換パターンを重ねて投射する(LCOS画面16参照)。このLCOS 5の画面に可干渉性レーザ平行光束を照射すれば、λ/2板7と偏光ビームスプリッタ4を通ってMMSF6に照射された被検査画像の光回折パターン群は、MMSF 6によって識別され、集光レンズ8の後焦点面上に、被検査画像を示す相関光が、各形状の基準画像の設定位置を中心に点対象に同時に出現する。従って、この相関光群をCCDカメラ9で撮影すれば、基準画像の対数極座標変換パターンの各形状ごとに被検査画像の対数極座標変換パターンの位置と数が検出される。
【００４８】
図4のLCOS 画面31に示すように、フレネルレンズのパターンが書き込まれたLCOS 5上に、例えば文字AとBのような複数の検査画像がCCDカメラまたはPCから重ねて書き込まれたときに、図4に示す対数極座標変換機構を用いれば、検査画像の対数極座標変換パターンは検査画像のサイズと回転角が変化しても、それぞれの画像の対数極座標変換パターンの大きさは変らず、検査画像のサイズと回転角の変化に対応して対数極座標変換パターンの位置が上下左右に変化するだけである。
一例として、フレネルレンズのパターンが書き込まれたLCOS 5上にAとBの文字を同時に重ね書きして得られる複数の検査画像の対数極座標変換パターンの取得機構の概要説明を図4に示した。
【００４９】
上記複数検査画像をLCOS 5に重ね書きして、該LCOS 5に、レーザ１から照射された可干渉性レーザ光を、凹レンズ２、λ/2板7と凸レンズ3を通して可干渉性平行光束とし、偏光ビームスプリッタ4を通して照射する。LCOS 5からの反射光はλ/2板7と偏光ビームスプリッタ4を通って、対数極座標変換パターンとフレネルレンズのパターンとが重ね書きされている第二のLCOS 20の画面(LCOS画面32参照)に照射される。LCOS 20で反射されたレーザ光は対数極座標変換されて波長板を通り、フレネルレンズ機能の焦点面に集光されて、複数の検査画像の対数極座標変換パターンが同時に得られる。それらの対数極座標変換パターンは検査画像のサイズと回転角の変化に対応してその位置が上下左右に変化する。
なお、第二のLCOS 20の画面では、LCOS 5からの照射光である検査画像AとBの回折光がフレネルレンズ機能の焦点面上で重なるが、検査画像の回折光の位相情報が保存されているために、それらの重なった対数極座標変換パターンは自動的に分離されてCCDカメラまたは空間光変調器の画像面21上に検査画像の位置に対応して分離されて出現する(画面33参照)。
【００５０】
図5に、複数の異なる形状画像を基準画像として、基準画像に対してサイズ変化や回転角変化した複数画像を含めた被検査画像を、基準画像の形状ごとに同時識別し、その形状ごとの空間分布と数を同時表示する方法の実施例を示した。
検査画像のサイズと回転角が変化したときに検査画像の対数極座標変換パターンは同一サイズでその位置が上下左右に変化する。従って、前述の図4に示した、同一形状で異なるサイズや回転角の検査画像を対数極座標変換パターンの位置の変化に直す方法と、前述した図3に示した、空間分布する複数の検査画像の対数極座標変換パターンを分離して同時に識別する方法、とを合体させて、検査画像のサイズと回転角が変化したときでも、同一形状の画像であることが識別できる方法を図5に示すように構成した。
【００５１】
