(57)【要約】【課題】【解決手段】フーリエ変換光学パターンの空間フィルタリングおよび画像形状特徴抽出を行う非剛体結合性の重複する非フィードバック光学系（８００）は、偏光されたコヒーレントなビーム（２７）を焦点（３１）に集光するレンズ（３０）と、レンズ（３０）と焦点（３１）の間に位置する位相を空間的に変調する画像入力装置（２６）と、フーリエ変換パターン（３２）における空間フィルタ（５０）とを有する第１の光学サブシステム（８１０）を含み、第１の光学サブシステム（８１０）に重なる第２の光学サブシステム（８２０）は投影レンズ（７８）および検出器（８０）を有する。第２の光学サブシステム（８２０）は第１の光学サブシステム（８１０）に光学的に結合している。【選択図】図１
2011501827.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学像の形状コンテンツの分離および特徴抽出を行なう光学像処理装置であって、
平面偏光されたコヒーレントな単色光のビームを光路に沿って伝播させるコヒーレントな単色光の光源と、
前記光路に配置されていて焦点面上の焦点に前記ビームを集光すべく成形された集光レンズと、前記集光レンズと前記焦点の間に配置されていて前記ビーム内の画像の光を回折させる空間的に発散した位相変化により前記光のビームを変調する機能を有する画像入力装置と、前記ビームにおいて前記画像のフーリエ変換パターンが提示される位置に配置されている空間フィルタと、を含む第１の光学サブシステムと、
前記光路内で前記第１の光学サブシステムに重なっていて、当該投影レンズの両面に各焦点距離で各焦点を有する投影レンズ、および検出器を含む第２の光学サブシステムであって、前記投影レンズおよび前記投影レンズの両焦点が前記画像入力装置と前記検出器の間の前記光路に配置されていると共に前記空間フィルタが前記画像入力装置と前記投影レンズの間に光学的に配置された状態で前記第１の光学サブシステムに光学的に結合している第２の光学サブシステムと、を含む光学像処理装置。
【請求項２】
前記画像入力装置が、前記集光レンズと前記焦点の間において前記ビームが画像全体を照射する任意の位置に配置されている、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記投影レンズが、前記空間フィルタと前記検出器との間において前記画像入力装置からの画像を前記検出器上で所望の大きさに拡大縮小する任意の位置に配置されている、請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記画像入力装置が、前記ビームの光の位相を１ピクセル毎に変調し、前記ビームに前記画像を書込むように偏光面を回転させて光を回折させる、ピクセル化された結像型空間光変調器を含む、請求項２に記載の装置。
【請求項５】
異なる平面で偏光された光のピクセルを分離して、前記画像を含む光を前記検出器に向けて透過させて前記画像の一部でない光を前記ビームから除去すべく前記結像型空間光変調器と前記空間フィルタの間に配置された偏光子／検光子を有する、請求項４に記載の装置。
【請求項６】
前記結像型空間光変調器が、前記光ビームを反射する反射面に隣接する液晶材料により前記画像が前記ビームに書き込まれる反射型空間光変調器であって、前記反射型空間光変調器は、前記結像型空間光変調器反射面への前記ビームの入射角が０度より大きくなる方向に向けられている、請求項５に記載の装置。
【請求項７】
前記結像型空間光変調器反射面における前記ビームの入射角が、前記偏光子／検光子により反射されて前記空間光変調器へ戻ったビーム内の任意の光が前記結像型空間光変調器反射面により反射されるように充分大きい、請求項６に記載の装置。
【請求項８】
前記空間フィルタが、前記結像型空間光変調器と光学的に平行に配向され、前記画像のフーリエ変換が生じるフィルタ面を含むフィルタリング空間光変調器を含む、請求項７に記載の装置。
【請求項９】
前記検出器が前記結像面に光学的に平行な検出面を有する、請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
前記空間フィルタが、検出器へ投影すべく前記画像のフーリエ変換が生じる半径方向に伸びるセクターにおいて光を空間的に選択すべく構成されている、請求項８に記載の装置
。
【請求項１１】
前記検出器がマトリクス状のセンサから成り、前記投影レンズが前記フィルタリング空間光変調器と前記検出器の間において前記フィルタリング空間光変調器によりフィルタリングされた前記画像が前記検出器のセンサおよび／またはセンサグループの大きさに合致すべく拡大縮小される位置に成形および配置されている、請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
空間フィルタリング空間光変調器が、前記フィルタ面の選択された部分の液晶材料を活性化して前記ビームの選択された部分における光の偏光面を回転させることにより、前記画像のフーリエ変換を空間的にフィルタリングし、
前記光ビームの選択されなかった部分が前記検出器に到達しないように遮断すべく、前記空間フィルタリング空間光変調器と前記検出器の間の前記ビーム内に偏光子／検光子が配置されている、請求項１０に記載の装置。
【請求項１３】
前記ビームが、画像全体を照射すべく集光レンズの前方で広がる、請求項２に記載の装置。
【請求項１４】
光学像の形状コンテンツの分離および特徴抽出を行なう光学像処理方法であって、
コヒーレントな単色光のビームを光路に配置された集光レンズを通して前記光路に沿って伝播させ、焦点面上の焦点に前記ビームを集光させるステップと、
前記集光レンズの前記焦点面において前記オブジェクト画像のフーリエ変換が生じるように、空間的に発散した位相変化を与えてその結果前記光ビーム内の物体像の光を回折させることにより前記光ビームを空間的に変調する方法で、前記集光レンズと前記焦点の間にある前記ビーム内の前記物体像を照射するステップと、
前記物体像のフーリエ変換パターンが提示されている場所で前記ビームを空間的にフィルタリングするステップと、
前記物体像と検出器の間に焦点を有して配置されている投影レンズにより、前記空間フィルタリングされたビーム内の前記物体像を前記検出器に投影するステップとを含む方法。
【請求項１５】
前記ビーム内の光の位相を１ピクセル毎に変調させて前記物体像に望まれるように偏光面を回転させて前記光を回折させるピクセル化された空間光変調器により、結像面において前記ビームに前記物体像を書込むステップを含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
不要な光を遮断して前記物体像を含む光を透過させるために、前記物体像を含む前記ビームを偏光子／検光子を透過させて異なる平面において偏光された光のピクセルを分離するステップを含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
平面反射面を結像面上にまたはこれに隣接して配置して、前記結像面および平面反射面への前記ビームの入射角が、前記偏光子／検光子から反射された任意のフィードバック光を前記検出器から離れて前記結像面へ反射させるのに充分であるように前記結像面および平面反射面を配向するステップを含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記結像面と光学的に平行な前記ビーム内に配置されたフィルタ面を有し、前記ビーム内の残りの光から分離すべく選択された前記フーリエ変換面の選択された部分内の光の偏光面を回転させる空間光変調器により、前記物体像のフーリエ変換が生じる場所で前記ビームを空間的にフィルタリングするステップを含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
選択された光の部分だけが前記検出器に到達して前記検出器おいてフィルタリングされた画像を形成すべく、選択されなかった光が前記検出器に到達しないように偏光子／検光
子により遮断するステップを含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記フィルタリング空間光変調器によりフィルタリングされた物体像を、前記結像面と光学的に平行に配向された前記検出器の検出面上で検出するステップを含み、前記検出面は前記結像面に物理的に平行であっても、あるいは前記ビームがスペクトル鏡により折り返されている場合は垂直であってよい、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記結像面を、前記集光レンズとその焦点の間において前記ビームが前記物体像のピクセルの全部を照射する任意の位置に配置するステップを含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項２２】
前記ビームが前記物体像のピクセル全部を完全に照射するように、前記ビームが前記集光レンズに到達する前に前記ビームを広げるステップを含む、請求項２１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は光学的画像処理に関する。
【背景技術】
【０００２】
光ビームの空間的に分散した部分から有用な情報を導くことが可能な場合がある。特に、光ビームにより画像が搬送または伝播されている場合、画像を搬送するビームの横断面の特定部分等、画像の特定部分から情報を収集して利用または解析することは有用であろう。例えば、本明細書に引用している出願人の米国特許第６，６７８，４１１号および第７，１０３，２２３号では、画像のフーリエ変換の半径方向の狭い部分を空間領域において捕捉および検出し、これを用いて記憶、検索および読み出しすべく形状に応じて画像の特徴抽出および符号化を行なう。上記特許で説明されているように、画像のフーリエ変換、すなわちフーリエ変換領域からの光エネルギーの半径方向に配向され、ある角度または割合で間隔を置いて配置された部分が空間領域において順次捕捉され、空間領域において検出されたそのような光エネルギーの部分は、光エネルギーが検出された際に、回転マスクのスリットと同じ角度方向にほぼ直線状に並んだ画像コンテンツの部分の特徴を示す。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
これらのシステムは、画像の形状コンテンツにより画像の特徴抽出および符号化というタスクを極めて良好に遂行するが、これらは依然としていくつかの問題となる短所を有する。例えば、これらの光学系は極めて堅牢であって、現実の光学部品の不完全性に対して、またはそのような部品同士の選択および配置に対して柔軟性や耐性に欠け、その結果出力の品質を低下させると共に全体的な大きさ、光学的配置、コスト、およびパッケージングを制約する固有の制約が生じる。
【０００４】
本明細書の一部を構成する添付図面は、本発明の例示的な実施形態および／または特徴のいくつかを示すが、これが全てではなく、他のものを排除するものでもない。本明細書に開示する実施例および図面は限定的ではなく説明用である。
【図面の簡単な説明】
【０００５】
【図１】光学像特徴抽出装置の模式図であって、その構造および機能的能力を例示すべく、形状コンテンツにより光学像の特徴抽出および符号化を行なうアプリケーションにおける本発明による非剛体結合性の非フィードバック光学系を示す。
【図２】基本的光学サブシステムおよび構成要素を説明するための例示的な光学系の簡素化されたバージョンの模式図である。
【図３】画像のぼやけを最小化または除去すべく構成された光学系の例示的な実装の模式図である。
【図４】本発明による光学系の実装例の斜視図である。
【図５】本発明における空間フィルタ構成素子として使用できる例示的な空間光変調器を、当該光変調器の有効な光学セクター内の光変調素子に光ビームが集光された状態で描いた等角図である。
【図６】空間フィルタリング空間光変調器の有効な光学領域内の光変調素子を、中心軸に対して様々な角度方向に放射状に伸びるように配向された分割変調器セクターの形状で描いた正面図である。
【図７】空間光変調器の有効な光変調素子の１セクターの拡大正面図である。
【図８】図７の切断線８−８に沿って描いた、空間フィルタリング空間光変調器の有効な光学セクターの一部の断面図である。
【図９】フーリエ変換領域において光学的にフィルタリングされて、空間周波数が低い垂直および水平形状コンテンツの例示的な空間領域画像が得られる、大正方形を有する例示的な空間領域画像である。
【図１０】フーリエ変換領域において光学的にフィルタリングされて、空間周波数が高い垂直および水平形状コンテンツの例示的な空間領域画像が得られる、小正方形を有する例示的な空間領域画像である。
【図１１】光エネルギーが入射しない、従って形状コンテンツが存在しないフーリエ変換面内のセグメントまたはセクターを起動した結果生じた空白の空間領域画像を示す。
【図１２】図９ａ〜ｃおよび１０ａ〜ｃの例示的な画像の空間光学フィルタリングの説明が分かりやすいように、例示的な分割ラジアル空間光変調器の有効な光分割されたセクターを示す。
【図１３】光変調素子の垂直方向セクターの外側セグメントの使用例を描いた例示的なフィルタリング空間光変調器の有効な光変調素子の立面図と、特徴抽出されている例示的な画像およびその結果得られた当該画像の垂直方向の形状コンテンツのいくつかの特徴を示す検出可能な光学パターンの描図とを共に示す。
【図１４】図１３ａ〜ｃと同様であるが、垂直セクターの内側寄りのセグメントの使用例を描いた立面図を示す。
【図１５】図１３ａ〜ｃと同様であるが、垂直方向から４５度の方向にある有効な光学セクターの外側寄りのセグメントの使用例を描いた立面図を示す。
【図１６】図１３ａ〜ｃと同様であるが、水平方向に配置された有効な光学セクターの外側セグメントの使用例を描いた立面図を示す。
【図１７】図１３ａ〜ｃと同様であるが、垂直方向から１９１．２５度の方向にある有効な光学セクターの外側セグメントの使用例を描いた立面図を示す。
【図１８】図１３と同様であるが、有効な光学セグメントがくさび形ではなく矩形である別の例示的な空間光変調器を示す立面図である。
【図１９】本発明による光学系の空間フィルタ素子として使用すべく形状コンテンツによる画像の特徴抽出用の光ビームの角度および／または空間解析を実現すべく、センサのピクセル配列内の個別にアドレス指定可能な光検出器のグループが、セクターまたはセクターの部分をシミュレートする位置において共に有効化可能である、別の例示的な空間光変調器の立面図である。
【図２０】図８と同様であるが、変調された光ビームが、本発明による分割されたラジアル空間光変調器により反射されずに透過する変型例を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００６】
非剛体結合性の重複する非フィードバック光学系８００の例示的なアプリケーションおよび実装として、画像の形状コンテンツにより当該画像の特徴抽出、符号化、および格納を行なうシステム１０を図１に概略的に示す。この例示的な画像特徴抽出、符号化、格納システム１０において、任意の数ｎの画像１２、１４、．．．、ｎの特徴抽出および符号化を当該画像の形状コンテンツにより行なうことができ、各画像からのそのような符号化された形状情報は、後で検索、読み出し、また同様に特徴抽出と符号化された他の画像の形状コンテンツと比較すべく例えばデータベース１０２に格納できる。この例示的な画像特徴抽出、符号化、および格納システム１０の説明は、非剛体結合性の重複する非フィードバック光学系８００を理解するのに役立つ。
【０００７】
画像１２、１４、．．．、ｎは、実質的に任意の形式、例えば、写真、フィルム、図面、グラフィックス、任意のパターン、秩序付けられたパターン等における視覚的画像であってよい。これらはまた、デジタル形式またはアナログ形式で格納および／または生成されてよい。そのような画像は、人間が見た際に何らかの意味を持つコンテンツを有するか、あるいは、例えば音楽、音声、テキスト、ソフトウェア等のように、一見無意味または人間には解釈できない他の何らかのコンテンツの特徴を示す場合がある。基本的に、識別可能な形状コンテンツにより明示または表示できる光エネルギー強度の任意の光学パターンの特徴抽出および符号化をシステム１０により行える。
【０００８】
任意のソース（例：インターネット、電子データベース、ウェブサイト、ライブラリ、スキャナ、写真、フィルム片、レーダー画像、電子静止画または動画ビデオカメラ、および他のソース）から取得可能なサンプル画像１２を光学像形状特徴抽出装置１０に入力され、以下により詳細に記述する。光学像特徴抽出装置１０に順次入力すべく待ち行列に入れられる、任意の数ｎの他のサンプル画像１４、．．．、ｎを図１に示す。任意の数ｎのそのような連続画像１２、１４、．．．、ｎの入力は、手動でも、または好適には機械式スライドハンドラ、コンピュータ画像生成器、フィルム映写機、電子静止画またはビデオカメラ、ホログラム等により自動的に行なえる。図１のコンピュータ２０は、画像１２、１４、．．．、ｎを待ち行列に入れて画像特徴抽出システム１０へ転送できる任意の装置またはシステムを表したものである。ビデオモニタ２２に表示されている自動車の例示的な画像１２は、システム１０で形状コンテンツの特徴抽出および符号化処理を施される任意の画像を表現および象徴するが、処理を受ける画像をそのように表示することは本発明の必須特徴ではない点を理解されたい。以下の説明の大部分は、簡便のため第１の画像１２だけに言及するが、任意の画像１２、１４、．．．、ｎにも同様に適用できることを理解されたい。
【０００９】
図１に示す例示的なシステム１０において、画像１２は、図１の視点面に垂直な画像平面１９において光学像特徴抽出システム１０に挿入される。しかし、本発明の説明、図示、および理解を容易にすべく、画像１２、１４、．．．、ｎはまた、図１の視点面すなわち紙面内の仮想線により表されている。説明、図示、および理解を目的として、これと同じ方式を用いて、Ｅ−ＳＬＭ２６、フーリエ変換光学パターン３２、フィルタリング空間光変調器（ＳＬＭ２）５０の有効な光学領域５４、分離およびフィルタリングされた光学パターン６０、および検出器格子８２により生成された画像１２’を、紙面に垂直な各々の平面から投影する。画像特徴抽出システム１０におけるこれらの構成要素およびその機能について以下により詳細に説明する。
【００１０】
上述のように、画像１２はコンピュータ２０および電子的にアドレス指定可能な空間光変調器（Ｅ−ＳＬＭ）２６により、以下で詳細に説明するように画像１２の単色バージョン１２’を生成する光学像特徴抽出システム１０に入力することができる。ＳＬＭ１２６に入射する光ビーム２５はまた、１ピクセル毎に回折される。画像生成ＳＬＭ１２６内の液晶材料が画像１２’に固有のフーリエ変換（ＦＴ）光学パターン３２をフーリエ変換（ＦＴ）平面３３において形成し、レンズ３０ａ、３０ｂにより光ビーム２５、２７が位置３１に集光される。これは人間の目および脳には画像１２’として認識されないが、光学パターン３２内の光エネルギー３４の複素振幅分布は、画像１２’内の複素光分布のフーリエ変換であって、光学パターン３２全体にわたり空間的に分布する光エネルギーの強度、すなわち振幅により特徴抽出される。無論、Ｅ−ＳＬＭが、無色の回折された光で画像１２’を生成できる光学的にアドレス指定可能な空間光変調器を含むがこれに限定されない多くの公知の素子の一つに過ぎず、本発明がこの特定の例に限定されないことも当業者は理解されよう。
【００１１】
フーリエ変換面３３におけるフーリエ変換（ＦＴ）光学パターン３２内の強い光エネルギーの集中度は一般に、画像１２’の空間周波数、すなわち画像１２’の特徴がどの程度互いに緊密にまたは疎遠に変化するか、あるいは変化しないかに対応する。換言すれば、空間周波数はまた、光ビーム２７全体にわたる光エネルギー強度がどの程度互いに緊密にまたは疎遠に変化するか、あるいは変化しないかに依存する。例えば、画像内のプレイド柄、すなわち小正方形を有するシャツ（図示せず）は、当該画像内の無地の単色シャツ（
図示せず）よりも高い空間周波数、すなわち単位距離当たりの変化を有する。同様に、画像１２’の例示的な自動車のバンパーおよびグリル部分３５のような画像の部分は、自動車画像１２’のサイドパネル部分３６よりも高い空間周波数を有する。これは、バンパーおよびグリル部分３５は、狭い空間距離内に各種のエッジ、曲線、および他の複雑な変化を有する多くの小さい部品で構成されているのに対し、サイドパネル３６は広い空間距離にわたりかなり滑らか且つ均一であるからである。画像１２’のより複雑なバンパーおよびグリル部分３５のように画像のより微細且つ鮮明な細部（空間周波数がより高い）からの光エネルギーは、画像１２’のサイドパネル３６のように画像のより粗いまたは無地の細部からの光エネルギー（空間周波数がより低い）よりも、フーリエ変換された画像３２内の光学的中心または軸４０から半径方向外向きにより遠くへ発散される傾向がある。フーリエ変換光学パターン３２内の半径方向外向きに発散される光エネルギー３４の振幅は、そのような光エネルギーが発せられる画像１２’の光学パターンの対応部分の光エネルギーに関係するが、そのような光エネルギーがフーリエ変換（ＦＴ）光学パターン３２の平面３３において領域または帯域３４、すなわち回折された光エネルギーの建設的および相殺的干渉から生じる、光エネルギーがほとんどまたは全く存在しない帯域により分離された強い光エネルギーの帯域に集中される点が異なる。バンパーおよびグリル部３５等、画像１２’の高空間周波数部分が明るい場合、フーリエ変換光学パターン３２内の光エネルギー３４の半径方向のより外側の帯域に分散されている画像１２’の高空間周波数部分からの光エネルギーの強度または振幅はより高く、すなわち明るくなる。一方、画像１２’の光学パターンの高空間周波数部分が薄暗い場合、フーリエ変換光学パターン３２内の光エネルギー３４の半径方向のより外側の帯域に分散されている画像１２’の光学パターンの高空間周波数部分からの光エネルギーの強度または振幅はより低く、すなわちあまり明るくなくなる。同様に、サイドパネル部分３６のように画像１２’の光学パターンの低空間周波数部分が明るい場合、ＦＴレンズによりフーリエ変換光学パターン３２内の光エネルギー３４の半径方向のより内側の（すなわち、光軸４０により近い）帯域に分散されている画像１２’の光学パターンの低空間周波数部分からの光エネルギーの強度または振幅はより高く、すなわち明るくなる。しかし、画像１２’の光学パターンの低空間周波数部分が薄暗い場合、ＦＴレンズ３０によりフーリエ変換光学パターン３２内の光エネルギー３４の半径方向のより内側の帯域に分散されている画像１２’の光学パターンの低空間周波数部分からの光エネルギーの強度または振幅はより低く、すなわち暗くなる。
【００１２】
要約すれば、画像１２’から発せられた光のフーリエ変換光学パターン３２は、（ｉ）画像１２’に固有であり、（ｉｉ）中心軸または光軸４０から半径方向に発散されて、空間周波数すなわち画像１２’内の細部の細かさを表す、光エネルギー３４が集中した領域または帯域を含み、（ｉｉｉ）フーリエ変換光学パターン３２内の各空間周波数領域または帯域における光エネルギー３４の強度または振幅は、画像１２’の各々の微細なまたは粗い特徴から発せられた光エネルギーの明度または強度に対応し、（ｉｖ）フーリエ変換光学パターン３２の領域または帯域内のそのような光エネルギー３４の強度および空間位置は、本光学的画像特徴抽出システム１０により検出可能である。
【００１３】
本発明の光学的画像特徴抽出システム１０は画像１２を含む形状により画像１２を特徴抽出すべく設計されているため、フーリエ変換光エネルギーパターン３２の追加的なセクター化された空間フィルタリングを用いて、各種の特定角度方向に直線状に並んだ画像１２’のより微細またはより鮮明な細部あるいはそのようなより微細またはより鮮明な細部の一部から発せられた光エネルギーを検出および捕捉する。そのようなセクター化された空間フィルタリングは、以下により詳細に説明するように多くの異なる方法のいずれでも実現できるが、この機能のために例示的なセクター化された空間フィルタ構成を、偏光子または偏光検光子７０と共に、米国特許第７，１０３，２２３号に記載されている分割ラジアル空間光変調器（ＳＬＭ１）５０の組合せに含めている。基本的に、分割ラジアルＳＬＭ１装置５０は、フーリエ変換光学パターン３２の選択されたセクター部分の偏光面をｐ平面偏光からｓ平面偏光またはその逆方向に回転させ、偏光子／検光子７０は、孤立して１平面で偏光されている光ビーム２７の部分の光エネルギーを他の平面で偏光されたままであるフーリエ変換光学パターン３２の残りの光エネルギーから分離することにより、以下でより詳細に説明するように選択および分離された部分の光エネルギーが検出器８０で別々に検出できる。米国特許第６，６７８，４１１号に記載されているような半径方向のスロット（図示せず）を有する回転マスクを例示的な光学系８００においてセクター化された空間フィルタ５０に用いてもよい。
【００１４】