フレネルレンズのパターンが書き込まれたLCOS 5上に、図5に示すように、例えばAとBの文字のような複数基準検査画像を重ね書きして、該LCOS 5に、レーザ１から照射された可干渉性レーザ光を、凹レンズ２、λ/2板7と凸レンズ3を通して可干渉性平行光束とし、偏光ビームスプリッタ4を通して照射する。LCOS 5からの反射光はλ/2板7と偏光ビームスプリッタ4を通って、対数極座標変換パターンとフレネルレンズのパターンとが重ね書きされている第二のLCOS 20の画面(LCOS画面32参照)に照射される。LCOS 20で反射されたレーザ光は対数極座標変換されて波長板を通り、フレネルレンズ機能の焦点面に集光されて、複数の基準検査画像の対数極座標変換パターンが同時に得られる。なお、それらの対数極座標変換パターンは基準検査画像のサイズと回転角の変化に対応してその位置が上下左右に変化する。前記で得られた基準画像の対数極座標変換画像をCCDカメラまたは空間光変調器の画像面21上でCCDカメラで撮り込みまたは空間光変調器の入射面に照射して、それらの基準画像の対数極座標変換画像をLCOS 45上のフレネルレンズパターンが書き込まれたセグメント上に重ね書きする。
【００５２】
そして、レーザ4１から照射された可干渉性レーザ光を、凹レンズ4２、λ/2板47と凸レンズ43を通して可干渉性平行光束とし、偏光ビームスプリッタ44を通してLCOS(Liquid Crystal on Silicon) 45に照射すれば、光導伝プラスチックホログラムPPH乾板上に基準画像の対数極座標変換画像と参照光の干渉画像が得られ、PPHをその場現像して基準画像の多重マッチトフィルタMMSFを作成することができる。
【００５３】
基準検査画像とサイズや回転角が異なるものも含めた複数の被検査画像の識別はつぎのように行われた。
被検査画像をLCOS 5上に重ね書きして、レーザ１から照射された可干渉性レーザ光を、凹レンズ２、λ/2板7と凸レンズ3を通して可干渉性平行光束とし、偏光ビームスプリッタ4を通してLCOS 5上に照射すれば、CCDカメラまたは空間光変調器の画像面21上で被検査画像の対数極座標変換画像が得られ、それをLCOS 45上のフレネルレンズパターンが書き込まれたセグメント上に自動的に重ね書きするようにして、レーザ4１から照射された可干渉性レーザ光を、凹レンズ4２、λ/2板47と凸レンズ43を通して可干渉性平行光束とし、偏光ビームスプリッタ44を通してLCOS(Liquid Crystal on Silicon) 45に照射すれば、基準画像が書き込まれたPPH 46で自動的に形状識別されて、基準形状画像ごとに識別された相関光が集光レンズ48の後焦点面に基準形状ごとに分離して現われる。それをCCDカメラで撮影すれば、異なる形状の複数画像がサイズや回転角の変化にかかわらず同時に識別される。
【００５４】
従来の技術では、多重情報を分離するために用いられる参照光作成照射法において、参照光の照射光学系が物体光の光学系に重なって、識別光学系の寸法を長くし、複雑にするという欠点があった。これに対して、特別な参照光作成光路をつくらずに高精細画像書込み表示器で参照光の光路を構成する簡便な光学系で、多重マッチトフィルタMMSFを作成し、複数形状の画像を同時自動識別可能にする装置が提供された。
図6に示す如く高精細画像書込み表示器で参照光の光路を構成する装置は、外部振動を防ぐために1本の光学レール52の上に、可干渉性レーザ光源1、レーザ平行光作成光学系を構成する凹レンズ２と凸レンズ3、λ/2板7を載せた光学ベース、偏光ビームスプリッタ4、液晶ディスプレイLCOS(Liquid Crystal on Silicon)等の高精細画像書込み型画像表示器5、光導伝プラスチックホログラム(PPH)作成器6、PPH 6を前焦点面とした集光レンズ8、集光レンズ8の後焦点面を焦点面として設置されたCCDカメラ等の撮影機9を、一体として設置し、高精細画像書込み表示器で参照光の光路を構成する簡便な光学系で、多重マッチトフィルタMMSFを作成し、複数形状の画像を同時自動識別可能にするように、構成された。
【００５５】
この装置を用いて複数形状の画像を同時自動識別はつぎのように行われた。