図１に示す光学像特徴抽出装置１０において、画像１２は、例えば画像１２’における単色のコヒーレントな光エネルギーにより再生成されなければならない。例えば、単色画像１２’は、レーザダイオードやガスダイオード等の光源２３からの単色光２４のビームで照射された空間光変調器（ＳＬＭ１）２６により再生成できる。空間光変調器（ＳＬＭ１）２６は、米国特許第６，６７８，４１１号に示したもののような光学的にアドレス指定可能（Ｏ−ＳＬＭ）であるか、または電気的にアドレス指定可能（Ｅ−ＳＬＭ）であって、例えば図１のコンピュータ２０またはビデオカメラ（図示せず）により駆動できる。当業者に知られているように、空間光変調器（ＳＬＭ）は光の偏光面を光ビーム２５全体にわたり空間的に回転または部分的に回転させることにより画像を光２５の偏光ビームに「書込む」ことができ、光ビーム２７が反射された際に、単色光により画像１２’を生成するために必要とされるものに応じて、偏光子１１６を透過または遮断される。光学的にアドレス指定されるＳＬＭ（図示せず）の場合、画像平面は偏光回転材料（通常は液晶材料）に隣接する半導体材料への入射光エネルギーにより空間的にアドレス指定されるのに対し、電気的にアドレス指定可能なＳＬＭ２６の場合、液晶、すなわち偏光回転材料は、１ピクセル毎に電気的にアドレス指定される。偏光のピクセル部分は、それらが液晶材料を一度透過した際に偏光面を４５度回転させ、その光が反射されて再び液晶を逆方向に透過したならば、更に４５度回転させる。従って、ＳＬＭ１２６において偏光面が回転する偏光ビーム２５内の光のピクセルはＳＬＭ１２６から反射され、光軸４０を有する光路２７に沿って画像１２’を形成するＳＬＭ１２６により画定されるパターンで現れ、その偏光面は入射ビーム２５の偏光面から９０度回転している。発せられているビーム２７内の光の残りのピクセルも、偏光面は回転しないが同様に反射される。しかし、これらは後述するように偏光面が回転したものから分離または除外できる。画像１２の様々な強度または明度は、１ピクセル毎に偏光面を部分的に回転させることにより、単色画像１２’のグレイスケールで再生成できる。
【００１５】
図１の例示的な実施形態において、レーザ光源２３からの単色のコヒーレント光ビーム２４は、画像１２’の形状コンテンツを更なる解析、特徴抽出、および符号化のために搬送すべく利用される光エネルギーを提供する。これは、レーザ光源２３の内蔵光学部品により既に偏光されていてよい。所望または要求されるならば、初期ビーム部分２４の偏光は、オプションの偏光子２８を透過させてコヒーレント光２５の偏光ビームに、例えば２５（ｓ）に示すようなｓ平面、但しこれに限定されない１平面において偏光された全ての光を与えることにより、純化または調整できる。無論、初期ビーム部分２５は、本発明を実装するためにｓ偏光ではなくｐ偏光されても、図１に示し本明細書に記述する例示的な偏光面が反転されて同様にうまく作用する。従って、例示的な光学系８００は、便宜的にｓおよびｐ偏光の特定シーケンスに関して記述されているが、反対または逆向きの偏光も等価物と見なされる。オプションのスペクトル鏡８０２、８０４を備えることによりレーザ光源２３からの光ビーム２４を好都合な光路に折り返すことができる。
【００１６】
集光レンズ３０ａ、３０ｂ、オプションの偏光子２８、画像生成ＳＬＭ１２６、偏光子／検光子１１６、オプションの偏光回転子１１８、およびセクター化された空間フィルタ５０は、以下により詳細に説明するように、単色画像１２’のフーリエ変換パターン３２を生成する第１の重複する光学サブシステム８１０を構成する。投影レンズ７８ａ、７８
ｂ、偏光子／検光子７０、および検出器８０は、以下により詳細に説明するように、セクター化されて空間フィルタリングされた画像６０を検出すべく投影する第２の重複する光学サブシステム８２０を構成する。オプションのスペクトル鏡８０４を備えることにより第２の重複する光学サブシステム８２０をコンパクトに折り畳むこともできる。
【００１７】
上述のように、集光レンズ３０ａ、３０ｂが備えられて、偏光された単色のコヒーレントビーム部分２５、２７をセクター化された空間フィルタ５０上の位置、すなわち焦点３１に集光させることにより、焦点３１を含むフーリエ変換面上にフーリエ変換パターン３２が形成されるが、以下でより詳細に説明するように、１個の例示的な実施形態ではフーリエ変換パターンおよびフィルタリングされた空間画像を検出器８０でぼやけまたは劣化させるフィードバックを防止すべく焦点面３３に対してある角度をなす。また上述のように、この説明は便宜的に、ｓ平面において偏光された、すなわちｓ偏光されたものとして指定される画像生成ＳＬＭ１２６に入射するビーム部分２５について述べるが、これは同様にｐ偏光されてもよい。当業者には明らかなように、集光レンズ３０ａ、３０ｂの集光機能はまた、単一レンズまたはレンズの任意の組合せによっても実現することができ、ビーム部分２５、２７を空間フィルタリング用ＳＬＭ２上のある位置に集光する他の任意の集光システムも等価であると見なされる。図１に示すようにオプションの偏光子２８を用いて２個の集光レンズ３０ａ、３０ｂの間にこれを配置した場合、後述するように、第１のレンズ３０ａは、特にビーム部分２４が広がった場合、偏光子２８における不均一な経路長その他の有害な効果を最小限に抑えるかまたは防止すべく、ビーム部分２４を２個のレンズ３０ａ、３０ｂの間に平行にするように成形および配置できる。
【００１８】
上述のように、光ビーム内へ画像１２、１４、．．．、ｎを「書込む」多くの方法があり、その一つが電子的にアドレス指定可能なＳＬＭを用いるものである。本例ではコンピュータ２０が画像１２のコンテンツをデジタル化しているため、コンピュータ２０は、当業者には理解されているように、電子的にアドレス指定可能なＳＬＭ１２６の特定のピクセルをアドレス指定して有効化する仕方で電子的にアドレス指定可能なＳＬＭ１２６へのリンク２１を介してデジタル信号を送信して画像１２’を反射光ビーム２７（ｐ）に「書込む」ことができる。基本的に、アドレス指定されたピクセルは、偏光面を入射ビーム２５（ｓ）のｓ平面から反射されたビーム２７（ｐ）のｐ平面へ９０度、またはグレイスケール場合にはこれより若干小さい角度だけ回転させて、偏光平面が部分的または完全に９０度回転された反射光エネルギーが画像１２’の単色光学パターンをなすようにする。無論、当業者はまた、逆向きの動作すなわちピクセルが有効化されている位置を除いて偏光面が反射光において回転する電子的にアドレス指定可能なＳＬＭによっても画像１２’を形成でき、この場合、コンピュータ２０は反射ビーム部分２７画像１２’を書込むために画像１２の陰画像に従いピクセルを有効化すべくプログラムされることを理解されよう。いずれの方法でも、画像１２’を搬送するコヒーレント光の出現部分２７はｓ偏光ではなくｐ偏光されても、またはその逆でもよい。その結果、本例では単色画像１２’を形成する光学パターン内に分布する光エネルギーを有する単色光ビーム部分２７（ｐ）は偏光子／検光子１１６により、セクター化された空間フィルタ５０まで、更にはこれに吸収または反射されることなく、より遠くまで透過される。
【００１９】
当業者には理解されるように、結像ＳＬＭ１２６が効果的に動作するために偏光の向きが結像ＳＬＭ１２６の偏光に一致しなければならない。レーザ光源２３の光学部品が偏光面の調整を許さない場合、レーザ光源２３全体をその縦軸の回りに回転させるか、あるいは、半波長リターダ（図示せず）のようオプションの偏光回転要素を結像ＳＬＭ１２６前方のビーム部分２４または２５に配置して適当な量だけ回転させて所望の向きに偏光面を向けることにより、そのような一致を実現できる。
【００２０】
偏光子／検光子１１６は、ｐ偏光をｓ偏光から分離する（またはその逆も同様）ことが
できる任意の装置であってよい。そのような装置は公知であって、例えば、ｐ偏光を透過させて、ｓ偏光を吸収、従って遮断する図１に示すような吸収偏光子１１６であってよい。他の適当な例示的偏光子／検光子として、ｐ偏光を一方向に透過させ、ｓ偏光を別の方向に反射する（またはその逆も同様）ことができる偏光ビームスプリッタがある。その結果、図１に示すように、偏光子／検光子１１６の後側のビーム部分２７は２７（ｐ）で示すｐ偏光しか含んでいない。
【００２１】
図１に示すように、入射ビーム部分２５（ｓ）を、ＳＬＭ１２６の法線光軸８０８に対する入射角αと共に示し、反射ビーム２７もまた法線光軸８０８に対して角度αをなす。この特徴は必須ではないが、偏光子／検光子１１６によるｓ偏光の意図しない反射から形成される不要な疑似ｐフィードバックを防止する。これがなければ、以下により詳細に説明するように、検出器でフーリエ変換パターン３２およびその結果生じるフィルタリングされた空間画像６０がぼやけたり劣化する。
【００２２】
上述のように、セクター化された空間フィルタ５０は、以下で詳細に説明するように、選択された角度で半径方向に伸びているセクターおよび／またはセクターの部分において光の偏光を回転させてフーリエ変換パターン３２内の光エネルギーをフィルタリングするピクセルグループその他の有効な光学素子を有する空間光変調器（ＳＬＭ２）であってよい。例えば、図１に示すセクター化された空間フィルタリング用ＳＬＭ２５０は、セクター５００内のビーム部分３７（ｐ）から入射するｐ偏光を、ＳＬＭ２空間フィルタ５０から反射されたビーム部分６１のｓ偏光まで回転させることができるのに対し、ビーム部分６１内の他の反射光はｐ偏光のままである。その結果、セクター５００はフーリエ変換画像パターン３２の平面に置かれているため、セクター５００におけるフーリエ変換パターン３２内の光３４の部分はｓ偏光まで回転されるのに対し、フーリエ変換パターン３２内の残りの光３４はｐ偏光されたままであり、ｓ偏光およびｐ偏光の両方がビーム部分６１内を伝播して第２の重複する光学サブシステム８２０へ入射する。オプションの偏光回転子１１８、例えばビーム部分２７（ｐ）に配置された半波長リターダを用いて、ビーム部分２７（ｐ）の偏光が空間フィルタリング用ＳＬＭ２５０内の液晶材料の偏光に一致するように調整できる。
【００２３】
第２の重複する光学サブシステム８２０は、フィルタリングされた単色空間画像１２’の光エネルギーを検出器８０に投影する。これを行なうために、対象としてＳＬＭ１２６における空間画像１２’を実像として検出器８０上へ投影すべく投影レンズ７８ａ、７８ｂが成形および配置されるが、対象すなわちＳＬＭ１２６における画像１２’からの距離がレンズ７８ａ、７８ｂの組の焦点距離より大きくなければならない。その結果、大きさや焦点距離等のレンズパラメータ、および投影レンズ７８ａ、７８ｂおよび検出器８０の相対的な位置、結像ＳＬＭ１２６、空間フィルタリング用ＳＬＭ２５０、および第１の重複する光学サブシステム８１０の他の構成要素に対する配置が極めて柔軟に行なえる。そのような柔軟性は様々な場合に役立つ。一例として、投影されたフィルタリング済み画像を検出器の大きさに合わせて拡大縮小する能力であって、例えば結像ＳＬＭ１２６および／またはフィルタリングＳＬＭ２５０からの画像１２’のピクセルまたはピクセルグループを検出器８０内の異なる大きさのセンサまたはセンサグループに一致させることが含まれる。
【００２４】
偏光子／検光子７０は、ビーム部分６１のｐ偏光をｓ偏光から分離して、フーリエ変換パターン３２からの空間フィルタリングされた光の所望の部分だけを検出器８０に到達させる。例えば、偏光子／検光子７０が図１に示すように吸収偏光子である場合、所望に応じてｓ偏光かｐ偏光のいずれかを透過させて逆向きの偏光を吸収し、従って遮断できる。偏光ビームスプリッタは、システムから一つの偏光方向で透過させ、もう一方を反射することにより同様の結果が得られる。図１の例において、偏光子／検光子７０はｓ偏光を透
過させ、ｐ偏光を遮断して、偏光子／検光子７０の後ろのビーム部分６１（ｓ）が、ＳＬＭ２５０でフーリエ変換パターン３２を空間フィルタリングすることにより選択されたｓ偏光だけを有するようにできるため、セクター５００からｓ偏光だけが検出器８０に到達する。一方、ビーム部分６１内のｐ偏光だけが検出器８０へ透過できる場合、検出器は、セクター５００からの光を除いてフーリエ変換パターン３２から光の全てを検出する。これらの方法のいずれを用いてもよい。また、空間フィルタ５０を、例示的な形状特徴抽出アプリケーションについて、例えばセクター５００および類似のセクター並びにセクター部分にセクター化されているように記述しているが、この非剛体結合性の重複する非フィードバック光学系８００を利用できる他のフーリエ変換パターンフィルタリングのアプリケーションに望まれる他の任意の空間フィルタ構成であってよい。
【００２５】
非剛体結合性の重複する光学系８１０、８２０の概念、構造、および機能は、簡素化されていて図１に示すシステム８００と全く同じ構造ではないことを認識した上で、例えば図２に示すことができる。例えば、図２の結像ＳＬＭ１２６’は、反射ではなく透過ＳＬＭとして描かれており、２個の光学系８１０、８２０の非剛体結合性の重複する特徴をよりグラフィカルに例示するために、全ての構成要素が折れ曲がることなくビーム軸４０に沿って直線状に配置されている。また、簡便のため、図１の２個の集光レンズ３０ａ、３０ｂは図２では１個の焦点レンズ３０として描かれており、図１の２個の投影レンズ７８ａ、７８ｂは図２では１個の投影レンズ７８として描かれている。
【００２６】
図２に示すように、レーザ光源（図示せず）からの入射光ビーム２４は、ｓ偏光を調整または純化すべく偏光子２８を透過し、次いでビーム部分２５（ｓ）、２７（ｐ）を焦点３１に集光する集光レンズ３０を透過する。焦点３１はレンズ３０から焦点距離Ｆ１にある焦点面３３を定める。結像ＳＬＭ１２６は、ＳＬＭ１２６をｓ偏光により照射するビーム部分２５（ｓ）に配置されている。画像１２’は上述のように結像ＳＬＭ１２６によりビーム部分２７に「書込まれ」、結像ＳＬＭ１２６が平坦であるため位相変調を生起させてビーム部分２７を回折させることにより回折された光線が焦点面３３に画像１２’のフーリエ変換パターン３２を形成する。
【００２７】
平坦なＳＬＭ１２６は入射光ビームの方向によらず位相変化を生起させるため、画像１２’のフーリエ変換パターンを形成するために入射光ビーム２４をレンズ３０の焦点３１で平行にする必要がない。これに対し、レンズ３０による屈折を用いてフーリエ変換パターン３２を形成する場合には平行にする必要がある。従って、入射光ビーム２４は図２に示すように、光軸４０からずれることができるため、ピクセル画像１２’全体が含まれるようにＳＬＭ１２６の画像生成セクターを充分に照射すべくビーム部分２５（ｓ）の大きさを設定するために有利であり、これはＳＬＭにより形成された単色画像１２’の元画像１２’から形状コンテンツまたは特徴が失われるのを避けるために必要である。
【００２８】
ＳＬＭ１２６は、偏光面を１ピクセル毎に回転させて、例えばビーム部分２７内の回転されたｐ偏光が単色画像１２’を構成し、回転されないｓ偏光は偏光子／検光子１１６により遮断されることにより、単色画像１２’を光ビーム部分２７に形成する。画像１２’のｐ偏光されて回折された光は偏光子／検光子１１６により透過されるため集光レンズ３０の焦点面３３で干渉して画像１２’のフーリエ変換３２を形成する。
【００２９】
その結果、第１の重複サブシステム８１０の唯一の厳密な光学的且つ空間的制約として、入射光ビーム２４は単色のコヒーレント光であり、レンズ３０は焦点３１を有し、結像ＳＬＭ１２６は表示する全ての画像１２’を完全に照射するように集光レンズ３０と焦点３１の間に配置され、空間フィルタ５０は単色画像１２’のフーリエ変換パターン３２が表示される位置、すなわち焦点３１、またはオプションとして必要ならば別のレンズ（図示せず）で実行可能なフーリエ変換パターンの他の何らかの投影位置、に配置する必要があることが挙げられる。図２の例では、空間フィルタリング用ＳＬＭ２５０は、本例示的線型ビーム軸構成においてフーリエ変換面とも呼ばれるローカル平面３３にある。また、図２の例では、空間フィルタリング用ＳＬＭ２５０は反射ＳＬＭではなく、同じ空間フィルタ機能を実行する透過ＳＬＭとして示しているが、光のｓ偏光およびｐ偏光ピクセルは上述の図１の例のように反射されるのではなく、ＳＬＭ２５０を透過される。
【００３０】
再び主に図２を参照するに、空間画像投影サブシステム８２０は、結像およびフィルタリングサブシステム８１０に非剛性的に、すなわち特定のパラメータの範囲内である程度の柔軟性または余裕のある要素間距離を保って光学的に重複するように配置されている。この構成において、投影レンズ７８は空間画像生成ＳＬＭ１２６からの空間領域画像１２’を検出器８０に投影すべく配置されていて、第１のサブシステム８１０を第２のサブシステム８２０に結合している唯一の距離パラメータは、空間フィルタリング用ＳＬＭ２５０が結像ＳＬＭ１２６と投影レンズ７８の間に配置されていて画像１２’が投影レンズ７８の焦点距離Ｆ２の外側にあることである。また、偏光子／検光子７０は空間フィルタリング用ＳＬＭ２５０と検出器８０の間に配置されていなければならず、投影レンズ７８のどちら側にあってもよい。従って、投影レンズ７８は効果的に空間フィルタリング用ＳＬＭ２５０を通して空間領域画像１２’を検出器８０に投影する間、投影レンズ７８により検出器８０に投影される空間領域画像１２’からの唯一の光線は、空間フィルタリング用ＳＬＭ２５０によりフーリエ変換領域で空間フィルタリングされて偏光子／検光子７０を透過したものである。
【００３１】
その結果、ＳＬＭ２５０のフーリエ領域フィルタリングによる選択に従い、空間領域画像１２’の所望の部分だけが投影レンズ７８により投影されて、フィルタリングされた空間領域画像６０を検出器８０において形成する。換言すれば、空間領域画像６０は、空間領域画像１２’のうちフーリエ変換領域において選択された部分だけで構成される。本明細書に記載する例示的な画像形状特徴抽出および符号化アプリケーションにおいて、これらの部分は、フーリエ変換領域内で半径方向に伸びているセクターまたはセクターの部分を透過する画像１２’からの光線の部分であるが、これらはフーリエ変換領域において他の任意の方法でフィルタリングされた他の任意の選択された部分であってよい。
【００３２】
上述のように、構成要素の配置には相当の柔軟性がある。投影レンズ７８は結像ＳＬＭ１２６と検出器８０の間にあって、その焦点８２２、８２４の両方が結像ＳＬＭ１２６と検出器８０の間になければならず、空間フィルタリング用ＳＬＭ２５０は光学的に結像ＳＬＭ１２６と投影レンズ７８の間になければならない。しかし、これらの構成要素は、実用的な大きさおよび構成要素の能力に応じて、これらの制約の範囲内でほぼ望み通りの場所へ移動または配置できる。
【００３３】
システム８００の非フィードバック構成を図３により詳細に示す。上述のように、光ビーム２４は図３に示すように僅かに広がった状態で、すなわちビーム軸に平行な状態から例えば５度（５°）のフレア角βでレーザ光源２３から投影されていて、結像ＳＬＭ１２６に表示されている場合に画像１２’全体を照射し易くする。集光レンズ３０ａ、３０ｂは、例示目的のためだけに図３にｓ偏光として示すビーム部分２５（ｓ）を空間フィルタリング用ＳＬＭ２５０上の焦点３１に集光するのに対し、結像ＳＬＭ１２６はｓ偏光ビーム２５（ｓ）内で集光レンズ３０ａ、３０ｂと空間フィルタリング用ＳＬＭ２５０の間の任意の位置に置かれていて、入力画像１２のピクセルが完全に照射される。結像ＳＬＭ１２６は、例えば液晶分子のピクセル部分の向きを変えて画像１２’の偏光をｐ偏光まで回転させて１ピクセル毎に光の位相変化を誘起させることにより、ビーム部分２７内に単色画像１２’を生成する。ＳＬＭ１２６の平坦な結像面におけるそのようなピクセル化された位相変化の結果、ＳＬＭ１により生成された単色画像１２’の光のｐ偏光されたピクセルの回折が生じ、光の各ピクセルのような回折の程度は、そのような結晶内の偏光面を回転させるかまたは部分的に回転させる液晶材料により誘起される位相変化の程度に依存する。残りのｓ偏光は、吸収偏光子／検光子１１６により、空間フィルタリング用ＳＬＭ２５０および検出器８０への到達が妨げられる。結像ＳＬＭ１からの単色画像１２’を構成する回折された光線は、空間フィルタリング用ＳＬＭ２５０の方へ伝播されてＳＬＭ２５０において光のフーリエ変換パターン３２を形成する。偏光子／検光子はｐ偏光をｓ偏光から分離（およびその逆も）することに極めて適しているが、実際には、偏光子／検光子１１６が図３に示すような吸収偏光子／検光子であるか、または米国特許第６，６７８，４４１号および第７，１０３，２２３号に示す偏光ビームスプリッタのような偏光ビーム分割器であるかによらず、結像ＳＬＭ１２６の方へ戻る反射光が若干存在する。偏光子／検光子１１６による僅かなｐ偏光の不可避な反射は単に、空間フィルタリング用ＳＬＭ２５０に入射する画像１２’からのｐ偏光された回折光の強度が僅かに減退する、従って検出器８０における画像部分６０の強度もまた僅かに減退することを意味するに過ぎず、これは通常問題ではない。しかし、例えば米国特許第６，６７８，４１１号および米国特許第７，１０３，２２３号に述べるように、図３の反転矢印８１２により概略的に示す偏光子／検光子１１６による僅かなｓ偏光の必然的な同時反射は、結像ＳＬＭ１２６がビーム部分２７の軸４０’に対して垂直ならば問題となろう。この問題が生じるのは、ｓ偏光がｐ偏光画像１２’の一部ではなく、空間フィルタリング用ＳＬＭ２５０または検出器８０に決して到達すべきでないからである。しかし、偏光子／検光子１１６におけるｓ偏光の反射部分８１２は結像ＳＬＭ１２６へ逆向きに伝播し、そこで、入射ビーム２５（ｓ）と全く同様にｐ偏光まで回転することができる。ビーム部分２７の軸４０’が結像ＳＬＭ１２６の反射面１９に垂直ならば、結像ＳＬＭ１２６による不要なｓ偏光された反射８１２のｐ偏光まで��そのような回転は、再び偏光子／検光子１１６へ逆向きに伝播され、これは現在ｐ偏光されているため、次いで偏光子／検光子１１６により画像１２’の所望のｐ偏光と共に空間フィルタリング用ＳＬＭ２５０まで透過される。従って、そのように反射されたｓ偏光は、「擬似ｐ偏光」として偏光子／検光子１１６へフィードバックされ、空間フィルタリング用ＳＬＭ２５０により除去されなければ検出器８０まで伝播し続けるであろう。そのような不要な「疑似ｐ偏光された」フィードバックは、実際に主ビームより遠くまで到達したであろうから、主画像１２’上へ異なるスケールで画像１２’の複数の異なるバージョンを重ね合わせて、検出器８０において結果的に生じるフィルタリングされた画像６０を歪め、および／または一般に品質を劣化させる。そのように反射されたｓ偏光片８１２が不要な「疑似ｐ偏光」フィードバックとして帰還して検出器８０における画像６０を劣化させる問題を回避すべく、結像ＳＬＭ１２６は図３において、その結像および反射面１９が入射ビーム部分２５（ｓ）の軸４０に対して９０°未満の角度θをなすように向けられていることにより、結像ＳＬＭ１２６における入射ビーム２５（ｓ）の入射角αは０°より大きい。従って、ＳＬＭ１２６から反射されたビーム部分２７の軸４０’はまた、ＳＬＭ１２６の反射面１９の法線３９から角度αをなす。その結果、偏光子／検光子１１６により反射されたあらゆる不要なｓ偏光８１２は、たとえ結像ＳＬＭ１２６によりｐ偏光まで回転されたとしても、結像ＳＬＭ１２６により反射されて偏光子／検光子１１６、空間フィルタリング用ＳＬＭ２５０、および検出器８０へ戻ることはなく、その代わり、矢印８１４で示すように入射ビーム２５（ｓ）の方向へ偏光子２８まで逆向きに反射され、そこで吸収または遮断される。偏光子２８を用いない場合、そのような不要な反射光８１４はレーザ光源２３に戻り、大抵のレーザ光源に組み込まれている光学部品により遮断されるか、または、構成要素の配置における僅かなずれや欠陥により、単にシステムの外へ反射される場合がある。
【００３４】
単色画像１２’は結像ＳＬＭ１２６により結像面１９において入射ビーム部分２５（ｓ）の軸４０に対して角度θで形成されるため、画像１２'を構成する反射ビーム部分２７の軸４０’に対して同じ角度θをなし、画像１２’はまた、ビーム部分２７の軸４０’に垂直な平面８１６に対して角度αをなす。その結果、画像１２’のフーリエ変換パターン３２は、ビーム部分２７の軸４０’上の焦点３１を含むが光学的に結像面１９と平行であって焦点面３３ではなく軸４０’に対して角度θをなす平面８１８において形成される。換言すれば、フーリエ変換パターン３２は、焦点面３３に対して角度αをなすフーリエ変換面８１８において形成される。従って、フーリエ変換パターン３２の平面８１８において歪みを防止して正確な空間フィルタリングを行なうために、空間結像ＳＬＭ２５０は、フィルタリング面が焦点面３３ではなくフーリエ変換パターン３２の平面８１８において焦点３１にあるように配置される。換言すれば、空間フィルタリング用ＳＬＭ２５０のフィルタリング面は焦点３１に配置されているが、結像ＳＬＭ１２６の結像面１９と光学的に平行に向けられている。これは、フィルタリング面を結像面１９と物理的に平行に配置することにより実現できる。スペクトル鏡（図示せず）がビーム部分２７に配置されていれば、ビーム部分２７を折り返して空間フィルタリング用ＳＬＭ２５０のフィルタリング面８１８を焦点３１上に置くことができるが、パッケージングその他の目的で必要ならば結像ＳＬＭ１２６の結像面１９に垂直に向けてもよく、この場合でも結像面１９に対して充分光学的に平行である。
【００３５】
上述のように、空間フィルタリング用ＳＬＭ２５０は、画像１２’のフーリエ変換パターン３２を空間フィルタリングし、投影レンズ７８ａ、７８ｂは、ＳＬＭ２５０によりフィルタリングされた空間領域画像１２’を、空間フィルタリング用ＳＬＭ２５０を通して逆方向に、フィルタリングされた空間領域画像６０として検出器８０上に投影する。従って、フィルタリングされた空間領域画像６０の検出器８０における歪みを防止すべく、検出器８０の検出面８２６もまた結像ＳＬＭ１２６の結像面１９と光学的に平行でなければならない。図３の例において、スペクトル鏡８０６が用意されていて、コンパクトなパッケージングを目的として、効果的に光学的に平行な検出面８２６を結像面１９に垂直に向けるためにビーム部分６１（ｓ）を折り返す。無論、検出面８２６は、光学的に平行にすべく結像面１９と物理的に平行に配置できる。
【００３６】
上述の「疑似ｐ偏光」フィードバック問題を避けるべく、入射角αは不要な光が検出器に当たらないように任意の角度であってよい。一実装例において入射角αは１３．５°として選択されているが、これは必要な構成要素のために充分な空間を有するコンパクトなシステムレイアウトを提供し、且つ上述のように検出器８０に当たらないように不要な反射を充分遠くへ「ゆがめる」ことができるようにするためである。上述の光学像空間フィルタリングシステム８００のそのような例示的なレイアウトを図４に示すが、構成要素は図３の模式図で用いたものと同一の参照符号で示されている。