可干渉性レーザの平行光束中に置かれた偏光ビームスプリッタ4と、LCOS等高精細画像書込み型画像表示器、とで構成される光学系において、LCOS等の該高精細画像書込み型画像表示器5上に画面表示11に示すような二つのセグメントに分けたそれぞれのセグメントにフレネルレンズ機能と平面波発生機能を持たせた画像パターンを搭載する。
CCDカメラまたはPCから取り込まれた識別したい異なる形状の複数の基準画像を該高精細画像書込み型画像表示器5上のフレネルレンズ機能搭載セグメントにこれに重ねて書き込み、可干渉性レーザ平行光束を該高精細画像書込み型画像表示器5に照射することによって、前記の高精細画像書込み型画像表示器5上に書込んだ識別したい異なる形状の複数基準画像の光回折パターンを同時に発生させると共に平面波の参照光も同時に発生させて、前記高精細画像書込み型画像表示器5に搭載のフレネルレンズ機能の焦点面に設置されたホログラム作成器6上で、複数の基準画像の光回折パターン群と参照光とを同時に得て、ホログラム作成面上に干渉縞を構成する。
【００５６】
該干渉縞をホログラムとしてホログラム作成器6上に書き込んで、前記複数の基準画像のそれぞれの光回折パターンと参照光との干渉縞の干渉縞間隔を異にすることによって、すなわち、各基準画像の光回折パターンの搬送周波数を異にすることによって、画像識別の多重性を確保した多重マッチトフィルタ(MMSF: multiplexed Matched Spatial Filter )6を作成する。
【００５７】
複数画像の検査はつぎのように行われる。
基準画像を設置した高精細画像書込み型画像表示器5の画像表示面に基準画像作成時に書き込んだフレネルパターンと同じ機能を持つパターンだけを書き込み、その同じ画像表示面に外部のCCDカメラから取り込んだまたはPCから取り込んだ複数の被検査画像を高精細画像書込み型画像表示器5の全面にフレネルパターンが書き込まれた画面に重ねて書き込んで(画面16参照)、画像表示面にレーザ光を照射すれば、MMSF作成時に発生した参照光の光軸上にMMSFを前焦点面として設置された集光レンズ8の後焦点面上で、各基準画像に対する相関光群が、異なる形状ごとに基準画像設置位置を中心にして被検査画像の位置と点対象の位置に得られ、該相関光群を集光レンズ8の後焦点面で、CCDカメラ等の画像撮影機9で取得して、複数の異なる形状ごとの画像を自動的に識別可能にした。
これによって、特別な参照光作成光路をつくらずに高精細画像書込み表示器で参照光光路を構成する簡便な光学系で、多重マッチトフィルタMMSFを作成し、複数形状の画像を同時自動識別可能にする装置が開発された。
【００５８】
図7に、複数の異なる形状画像を基準画像として、基準画像に対してサイズ変化や回転角変化した複数画像を含めた被検査画像を、基準画像の形状ごとに同時識別し、その形状ごとの空間分布と数を同時表示する装置の実施例を示した。
外部振動を防ぐために1本の光学レール55の上に、可干渉性レーザ光源1、レーザ平行光作成光学系を構成する凹レンズ２と凸レンズ3、λ/2板7、偏光ビームスプリッタ4、CCDカメラ21、および、該偏光ビームスプリッタ4と共にその両脇にλ/2板7とLCOS(Liquid Crystal on Silicon)等の高精細画像書込み型画像表示器56およびLCOS 20を搭載した光学ベースを載せて、検査画像のサイズと回転角の変化に対応して検査画像の対数極座標変換パターンの位置が上下左右に変化する複数の検査画像の対数極座標変換パターンが同時に得られ装置を構成する。
【００５９】
また、外部振動を防ぐために1本の光学レール51の上に、
画面表示34に示すような二つのセグメントに分けたそれぞれのセグメントにフレネルレンズ機能と平面波発生機能を持たせた画像パターンを搭載したLCOS(Liquid Crystal on Silicon)等の高精細画像書込み型画像表示器45、λ/2板47、該偏光ビームスプリッタ44、LCOS 47のフレネルレンズ機能の焦点面にPPH作成器46、PPH作成器46を前焦点面とした集光レンズ48、集光レンズ48の後焦点面を画像の焦点面としてCCDカメラ49 を、同時に光学レール51上に載せると共に、光学ベース52上に偏光ビームスプリッタ44と共に可干渉性レーザ光源1、レーザ平行光作成光学系を構成する凹レンズ２と凸レンズ3、λ/2板7を載せて、一体型に配置して設置し、LCOS等の高精細画像書込み型画像表示器45のフレネル機能を搭載したセグメントに前記検査画像の対数極座標変換パターン同時取得装置のCCDカメラ21から投入される複数の検査画像の対数極座標変換パターンが重ねて書き込まれれば、それらの対数極座標変換パターンの同時識別が自動的に行われる装置を構成する。
これらの2つの装置を一体化させて、検査画像のサイズと回転角が変化したときでも、同一形状の画像であることが識別できる装置を図7に示すように構成した。
【００６０】
サイズと回転角が変化したものも含めた複数画像の同時識別はこの装置を用いてつぎのように行われた。
フレネルレンズのパターンが書き込まれたLCOS 5上に、LCOS 5につながったCCDカメラあるいはPCから、図7に示すように、例えばAとBの文字のような複数基準検査画像を重ね書きする(LCOS画面31参照)。そして、該LCOS 5に、レーザ１から照射された可干渉性レーザ光を、凹レンズ２、λ/2板7と凸レンズ3を通して可干渉性平行光束とし、偏光ビームスプリッタ4を通して照射する。LCOS 5からの反射光はλ/2板7と偏光ビームスプリッタ4を通って、対数極座標変換パターンとフレネルレンズのパターンとが重ね書きされている第二のLCOS 20の画面(LCOS画面32参照)に照射する。LCOS 20で反射されたレーザ光は対数極座標変換されて波長板を通り、フレネルレンズ機能の焦点面に集光されて、複数の基準検査画像の対数極座標変換パターンが同時に得られる。なお、それらの対数極座標変換パターンは基準検査画像のサイズと回転角の変化に対応してその位置が上下左右に変化する。前記で得られた基準画像の対数極座標変換画像をCCDカメラ21または空間光変調器の画像面21上でCCDカメラで撮り込みまたは空間光変調器の入射面に照射して、それらの基準画像の対数極座標変換画像をLCOS 45上のフレネルレンズパターンが書き込まれたセグメント上に重ね書きする。
【００６１】
そして、レーザ4１から照射された可干渉性レーザ光を、凹レンズ4２、λ/2板47と凸レンズ43を通して可干渉性平行光束とし、偏光ビームスプリッタ44を通してLCOS(Liquid Crystal on Silicon) 45に照射すれば、光導伝プラスチックホログラムPPH乾板上に基準画像の対数極座標変換画像と参照光の干渉画像が得られ、PPHをその場現像して基準画像の多重マッチトフィルタMMSFを作成する。
【００６２】
基準検査画像とサイズや回転角が異なるものも含めた複数の被検査画像の識別はつぎのように行われた。
LCOS 5につながったCCDカメラあるいはPCから、被検査画像をLCOS 5上に重ね書きして、レーザ１から照射された可干渉性レーザ光を、凹レンズ２、λ/2板7と凸レンズ3を通して可干渉性平行光束とし、偏光ビームスプリッタ4を通してLCOS 5上に照射すれば、CCDカメラまたは空間光変調器の画像面21上で被検査画像の対数極座標変換画像が得られ、それをLCOS 45上のフレネルレンズパターンが書き込まれたセグメント上に自動的に重ね書きするようにして、レーザ4１から照射された可干渉性レーザ光を、凹レンズ4２、λ/2板47と凸レンズ43を通して可干渉性平行光束とし、偏光ビームスプリッタ44を通してLCOS(Liquid Crystal on Silicon) 45に照射すれば、基準画像が書き込まれたPPH 46で自動的に形状識別されて、基準形状画像ごとに識別された相関光が集光レンズ48の後焦点面に基準形状ごとに分離して現われる。それをCCDカメラ49で撮影すれば、異なる形状の複数画像がサイズや回転角の変化にかかわらず同時に識別された。