【００３７】
例示的な分割ラジアル空間光変調器（ＳＬＭ）装置５０を、分割ラジアルＳＬＭ装置５０の中心部にある有効な光学領域５４に集光された光ビーム２７（ｐ）と共に図５に概略的に示す。図５において概略的に示すように、分割ラジアルＳＬＭ装置５０は、印刷回路基板（図示せず）上に対応して構成されたレセプタクル（図示せず）に接続すべく構成された複数の電気ピン５８を備えたチップ５６に搭載された集積回路５２として構成されているのが好適であるが、必ずしもそうでなくてもよい。そのような実施形態では、以下で詳細に説明するように、ピン５８は、有効な光学領域５４において光学要素をアドレス指定して動作可能にすべく集積回路５２の接触パッド５５にはんだ付けされた複数の導線５９により電気的に接続されている。
【００３８】
集積回路５２の有効な光学領域５４の拡大立面図を図６に示し、有効な光学領域５４の１個の変調器セクター５００（以下に便宜的に「セクター」ともいう）の有効な光学セグメント５０２、５０４、５０６、５０８の更なる拡大図を図７に示す。基本的に、分割ラジアルＳＬＭ装置５０は以下により詳細に説明するように、入射光エネルギーの半径方向に配置された部分を検出するために中心軸４０’に対して様々な角度方向で選択的に孤立させることができる。そのような隔離を実現する一つの方法は、有効な光学領域５４に入射する光ビーム２７（ｐ）の選択された半径方向に配置された部分の偏光面を回転させる
と共に反射させるのに対し、光ビーム２７（ｐ）の他の部分は反射されるが偏光面を回転させない（またはその逆も同様）ことである。好適な実施形態において、図７のセクター５００のセグメント５０２、５０４、５０６、５０８等の有効な光学セグメント（例えば）は、導電トレース５０３、５０５、５０７、５０９を介して個別にアドレス指定可能であるが、本発明はまた、ただ１個の有効な光変調器だけを含むセクター５００により、または個別のセグメントの１個以上を同時に有効化することにより、たとえ空間周波数またはスケール解像度が少なくても実装することができる。
【００３９】
入射光ビーム２７（ｐ）の一部の選択および隔離を図８に示す。これは有効な光学セグメント５０６、５０８の部分断面図である。入射光ビーム２７（ｐ）は、例えばｐ偏光されている、すなわちｐ平面において偏光されているように描かれているが、セグメント５０８がトレース５０９上で電圧Ｖにより有効化された際に反射されてｓ偏光２７（ｓ）、すなわちｓ平面において偏光された光としてセグメント５０８から発せられる（またはその逆も同様）のに対し、非有効セグメント５０６は入射光２７（ｐ）の偏光面を反射させるが回転はさせない。図８において、有効化セグメント５０８により反射された光は自身のｓ平面偏光を示すために６１（ｓ）と表記されるのに対し、非有効セグメント５０６により反射された光は自身のｐ平面偏光を示すために６１（ｐ）と表記される。有効な光学領域５４の全てのセクター５００、５１０、５２０、５３０、５４０、５５０、５６０、５７０、５８０、５９０、６００、６１０、６２０、６３０、６４０、６５０の全てのセグメントを代表するセグメント５０６、５０８の構造および機能について以下により詳細に説明する。この時点では、ｓ偏光面がｐ偏光面に対して直角すなわち９０°回転されていて、入射光ビーム２７の一部の偏光面のそのような回転または逆の（ｐ）（図５、８、４参照）からｓ偏光６１（ｓ）（図８参照）へ回転させながら、同時に入射ビーム２７（ｐ）の他の部分は反射６１（ｐ）において回転させずにおくことで、以下により詳細に説明するように、光ビーム６１（ｐ）の残りから当該部分６１（ｓ）のフィルタリングまたは分離を可能にする（またはその逆も同様）と言うだけで充分である。無論、上述のように、入射ビーム２７をｓ偏光させて、装置５２がそのような入射ビームの一部をｐ偏光まで回転させてフィルタリングまたは分離を可能にすることができる。そのような代替方式は全て、有効な等価物として当業者に容易に理解され、本発明はそのような代替方式の一つを他のものよりも要求または嗜好するものではない。従って、簡便のため、そのような逆または代替方式は暗黙的であってこれらの説明および請求項で尽くされているとの理解の上で、そのような代替方式の一つまたは複数について説明する。
【００４０】
図５〜８に示す例示的な分割ラジアルＳＬＭ５０において、選択された有効な光学セグメント、例えばセグメント５０２、５０４、５０６および／または５０８（図７）と直線状に並んだフーリエ変換パターン３２の光エネルギー３４の部分だけが、分割ラジアルＳＬＭ５０により反射光６１（ｓ）内で回転された偏光面を有する。この例では、光ビーム２７（ｐ）のそのような選択された部分６１（ｓ）は画像１２’の直線および曲線の短いセグメント等の細部または特徴を表し、すなわち大部分がこれらの細部または特徴から発せられ、これらの細部または特徴は各セクター５００、５１０、５２０、５３０、５４０、５５０、５６０、５７０、５８０、５９０、６００、６１０、６２０、６３０、６４０、６５０の角度方向に直線状に並んでおり、これらの各セクターにおいて選択されたセグメントは分割ラジアルＳＬＭ５０の有効な光学領域５４内に配置されている。例えば、セクター５００内のセグメント５０２、５０４、５０６、５０８のうち1個以上が選択されてそのようなセグメント（ｓ）から反射された光エネルギーの偏光面を回転させるべく有効化された場合、反射光エネルギー６１（ｓ）の大部分は、セグメント５０２、５０４、５０６、５０８が配置されているセクター５００の垂直方向に直線状に並んだ画像１２’の細部または特徴から発せられる。更に、画像１２’のより高い空間周波数コンテンツ、例えば狭い間隔で配置されているバンパーとグリル部分３５からの光エネルギー３４は、より低い空間周波数コンテンツ、例えばサイドパネル３６からの光エネルギー３４よりもフーリエ変換光学パターン３２において半径方向外向きに遠く発散されるため、反射光ビーム６１（ｓ）内の光エネルギーもまた、セクターのどの部分が選択されたかに応じて、画像１２’のそのような空間周波数コンテンツの限られた範囲の特徴を有する。例えば、セグメント５０２よりも入射ビーム２７（ｐ）の光軸４０’から半径方向外向きにより遠くに配置されたセクター５００の外側セグメント５０８（図８）を有効化することにより、反射ビーム６１（ｓ）内の光エネルギーが画像１２’内の垂直方向の特徴のより高い空間周波数コンテンツ、例えばバンパーおよびグリル部分３５の垂直エッジの特徴を示す。これに対し、セクター５００の内側セグメント５０２を有効化することにより、反射ビーム６１（ｓ）内の光エネルギーが画像１２’内の垂直方向の特徴のより低い空間周波数コンテンツ、例えばトランク蓋３７の垂直な後方エッジの特徴をより多く表す。その結果、「スケール」とも呼ばれる、選択された部分の半径方向距離のＦＴ光学パターン３２の光エネルギーに対応する画像１２’のコンテンツ内の特徴または線に固有の組合せを表現するかまたはその特徴を示し、且つ選択された部分が配置されるセクターに線型に整列する光エネルギー帯域６２のフィルタリングされたパターン６０が得られる。従って、光軸の回りに異なる角度方向でＦＴ光学パターン３２の回転空間フィルタリングを実行可能であることに加え、セクター５００のセグメント５０２、５０４、５０６、５０８等、各々のセクターのセグメントは、光軸からの異なる半径方向距離においてＦＴ光学パターン３２のスカラー空��フィルタリングを実行する追加的な能力を与える。
【００４１】
無論、光軸４０回りの異なる角度方向にある異なるセクター内のセグメントは、以下で詳細に説明するように、異なる角度方向を有する画像１２’の特徴または線に線型に整列する。従って、フィルタリングされたパターン６０内の光エネルギー帯域６２は、以下により詳細に説明するように、異なるセクター内の有効な光学セグメントが選択および有効化された際に、変化して、画像１２’の光学パターン内の異なる特徴、細部、エッジ、または線を様々な角度方向、複雑度または微細さ、および明度で表す。しかし一般的には、光エネルギー帯域６２は、上述の空間フィルタリング５４の後でＦＴ光学パターン３２から逆フーリエ変換された場合、そのような光エネルギーが発せられた元画像１２’内の特徴と同じ空間的位置関係に配置される。例えば、画像１２’内のバンパーおよびグリル部分３５の垂直セクターを空間フィルタリングした後で、画像１２’内のバンパーおよびグリル部分３５から当初発せられたパターン６０内の帯域６２内の光エネルギーである。
【００４２】
フィルタリングされたパターン６０内の帯域６２内で空間フィルタリングされた光エネルギーは、有効セクターの様々な角度方向のいずれにおいても光検出器８０により検出されて、コンピュータ２０その他のマイクロプロセッサあるいは処理および符号化用コンピュータへ電子的に伝送できる。図１では個々の感光性エネルギートランスデューサ８４の例示的な１６×１６配列８２を有する光検出器８０を１個だけ示していて、本発明の多くの目的にはこれで充分であるが、他の検出器構成、例えば米国特許第６，６７８，４１１号に記載されている２個のオフセット検出器配列、または１個以上のより大きい検出器配列を用いてもよい。
【００４３】
コンピュータ２０は、画像１２の形状コンテンツに関する画像１２の特徴を符号化すべく、フィルタリングされた光学パターン６０に関する情報、すなわち検出器配列８２からの光エネルギー強度（Ｉ）分布と共に、画像１２に関する情報（例：識別番号、ソースロケータ等）、セグメントが有効化されているセクターの角度方向（Ｒ）に関する情報、および有効化されているセグメントの空間周波数に関する半径方向距離またはスケール（Ｓ）に関する情報の入力によりプログラム可能である。そのような情報を符号化する一つの有用なフォーマットとして、各ピクセルのｘ、ｙ座標位置、回転（Ｒ）（すなわちセグメントが有効化されているセクターの角度方向、従ってそのような角度方向に整列する画像１２の線型特徴の回転）、および強度（Ｉ）（すなわち、各ピクセルにおいて角度方向Ｒで検出されるフィルタリングされたパターン６０からの光エネルギーの振幅）に関する情報を含む、フィルタリングされた画像６０のピクセルを用いるものである。例えば米国特許第第６，６７８，４１１号で説明されているように歪み係数Ｘ等の検索可能なフラグを提供しても、あるいは例えば米国特許７，１０３，２２３号で説明されているようにゴースト画像前処理機能を用いてもよい。角度方向または回転Ｒ、各ピクセルの光エネルギー強度Ｉ、および歪み係数Ｘのそのような組合せを略して「ＲＩＸｅｌ」と呼ぶことができる。必要に応じて、スケール（すなわち、そのような角度方向にある画像１２コンテンツの空間周波数）もそのような符号化に含めることができる。スケール係数Ｓを含める場合、この組合せを「ＲＩＸＳｅｌ」と呼ぶことができる。各々のＲＩＸｅｌまたはＲＩＸＳｅｌは次いで、それが導かれた画像１２の何らかの識別子（例：番号、名前等）、画像１２のソース位置（例：インターネットＵＲＬ、データベースファイル、本のタイトル、画像１２の所有者等）、およびフォーマット、解像度、色、質感、コンテンツ記述、検索カテゴリ等、画像に関する他の任意の所望の情報が関連付けられていてよい。色、質感、コンテンツ記述、および／または検索カテゴリ等の他の情報のあるものは、他のデータベースから入力された、人手により入力された、あるいは色、質感に関して同じ画像１２を自動的に特徴抽出する他の光学的特徴抽出装置から入力された情報であってよく、画像１２の検索、発見、または読み込みまたは画像１２と他の画像との比較に役立つものであれば何でもよい。
【００４４】
形状について特徴抽出されて符号化された、各画像１２、１４、．．．、ｎに関するそのような情報の一部、全部、または追加的組合せは、上述のようにコンピュータ２０により１個以上のデータベース（ｓ）１０２へ送ることができる。各画像１２、１４、．．．、ｎに関するＲＩＸｅＩまたはＲＩＸＳｅＩ情報を格納するいくつかの例示的なデータベースアーキテクチャ１０４、１０６、１０８を図１に示すが、他の多くのアーキテクチャおよび情報の組合せを用いることもできる。
【００４５】
フーリエ変換光学パターン３２は上述のように、上下および左右対称であるため、フーリエ変換光学パターン３２の各々の半円は、反対側の半円とちょうど同じ光エネルギーの分布および強度を含んでいる。画像１２’内のより低い空間周波数からの光エネルギーは、フーリエ変換光学パターン３２の中心すなわち光軸４０’に向かって分布しているのに対し、画像１２’内のより高い空間周波数からの光エネルギーは光軸４０’から更に遠く且つパターン３２の外側エッジへ向かって、すなわち光軸４０’から半径方向外向きにより遠くへ分布している。それら各種の空間周波数を生成すべく画像１２’内で垂直に分布する画像１２’内の特徴からの光エネルギーは同様にフーリエ変換光学パターン３２内で垂直に分布している。同時に、それら各種の空間周波数を生成すべく画像１２’内で水平に分布する画像１２’内の特徴からの光エネルギーはフーリエ変換光学パターン３２内で水平に分布している。従って一般的に、画像１２’内で各種の空間周波数を生成すべく光軸４０’に関して任意の角度方向に分布している画像１２’内の特徴からの光エネルギーもまた、フーリエ変換光学パターン３２内のものと同じ角度方向に分布している。その結果、フーリエ変換光学パターン３２内で光軸４０’に対して特定の角度方向に分布する光エネルギーだけを検出することにより、そのような検出は、特定の角度方向に直線状に並んだ画像１２’内の特徴または細部の特徴を示す。各々の角度方向で検出された光エネルギーの半径方向の分布は画像１２’内の線型特徴または細部の複雑度または鮮明度、すなわち空間周波数を示すのに対し、検出された光エネルギーの強度は画像１２’内の特徴または細部の明度を示す。
【００４６】
従って、フーリエ変換光学パターン３２内の全ての角度方向における光エネルギー検出結果を合成することにより、画像１２’を構成する線型特徴の角度方向、複雑度または鮮明度、および明度等、形状の合成された記録が生成される。しかし、データベースへの格納、検索、読み出し、他の画像との比較およびマッチング等のために画像１２、１４、．．．、ｎの形状特徴を符号化するような大多数の現実的なニーズに対して、フーリエ変換パターン３２内の全ての角度方向についてそのような光エネルギー検出結果を記録する必要はない。そのような特定の画像１２、１４、．．．、ｎをデータベースへ格納、検索、および読み出しするには通常、各画像１２、１４、．．．、ｎに実用的に固有であるように充分な形状特徴抽出を得るためにフーリエ変換光学パターン３２内のいくつかの角度方向についてのみそのような光エネルギーの分布および強度を検出して記録すれば充分である。説明目的で、但し限定を意図することなく、１１．２５度の角度増分を用いるのが便利且つ実用的である。これは、１８０度の回転には１１．２５度の増分が１６個あり、これは大多数の目的のために充分な特徴抽出であって、米国特許第６，６７８４１１号で説明されているようにデータ処理およびデータ格納の効率が良い。しかし、定数増分または変動増分を含む他の離散的な角度増分用いてもよい。無論、変動増分はデータ処理、格納、および検索機能を扱うためにより多くのコンピュータ能力およびより複雑なソフトウェアを必要とする。
【００４７】
図５に示す分割ラジアルＳＬＭ５０を、図６に示すその有効な光学領域５００、５１０、５２０、５３０、５４０、５５０、５６０、５７０、５８０、５９０、６００、６１０、６２０、６３０、６４０、６５０と共に用いて、任意の時点または時間経過において検出器配列８２で検出すべくフーリエ変換光学パターン３２内の特定の角度方向からの光エネルギーだけを選択する。角度方向を除いて図６他の全てのセクター５１０、５２０、５３０、５４０、５５０、５６０、５７０、５８０、５９０、６００、６１０、６２０、６３０、６４０、６５０を代表する図７のセクター５００に関して上述したように、任意の有効な光学セグメント、例えば、垂直セクター５００内のセグメント５０２、５０４、５０６、５０８は各々の電気トレース、例えばセクター５００のトレース５０３、５０５、５０７、５０９を介してアドレス指定できるため、検出器配列８２はセクター５００、５１０、５２０、５３０、５４０、５５０、５６０、５７０、５８０、５９０、６００、６１０、６２０、６３０、６４０、６５０の任意の角度方向（Ｒ）および光軸４０’からの選択された半径方向距離で、フーリエ変換光学パターン３２内の光エネルギー分布および強度（Ｉ）を検出できる。例えば、セクター５００は光軸４０’に対してほぼ垂直に向けられている。セクター５００の全ての有効な光学セグメント５０２、５０４、５０６、５０８が同時に選択および有効化された場合、フーリエ変換光学パターン３２内の垂直に分布する光エネルギーは実質的に全て光検出器配列８２（図１）に入射して検出される。しかし、有効な光学セグメントのうち１個だけ、例えば外側セグメント５０８が選択および有効化された場合、フーリエ変換光学パターン３２内の垂直に分布していて光軸４０から半径方向外向きに最も遠い光エネルギーだけが光検出器配列８２により検出される。従って、有効な光学セグメント、例えば５０２、５０４、５０６、５０８の任意の１個、全部、またはこれらの組合せを順次または同時に有効化してフーリエ変換光学パターン３２内の光エネルギーの各種の分布を検出および記録できる。また、検出したいＦＴ光学パターン３２内の細部または特定光エネルギー分布に応じて、１個以上の任意のセクター５００、５１０、５２０、５３０、５４０、５５０、５６０、５７０、５８０、５９０、６００、６１０、６２０、６３０、６４０、６５０を順次、同時、または各種の組合せで選択および有効化できる。
【００４８】
分割ラジアルＳＬＭ５０内の有効な光学領域、例えばセクター５００の好適な形状は幅が狭くて細長いくさび形であるが、これは必須ではない。くさび形の幅は、利用可能または要求される光エネルギーおよび望まれる光学解像度に依存する。セクターが広いほど、より多くの光エネルギー３４を検出器８０に誘導するが、線の精度または画像１２’の特徴解像度は僅かに低下する。セクターが狭いほど、線の解像度が向上するが、これに対応して、生じるパターン形状の一般化および複雑度が増大すると共に、検出器８０へ誘導される光エネルギーが減少する。また、限られた有効な光学領域５４内で接続電気トレースを用いて、どの程度狭くて緊密なくさびを経済的且つ効率的に生成できるかに関して実用的な限界がある。従って、セクターの大きさを選択する際にこれらの解像度、検出可能性
、および大きさの間で望ましいバランスを取る必要がある。また、特化したアプリケーションの場合、楕円その他の形状等、異なる形状のセクター（図示せず）を用いて画像１２から線以外の形状を捕捉できる。
【００４９】
あるセクター内の有効な光学セグメントの数、例えばセクター５００内の４個のセグメント５０２、５０４、５０６、５０８にも同様の制約がある。セグメントが小さいほど、少ない光エネルギーを検出器８０に誘導するが、画像１２’の形状特徴の解像度を向上させることができるのに対し、セグメントが大きいほど、多くの光を検出器８０に誘導し、従ってより容易に検出できるが解像度は低下する。解像度が低いアプリーションまたは要件の場合、セクターをセグメントに分割する必要さえ無いかもしれず、本発明では、各セクター５００、５１０、５２０、５３０、５４０、５５０、５６０、５７０、５８０、５９０、６００、６１０、６２０、６３０、６４０、６５０が分割されないラジアル空間光変調器を含めているため、各セクター毎に１個の有効な光学要素を含んでいる。しかし、上述のように、一セクター内の全てのセグメント５０２、５０４、５０６、５０８を同時に有効化することにより、図５〜７の例示的な実施形態５０において同じ低解像度の効果が得られる。
【００５０】
ＳＬＭ２５０のこの例示的な実施形態において、各セクター、例えばセクター５００は４個の個別にアドレス指定可能な有効な光学セグメント、例えば図７に示すセグメント５０２、５０４、５０６、５０８を含んでいるが、本発明によれば４個以外の任意の数のセグメントを用いてもよい。各々の連続する半径方向外向きセグメントの長さは、本例では次の隣接する半径方向内向きセグメントの長さの２倍である。従って、セクター５００において、内側寄りのセグメント５０４の長さは内側セグメント５０２の長さの約２倍である。同様に、外側寄りのセグメント５０６の長さは内側寄りのセグメント５０４の長さの約２倍であり、外側セグメント５０８の長さは外側寄りのセグメント５０６の長さの約２倍である。換言すれば、内側セグメント５０２の半径方向の長さがＬである場合、内側寄りのセグメント５０４の半径方向の長さは２Ｌ、外側寄りのセグメント５０６の半径方向の長さは４Ｌ、および外側セグメント５０８の半径方向の長さは８Ｌである。内側セグメント５０２の光軸４０’と内側エッジ５０１との距離ｄは、内側セグメント５０２の長さＬとほぼ同じであるため、中心領域５７の直径は約２Ｌである。有効な光学セグメントの長さが比例していることにより、内側セグメント（例：５０２）は、図５の空間光変調器２６により生成された画像１２’の大きさの約２５〜５０パーセントの範囲の大きさ（空間周波数単位での）を有する画像１２’の形状特徴を捕捉できるようになり、内側寄りのセグメント（例：５０４）は、図５の空間光変調器２６により生成された画像１２’の大きさの約２５〜５０パーセントの範囲の大きさを有する画像１２’の形状特徴を捕捉できるようになり、外側寄りのセグメント（例：５０４）は、画像１２’の大きさの約１２+１／２〜２５パーセントの範囲の大きさを有する画像１２’の形状特徴を捕捉できるようになり、外側セグメント（例えば５０８）は、画像１２’の大きさの約３+１／８〜６+１／４パーセント）の範囲の大きさを有する画像１２’の形状特徴を捕捉できるようになる。
【００５１】
説明のため、画像１２’が、複数の平行な水平線と交差して例えば図９ａまたは１０ａに示すように正方形のマトリクスを形成する複数の平行な垂直線のパターンであると仮定する。マトリクスを構成する正方形が図９ａの正方形７０２のように非常に大きいために正方形７０２のエッジを画定する垂直線７０４、７０６が画像１２’全体の幅の約２５〜５０パーセントに等しい間隔で互いに遠く離れて配置されている、すなわち空間周波数が低い場合、当該垂直形状コンテンツの光エネルギーは図１２に示すように垂直セクター５００の内側セグメント５０２に入射する。これに対し、マトリクスの正方形が図１０の正方形７２２のように非常に小さいために正方形７２２のエッジを画定する垂直線７２４が画像１２’ 全体の幅の約３+１／８〜６+１／４パーセントに等しい間隔で互いに近接して配置されている、すなわち空間周波数が高い場合、当該垂直形状コンテンツの光エネルギーは、図１２に示すたように垂直セクター５００の外側セグメント５０８に入射する。このため、中位の大きさの正方形（図示せず）、すなわち中間または適度の空間周波数のマトリクスの垂直形状コンテンツの光エネルギーは、垂直セクター５００の中位のセグメント５０４、５０６の一方または両方に入射する。
【００５２】
また、そのような大、小、または中位の大きさのマトリクス正方形パターンの水平形状コンテンツの光エネルギーは、水平セクター５４０の各々の内側、外側、または中間に配置されたセグメントに入射する。例えば、水平線７０６が画像１２’の幅の２５〜５０パーセントに等しい間隔を置いて配置されている、すなわち空間周波数が低い、大正方形７０２を有する図９ａの画像１２’において、当該水平形状コンテンツの光エネルギーは図１２に示すように水平セクター５４０の内側セグメント５４２に入射する。これに対し、水平線７２６が画像１２’の幅の３+１／８〜６+１／４パーセントに等しい間隔を置いて配置されている、すなわち空間周波数が高い図１０ａに示す小正方形７２２の例示的な画像１２’において、当該水平形状コンテンツのＦＴ平面３２内の光エネルギーは図１２に示すように水平セクター５４０の外側セグメント５４８に入射する。
【００５３】
更に、光エネルギーが中心領域部分４１に入射する、画像１２’の大きさの５０パーセント以上の大きさである画像１２’の任意の特徴は、強度制御または較正のために画像１２’の一般的な明度の指標として捕捉および検出されても、あるいは無視されて全く捕捉も検出もされなくてよい。これは、画像１２’の大きさの５０パーセントを構成する光エネルギーには使用可能な形状情報またはコンテンツが殆ど存在しないためである。同様に、外側セグメントまたはセクターを越えて半径方向外向きである画像１２’のコンテンツの大きさの約３+１／８パーセントは本好適な構成では検出されず、無視できる。一般的な明度の表示、輝度調節、または較正目的のためにそのような光エネルギーを捕捉および検出することが望まれる場合、当業者に理解されて実施可能であるように、入射する光エネルギーを捕捉すべく中心４１を光学的に有効化できる。例えば、画像１２’が、大正方形のエッジを画定する垂直線同士の距離が画像１２’の幅の５０パーセントを超えるほど大正方形のマトリクスを有する場合、実用的な垂直形状コンテンツは殆ど存在せず、当該垂直形状コンテンツの光エネルギーは中心領域部分４１に入射する。スペクトルの反対端において、そのような画像１２’が小正方形のエッジを画定する垂直線同士の距離が画像１２’の幅の約３+１／８パーセント未満程度に小正方形のマトリクス有する場合、実用的な垂直形状コンテンツは同様に殆ど存在せず、そのような垂直形状コンテンツの光エネルギーはセクター５００の外側セグメント５０８を越えて半径方向外向きに発散される。無論、他の構成またはスケールを有するセグメントサイズおよび分割ラジアルＳＬＭ５０の組合せも本発明の範囲内で製造および使用可能である。
【００５４】
形状コンテンツの検出について図１の例示的な自動車画像１２’を用いて更に詳細に記述する。しかし、現時点において、上述のように画像１２’が 正方形のマトリクスであ