【００６３】
異なる形状の複数画像がサイズや回転角の変化にかかわらず同時に識別される装置を開発した。装置の概要を図８に示した。
外部振動を防ぐために1本の光学レール55の上に、可干渉性レーザ光源1、凹レンズ２と凸レンズ3、λ/2板7、偏光キューブ4、液晶ディスプレイLCOS等の高精細画像書込み型画像表示器21、を設置し、該偏光キューブ4の光軸直交軸の両側にそれぞれLCOS等の高精細画像書込み型画像表示器5および20とλ/2板7とを備えて構成される、複数の異なる形状の画像のサイズ変化と回転角変化に応じて垂直または水平に平行移動する対数極座標変換パターン群を簡便に得ることを特徴とする画像処理装置を設置する。同時に、光学レール55の上に、LCOS等の高精細画像書込み型画像表示器45、λ/2板47、光学ベース52上に可干渉性レーザ光源41、レーザ平行光作成光学系を構成する凹レンズ42と凸レンズ43、λ/2板47、偏光キューブ44、を搭載した一体の可干渉性レーザ平行光照射光学系、LCOS 45の焦点面に設置された光導伝プラスチックホログラム(PPH)作成器46、PPH 46を前焦点面として設置された集光レンズ48、集光レンズ48の後焦点面を画像焦点面として設置されたCCDカメラ49、が搭載されて、全体の識別装置が構成される。これによって、異なる形状の複数画像がサイズや回転角の変化にかかわらず同時に識別される装置を構成した。
【００６４】
サイズと回転角が変化したものも含めた複数画像の同時識別はこの装置を用いてつぎのように行われた。
フレネルレンズのパターンが書き込まれたLCOS 5上に、LCOS 5につながったCCDカメラあるいはPCから、図8に示すように、例えばAとBの文字のような複数基準検査画像を重ね書きする(LCOS画面31参照)。そして、該LCOS 5に、レーザ１から照射された可干渉性レーザ光を、凹レンズ２、λ/2板7と凸レンズ3を通して可干渉性平行光束とし、偏光ビームスプリッタ4を通して照射する。LCOS 5からの反射光はλ/2板7と偏光ビームスプリッタ4を通って、対数極座標変換パターンとフレネルレンズのパターンとが重ね書きされている第二のLCOS 20の画面(LCOS画面32参照)に照射する。LCOS 20で反射されたレーザ光は対数極座標変換されて波長板を通り、フレネルレンズ機能の焦点面に集光されて、複数の基準検査画像の対数極座標変換パターンが同時に得られる。なお、それらの対数極座標変換パターンは基準検査画像のサイズと回転角の変化に対応してその位置が上下左右に変化する。前記で得られた基準画像の対数極座標変換画像をCCDカメラ21または空間光変調器の画像面21上でCCDカメラで撮り込みまたは空間光変調器の入射面に照射して、それらの基準画像の対数極座標変換画像をLCOS 45上のフレネルレンズパターンが書き込まれたセグメント上に重ね書きする。
そして、レーザ4１から照射された可干渉性レーザ光を、凹レンズ4２、λ/2板47と凸レンズ43を通して可干渉性平行光束とし、偏光ビームスプリッタ44を通してLCOS(Liquid Crystal on Silicon) 45に照射すれば、光導伝プラスチックホログラムPPH乾板上に基準画像の対数極座標変換画像と参照光の干渉画像が得られ、PPHをその場現像して基準画像の多重マッチトフィルタMMSFを作成する。