る場合、且つフーリエ変換面３２内の垂直セクター５００に入射する光エネルギーが空間領域画像６０へ反射投影される場合、そのような空間領域画像６０はフィルタリングされて正方形の境界における垂直線だけを表示することを理解することは有用である。そのような空間領域、フィルタリングされた画像には水平線は一切現れない。これは、水平形状コンテンツを有する光エネルギーは実質的に遮断されるかまたは画像からフィルタリングされて除外されるためである。更に、マトリクスパターンの正方形が上述の図９ａの正方形７０２のように大きい場合、垂直セクター５００の中心付近のセグメント５０２に入射する光エネルギーが、フーリエ変換面内で遮断されることなく空間セクター内へ反射投影できるような仕方で起動されたならば、大正方形７０２の垂直線７０４は空間領域内だけで再形成されて可視化される。換言すれば、垂直セクター５００の内側セグメント５０２を起動することにより、図９ｂに示すように、当該入射光エネルギーを空間領域に投影し
て当該大正方形の７０２の画像の垂直線７０４部分を再形成する。同時に、外側セグメント５０８を起動して光を透過させて遮断またはフィルタリング除去しないことにより、垂直線を空間領域において再形成すべく投影しない。これは、そのような大正方形７０２のパターンからの低空間周波数光エネルギーが外側セグメント５０８に入射するのに充分な程度には半径方向外向きに発散されないためである。従って、図９ａに示すように画像１２’内に大正方形７０２のパターンが存在する場合、垂直セクター５００の内側セグメント５０２以外の任意のセグメントを起動しても、図９ｂの垂直線７０４の空間画像は再形成されず、その代わりに図１１に示すように空白、すなわち空間画像が存在しない結果が得られる。
【００５５】
一方、画像１２’が図１０ａで示し且つ上述のように非常に小さい正方形７２２のマトリクス、従って高い空間周波数を有する場合、ＦＴ平面３２内の光エネルギーは半径方向外向きにより遠くへ発散されて内側セグメント５０２ではなく外側セグメント５０８に入射する。従って、垂直セクター５００の外側セグメント５０８は、図１０ｂに示すように垂直線７２４を表示するために図１０ａの垂直線７２４の光エネルギーを空間領域内へ反射投影すべく起動されなければならない。更に、内側セグメント５０２を起動しても、その場合には内側セグメント５０２に光エネルギーが入射しないため空間領域内の垂直線７２４は投影されない。図９ａの水平線７０６および図１０ａの水平線７２６についても同様の結果が、図９ｂ、１０ｂに示す水平セクター５４０のいくつかのセグメント５４２、５４８から得られる。
【００５６】
要約すれば、正方形のマトリクスを含む画像１２’の場合、上述のように、垂直セクター５００の内側セグメント５０２を起動して空間領域内で垂直線を形成することは、垂直セクター５００内で外側セグメント５０８並びに中間のセグメント５０４、５０６の起動が空間領域の垂直線を投影しないのに対し、当該画像の垂直形状コンテンツが図９ａの大正方形７０２の低い空間周波数特徴を有することを示す。外側または中間のセグメント５４８、５４６、５４４の起動ではなく、内側セグメント５４２の起動により空間領域内の水平線内に生じる水平セクター５４０に関する同様の解析も、そのような水平線７０６がまた大正方形７０２の低い空間周波数特徴を示す。
【００５７】
他の非垂直且つ非水平セクター５１０、５２０、５３０、５５０、５６０、５８０、５９０、６００、６１０、６２０、６３０、６４０、６５０の解析により、それらの角度方向の空間領域には線が存在しないことがわかる場合、記録可能な結果は画像１２’の形状コンテンツがこれらの角度方向の一部または全てにおいて空間周波数が小さいか大きいだけであることが確認され、次いで、記録可能な結果から画像１２’内の正方形のマトリクスに加えてある程度の形状の複雑度が確認される。従って、本発明によるシステムの空間光変調器５０では、各々の角度方向または回転（Ｒ）における空間周波数またはスケール（Ｓ）、および強度（Ｉ）を含む形状情報が取得できる。
【００５８】
要約すれば、図９ａに示す大正方形７０２のマトリクスを有する画像１２’の場合、当該画像の低空間周波数の垂直線７０４の形状コンテンツは、図１２の垂直セクター５００の内側セグメント５０２を起動することにより、ＦＴ平面３２から図９ｂに示す空間領域内へ反射投影することだけが可能である。同様に、当該大正方形のマトリクス画像の低い空間周波数の水平線７０６の形状コンテンツは、水平セクター５４０の内側セグメント５４２を起動することにより、ＦＴ平面３２から図９ｃに示す空間領域内へ反射投影することだけが可能である。図９ａの当該大正方形、すなわち低い空間周波数の画像１２’のセクター５００、５１０、５２０、５３０、５４０、５５０、５６０、５７０、５８０、５９０、６００、６１０、６２０、６３０、６４０の他のどのセグメントを起動しても、その種の低い空間周波数の画像１２’は垂直および水平線しか有しておらず、そのような他のセグメントへ光エネルギーが入射しないため、図１１に示すように空白が生じるだけである。実際、実用に際して、光学部品および物理システムでさえも完全であることは稀なため、そのような他のセグメントに少量のあふれ出た光エネルギーが入射する場合もある。しかし、図９ａ、１０ａに示すような簡単な正方形の格子画像では、隣接セグメントおよび／またはセクターへのそのようなあふれ出た光エネルギーは通常あまり重要でない。画像内のより複雑な形状のコンテンツは、ＦＴ平面３２内の光エネルギーを１個以上の隣接部分および／またはセクターに異なる回転（Ｒ）および半径方向（Ｓ）位置で入射させる可能性が高く、その場合、そのような隣接セグメントおよび／またはセクターのいずれかに入射する光の強度（Ｉ）は当該画像のＲＩＸＳｅｌ情報または形状データの一部になる。
【００５９】
図８に示すように、他の有効な光学セグメントを代表する有効な光学セグメント５０６、５０８は、チップベースまたはプラットフォーム５６に搭載されている集積回路５２の一部である。集積回路５２は、２枚の高品質ガラス等の透過性基板１８２、１８４にはさまれた、液晶材料等の、可変複屈折材料１８０を有する。可変複屈折材料１８０は電圧に応答して、当該電圧の範囲で自身の複屈折を変化させ、その結果、材料１８０を透過する光の偏光面を回転させる。外側寄りのセグメント５０６と外側セグメント５０８との分割は、各々の金属層１８６、１８８を分離することにより行われる。介在する誘電または電気絶縁材料１８５を用いてこれらの金属層１８６、１８８の電気的分離を維持できる。図７と８の組合せで示すように、導電トレース５０７は外側寄りのセグメント５０６の金属層１８６に接続し、トレース５０９は外側セグメント５０８の金属層１８８に接続している。実際、本発明の原理を知らされたならば空間光変調器の設計および製造に精通する当業者に理解され且つその能力の範囲内にあるように、電気トレース５０７、５０９、および金属層１８６、１８８は同一の金属に設けることができ、集積回路５２を製造する間にそれらの各金属層１８６、１８８と同時に背面基板１８４に設けることができる。従って、金属層１８６、１８８は、正（＋）または負（−）電圧Ｖ１、Ｖ２を各々トレース５０７、５０９に接続することにより、その各々の接続トレース５０７、５０９を介して個別にアドレス指定可能である。
【００６０】
前面基板１８２に設けられた透過性導電層１９０は、別の導線５１３により別の電圧Ｖ３に接続されている。従って、例えばＶ１を正、Ｖ３を負に（逆も可）することにより、金属層１８６と透過性導電層１９０の間にはさまれた液晶材料１８０の部分に電圧を印加できる。同様に、例えばＶ２を正、Ｖ３を負に（逆も可）することにより、金属層１８８と透過性導電層１９０の間にはさまれた液晶材料１８０の部分に電圧を印加できる。
【００６１】
上述のように、各セグメント５０６、５０８の機能は、入射ビーム２７（ｐ）の選択的な部分の偏光面を回転させることによりフーリエ変換光学パターン３２内の対応部分を光検出器配列８２（図１）により検出すべく搬送する光ビーム２７（ｐ）のそれらの部分を光ビーム２７（ｐ）の残りの部分から分離して孤立させることができる。当業者には理解されるように、所望の機能的成果が得られる多くの空間光変調器の変型、構造、および材料があり、これらのあるものは他のものに比べてスイッチング速度、光伝送効率、コスト等の長所および／または短所があって、その多くが本発明のために容易に利用できて満足すべきものである。従って、説明目的で、但し限定を意図することなく、図８に示す分割ラジアル空間光変調器において、整列層１９２、１９４が基板１８２上の透過性導電層１９０および基板１８４上の金属層１８６、１８８に各々設けられていてよい。これらの整列層１９２、１９４は、当分野で公知のように使用する液晶材料１８０の種類に応じて、境界層における結晶の整列に求められる方向にブラシングまたは研磨される。例えば「J.Goodman, Introduction to Fourier Optics, 2nd ed., chapter 7 (The McGraw Hill Companies, Inc.) 1996」を参照されたい。光伝送効率を維持するために反射防止層１９６をガラス製基板１８２の外面に設けることができる。
【００６２】
一つの例示的な、但し決して唯一ではないシステムにおいて、液晶材料１８０全体に充分な電圧が印加されている場合には偏光に影響を及ぼすことなく光２７（ｐ）を透過させ、液晶材料に電圧が印加されていない場合には１／４波長リターダとして機能する液晶材料１８０を用いることができる。捩れていない状態において複屈折である捩れのない結晶材料１８０はこのように機能できる。従って、例えば、セグメント５０８において液晶材料１８０に電圧が印加されていない場合、外側セグメント５０８において液晶材料１８０の分子回転が生じず、液晶製造業者の仕様に従い適当な厚みを有する外側セグメント１０８内の液晶材料は、光が捩れの無い液晶材料１８０を透過する際に１／４波プレートとして機能して、外側セグメント５０８に入射するｐ偏光２７（ｐ）を円偏光に変換する。反射性の金属層１８８に光が到達したならば、反射されて液晶材料を逆向きに透過して再度１／４波長遅延を受けて、ｐ平面に直交するｓ平面で円偏光を線型偏光に変換する。反射光６１（ｓ）の偏光面は従って、入射光２７（ｐ）に対して９０度回転される。
【００６３】
ところで、液晶分子の長軸を入射光波２７（ｐ）の伝播方向に整列すべく回転させることにより液晶材料１８０の複屈折をなくすのに充分な電圧が、例えば外側寄りのセグメント５０６に印加されている場合、光が液晶材料１８０を透過する第１パスまたは金属層１８６により反射された後で液晶材料を透過する第２パスのどちらにおいても当該光の線型偏光は変化しない。その結果、外側寄りのセグメント５０６において液体材料１８０に電圧が印加された状態の下で、反射光６１（ｐ）は依然としてｐ平面、すなわち入射ビーム２７（ｐ）と同じ平面内で偏光される。
【００６４】
多くの液晶材料において平均直流電圧バイアスがゼロであることが求められるが、これは正と負の電圧を同一回数切り替える矩形波関数により電圧Ｖ３を駆動することにより実現される。従って、液晶材料１８０に電圧を印加しないためには、他の電圧Ｖ１、Ｖ２等をＶ３と同一の電圧で同相駆動することができる。しかし、上述のように、当該特定セグメント５０６、５０８等を有効化するために特定の金属層１８６、１８８等に隣接する液晶材料１８０に電圧を印加するには、各々の電圧Ｖ１またはＶ２等をＶ３と同相でなくすればよい。矩形波関数の周波数が液晶材料１８０のスイッチング速度と協調する場合、電圧Ｖ１、Ｖ２等を半波長だけ位相をずらせば、上述のように液晶材料１８０を有効化して光の偏光面を回転させるのに充分である。
【００６５】
上述のように、他の代替的な構成および公知の液晶材料も印加された電圧からの結果を反転させることができる。例えば、ねじれ液晶材料１８０を用いて、電圧が印加されている場合には偏光面を回転させ、電圧が存在しない場合には偏光面に影響を与えないようにできる。
【００６６】
引き続き図４を副次的に参照しながら再び主に図１を参照するに、偏光子／検光子１１６を透過するビーム２７（ｐ）内の光エネルギーは、フーリエ変換光学パターン３２としてＳＬＭ２５０に集光される。ＳＬＭ２５０内の選択された有効な光学セグメント、例えばセグメント５０２、５０４、５０６、５０８は上述のように、光検出器８０により検出すべくＦＴパターン３２の選択された部分から光エネルギーを分離して孤立させるために、入射ビーム２７（ｐ）の部分の偏光面を回転させることができる。コンピュータ２０は、特定の画像１２、１４、．．．、ｎの表示と共に、特定のセグメント、例えばセグメント５０２、５０４、５０６、５０８を選択して有効化を調整すべく、リンク１９８を介してＳＬＭ２５０へ信号を送るようにプログラム可能である。コンピュータ２０はまた、ＳＬＭ２５０の選択された部分が有効化された場合に、必要な光エネルギー２４を生成すべくリンク２９を介してレーザ光源２３を調整するようにプログラム可能である。
【００６７】