【００６５】
基準検査画像とサイズや回転角が異なるものも含めた複数の被検査画像の識別はつぎのように行われた。
LCOS 5につながったCCDカメラあるいはPCから、被検査画像をLCOS 5上に重ね書きして、レーザ１から照射された可干渉性レーザ光を、凹レンズ２、λ/2板7と凸レンズ3を通して可干渉性平行光束とし、偏光ビームスプリッタ4を通してLCOS 5上に照射すれば、CCDカメラまたは空間光変調器の画像面21上で被検査画像の対数極座標変換画像が得られ、それをLCOS 45上のフレネルレンズパターンが書き込まれたセグメント上に自動的に重ね書きするようにして、レーザ4１から照射された可干渉性レーザ光を、凹レンズ4２、λ/2板47と凸レンズ43を通して可干渉性平行光束とし、偏光ビームスプリッタ44を通してLCOS(Liquid Crystal on Silicon) 45に照射すれば、基準画像が書き込まれたPPH 46で自動的に形状識別されて、基準形状画像ごとに識別された相関光が集光レンズ48の後焦点面に基準形状ごとに分離して現われる。それをCCDカメラ49で撮影すれば、異なる形状の複数画像がサイズや回転角の変化にかかわらず同時に識別された。
【産業上の利用可能性】
【００６６】
本発明は、直接には、生体細胞の検査装置に使われ、顕微鏡視野中での生体細胞の形状ごとの識別や形状ごとの挙動測定に利用される。また、自走ロボットの眼として利用が期待されている。さらに、本発明技術は、LCOS等を通して画像写出された電子部品等の形状ごとの識別装置として用いられる。
なお、本発明技術は、車載の物体形状高速並列識別装置として利用される可能性が高く、市街地の風景画像の中から、複数の交通信号等を実時間識別するなどに利用される可能性が高い。
【符号の説明】
【００６７】
１：光源(レーザ)   
２：レンズ  
３：レンズ  
４：偏光ビームスプリッタPBS
５：LCOS(Liquid Crystal on Silicon)等の高精細画像書込み型画像表示器  
６：光導電プラスチックホログラム(PPH)作成器またはホログラム乾板、あるいは、多重マッチトフィルタ(MMSF: multiplexed Matched Spatial Filter )
７：波長板
８：集光レンズ
９：CCDカメラ等電子カメラ
１１：LCOS表示面
１２：フーリエ変換画像
１３：フーリエ変換画像
１４：フーリエ変換画像と参照光の干渉縞パターン
１５：フーリエ変換画像と参照光の干渉縞パターン
１６：LCOS表示面
２０：LCOS(Liquid Crystal on Silicon)等の高精細画像書込み型画像表示器
２１：CCDカメラ等電子カメラまたは空間光変調器
３１：LCOS表示面
３２：LCOS表示面
３３：CCDカメラ等の取得画像または空間光変調器への投射画面
３４：LCOS表示面
４１：光源(レーザ)   
４２：レンズ  
４３：レンズ  
４４：偏光ビームスプリッタPBS
４５：LCOS(Liquid Crystal on Silicon)等の高精細画像書込み型画像表示器  
４６：光導電プラスチックホログラム(PPH)作成器またはホログラム乾板、あるいは、多重マッチトフィルタ(MMSF: multiplexed Matched Spatial Filter )
４７：波長板
４８：集光レンズ
４９：CCDカメラ等電子カメラ
５１：光学レール
５２：光学ベース
５３：光学ベース
５４：光学ベース
５５：光学レール
５６：光学ベース
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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