代替的に、ｓ偏光６１（ｓ）が鏡８０６により空間領域内の検出器８０へ反射される。レンズ７８は、分離された光ビーム６１（ｓ）を介してフィルタリングされた画像１２’
を空間領域内の光検出器８０の検出器配列８２へ所望の大きさで投影する。
【００６８】
光検出器配列８２は上述のように、図１に示すような電荷結合素子（ＣＣＤ）等の個々の光検出器８４の１６×１６配列であっても、あるいは任意の異なる大きさおよび構成を有していてよい。光６１（ｓ）を検出する配列８２内の個々のセンサ８４のｘ、ｙ座標は、強度（Ｉ）情報と共にリンク８６を介してコンピュータ２０その他のコントローラまたは記録装置へ伝達されて、そこで画像１２、１４、．．．、ｎに関する情報および検出器８０にビーム６１（ｓ）を提供した分割ラジアルＳＬＭ５０の有効セグメント（ｓ）の角度方向（Ｒ）および／または半径方向位置（Ｓ）に関連付けられることができる。
【００６９】
上述の空間フィルタリング処理は、形状コンテンツによる画像１２’の特徴抽出を図１３ａ〜ｃ、１４ａ〜ｃ、１５ａ〜ｃ、１６ａ〜ｃ、および１７ａ〜ｃに更に詳細に示す。最初に図１３を参照するに、図５および６からの有効な光学領域５４を、例示的なセクター５００、５１０、５２０、５３０、５４０、５５０、５６０、５７０、５８０、５９０、６００、６１０、６２０、６３０、６４０、６５０と共に図１３ａに示すが、無用に煩雑にならないよう、図５〜７に示して説明した電気トレースを割愛している。上述のように、セクターは任意の所望の幅または任意の所望の角度方向を有していてよいが、しかし、便利で効率的且つ効果的な構成として１１．２５°のセクターを提供する。例えば、３６０°の円を各々１１．２５°の３２個のセクターに分割し、１８０°の半円を各々１１．２５°の１６個のセクターに分割する。更に、上述のように、フーリエ変換光学パターン３２の任意の半円状の光エネルギー分布は反対側の半円と対称形である。従って、この対称性原理によれば、ＦＴ光学パターン３２の１個の半円、例えば０°から１８０°までの半円内において光エネルギーを検出することにより、画像１２’全体の情報が効果的に得られ、１８０°から３６０°までの反対側の半円内の光エネルギーパターンを検出することにより同じ情報が得られる。その結果、装置内を整理して電気トレース（図５〜７に示す）をうまく収容するために、いくつかのセクターを光学領域５４の１個の半円内に配置し、電気トレース（図５〜７に示す）を収容するスペースを間に挟んでいるのに対し、他のセクターを光学領域５４の反対側の半円内で当該スペースの正反対側に配置できる。例えば、円が各々１１．２５°の３２個のセクターに分割されている場合、領域５４へ入射する光エネルギーの形状コンテンツの全てを検出するためには、それらのセクターのうち１６個、例えばセクター５００、５１０、５２０、５３０、５４０、５５０、５６０、５７０、５８０、５９０、６００、６１０、６２０、６３０、６４０、６５０だけが光学的に有効であればよい。そのような１６個の光学的に有効なセクターの全てを領域５４の１個の半円内に配置することができ、あるいは上述のように、間に挟んだスペースと共に光学的に有効なセクターのいくつかを１個の半円に配置して他のセクターを当該スペースの正反対側の半円に配置する方がより便利且つ整理されている。図１０ａの例では、セクターの任意の８個、例えば非有効領域６４１、６５１、５０１、５１１、５２１、５３１、５４１により分離されたセクター６４０、６５０、５００、５１０、５２０、５３０、５４０、５５０が領域５４の１個の半円内に配置されているのに対し、同様に非有効領域５６１、５７１、５８１、５９１、６０１、６１１、６２１により分離された残り８個のセクター５６０、５７０、５８０、５９０、６００、６１０、６２０、６３０を図１３ａに示すように反対側の半円内に配置できる。本構成における１６個の有効な光学領域５００、５１０、５２０、５３０、５４０、５５０、５６０、５７０、５８０、５９０、６００、６１０、６２０、６３０、６４０、６５０の各々が非有効領域の正反対側に配置されている場合、ＦＴ光���パターン３２（図１）の対称性により、ＦＴ光学パターン３２内の光エネルギー分布の形状コンテンツの全てがこれらのセクターと共に効果的に検出できるようになる。無論、これは中心領域部分４１に入射するかまたは外側セグメントを越えて半径方向外向きに発散された光エネルギーを含んでいるが、上述のように重要な形状コンテンツは殆ど存在しない。
【００７０】
この原理はまた、全ての有効な光学セグメントに対して、再び図６、７を参照して示すように、導電トレースをセグメントに配置するために利用可能な隣接する非有効セクターまたは領域が存在し得るため、効果的な空間フィルタリング用ＳＬＭ２５０の設計および製造を容易にする。例えば、有効な光学領域５００と６５０の間の非有効領域６５１は、有効な光学領域５００の各セグメント５０２、５０４、５０６へのトレース５０３、５０５および５０７（図７に示す）の配置を収容する。非有効領域、例えば有効な光学領域５００と５１０の間の図１３ａに示す非有効領域５０１へ入射する光エネルギーを検出するために有効な光学セグメントを提供するために、上述の対称性原理は、前記非有効領域５０１の正反対側の位置に有効な光学セグメント５９０を提供することにより適用される。従って、有効な光学セグメント５９０において検出される光エネルギーの検出は、セクター５００と５１０の間の非有効領域５０１に入射する光エネルギーを効果的に検出する。非有効領域の正反対側に有効な光学セグメントを配置するために、有効な光学セグメントのうち２個、例えばセクター５５０、５６０が、非有効領域を大幅に介在させることなく互いに隣接して配置されているため、正反対側の非有効領域６３１の大きさは他の非有効領域の２倍である。従って、上述の対称性原理によれば、ＦＴ光学パターン３２（図１）の光エネルギー３４内の実質的に全ての形状コンテンツが、１１．２５°からなる１６個の有効な光学領域５００、５１０、５２０、５３０、５４０、５５０、５６０、５７０、５８０、５９０、６００、６１０、６２０、６３０、６４０、６５０により検出可能である。
【００７１】
ここで図１３に戻ると、垂直角度方向が任意に０°と指定され、従って水平角度方向は９０°である。各々の有効な光学領域５００、５１０、５２０、５３０、５４０、５５０、５６０、５７０、５８０、５９０、６００、６１０、６２０、６３０、６４０、６５０は、約１１．２５°でる。セクター６４０から時計回りにセクター５５０までの有効な光学セグメントは各々、１１．２５°の非有効領域６４１、６５１、５０１、５１１、５２１、５３１、５４１により分離されている。従って、セクター５６０から時計回りにセクター６３０までの各々の有効な光学セグメントは、各々の非有効領域５６１、５７１、５８１、５９１、６０１、６１１、６２１の正反対側に配置されている。その結果、有効領域５４に入射するＦＴ光学パターン３２（図８）内の光エネルギー分布内の実質的に全ての形状コンテンツを、上述のように配置された１１．２５°のセクター５００、５１０、５２０、５０３、５０４、５５０、５６０、５７０、５８０、５９０、６００、６１０、６２０、６３０、６４０、６５０により、１１．２５°の間隔で検出できる。
【００７２】
例えば、０°に中心がある垂直な１１．２５°のセクター５００および１８０°に中心がある非有効領域５８１の両方に入射する光エネルギーを特徴抽出する形状コンテンツは、セクター５００の有効な光学セグメント５０２、５０４、５０６、５０８を効果的に有効化することにより検出できる。１９１．２５°に中心がある１１．２５°のセクター５９０および１１．２５°に中心がある非有効領域５０１に入射する光エネルギーを特徴抽出する形状コンテンツは、有効な光学セグメント５９０が１１．２５°の非有効領域の正反対側に中心があるため、セクター５９０の有効な光学セグメントを有効化することにより効果的に検出できる。２２．５°に中心がある１１．２５°のセクター５１０または２０２．５°に中心がある非有効領域５９１のいずれかに入射する光エネルギーを特徴抽出する形状コンテンツは、セクター５１０の有効な光学セグメントを有効化することにより検出できる。３３．７５°に中心がある１１．２５°の非有効領域または２１３．７５°に中心がある有効セクター６００のいずれかに入射する光エネルギーを特徴抽出する形状コンテンツは、３３．７５°の正反対側の２１３．７５°に中心があるセクター６００の有効な光学セグメントを有効化することにより検出できる。４５°に中心がある１１．２５°のセクター５２０または２２５°に中心がある非有効領域６０１のいずれかに入射する光エネルギーを特徴抽出する形状コンテンツは、セクター５２０の有効な光学セグメントを有効化することにより検出できる。５６．２５°に中心がある１１．２５°の非有効領域５２１または２３６．２５°に中心がある有効セクター６１０のいずれかに入射する光エネルギーを特徴抽出する形状コンテンツは、５６．２５°の正反対側の２５６．２５°に中心があるセクター６１０の有効な光学セグメントを有効化することにより検出できる。６７．５°に中心がある１１．２５°のセクター５３０または２４７．５°に中心がある非有効領域６１１のいずれかに入射する光エネルギーを特徴抽出する形状コンテンツは、セクター５３０の有効な光学セグメントを有効化することにより検出できる。７８．７５°に中心がある１１．２５°の非有効領域５３１または２５８．７５°に中心がある有効セクター６２０に入射する光エネルギーを特徴抽出する形状コンテンツは、７８．７５°の正反対側の２５８．７５°に中心があるセクター６２０の有効な光学セグメントを有効化することにより検出できる。９０°に中心がある１１．２５°のセクター５４０または２７０°に中心がある非有効領域６２１のいずれかに入射する光エネルギーを特徴抽出する形状コンテンツは、セクター５４０の有効な光学セグメントを有効化することにより検出できる。１０１．２５°に中心がある１１．２５°の非有効領域５４１または２８１．２５°に中心がある有効セクター６３０のいずれかに入射する光エネルギーを特徴抽出する形状コンテンツは、１０１．２５°の正反対側の２８１．２５°に中心があるセクター６３０の有効な光学セグメントを有効化することにより検出できる。１１２．５°に中心がある１１．２５°のセクター５５０または２９２．５°に中心がある非有効領域６３１の正反対側の部分のいずれかに入射する光エネルギーを特徴抽出する形状コンテンツはセクター５５０の有効な光学セグメントを有効化することにより検出できる。１２３．７５°に中心がある１１．２５°のセクター５６０または３０３．７５°に中心がある非有効セクター６３１の正反対側の部分に入射する光エネルギーを特徴抽出する形状コンテンツは、セクター５６０の有効な光学セグメントを有効化することにより検出できる。１３５°に中心がある１１．２５°の非有効領域５６１または３１５°に中心がある有効セクター６４０に入射する光エネルギーを特徴抽出する形状コンテンツは、１３５°の正反対側の３１５°に中心があるセクター６４０の有効な光学セグメントを有効化することにより検出できる。１４６．２５°に中心がある１１．２５°のセクター５７０または３２６．２５°に中心がある非有効領域６４１に入射する光エネルギーを特徴抽出する形状コンテンツは、セクター５７０の有効な光学セグメントを有効化することにより検出できる。１５７．５°に中心がある１１．２５°の非有効領域５７１または３３７．５°に中心がある有効セクター６５０に入射する光エネルギーを特徴抽出する形状コンテンツは、１５７．５°の正反対側の３３７．５°に中心があるセクター６５０の有効な光学セグメントを有効化することにより検出できる。最後に、１６８．７５°に中心がある１１．２５°のセクター５８０または３４８．７５°に中心がある非有効領域６５１に入射する光エネルギーを特徴抽出する形状コンテンツは、セクター５８０の有効な光学セグメントを有効化することにより検出できる。
【００７３】
全てのセクター５００、５１０、５２０、５３０、５４０、５５０、５６０、５７０、５８０、５９０、６００、６１０、６２０、６３０、６４０、６５０の全ての有効な光学セグメントの形状検出および特徴抽出機能を例示して記述することは無用に煩雑であるが、有効な光学領域５４内の有効な光学セグメントのいくつかの代表的な例の機能および有効化した結果を例示して記述することは有用であろう。従って、図１３ａは、外側セグメント５０８に入射して反射された、ＦＴ光学パターン３２からの光エネルギー３４の帯域を示すことにより、有効な光学領域５００の外側セグメント５０８の有効化を示す。ＦＴ光学パターン３２内で垂直方向に半径方向外向きに最も遠くへ発散されている光エネルギー３４のこれらの帯域は本来、図１３ｂにおけるバンパーおよびグリル部分３５のほぼ垂直な線のようにより高い空間周波数を有する画像１２’内のほぼ垂直方向の線、エッジ、特徴、または細部から発せられ、且つこれらに対応するものである。上述のように、画像１２’内の自動車のフロントバンパーおよびグリル部分３５等、より複雑または間隔が密な（すなわち空間周波数が高い）垂直部分または線６６からの光エネルギー３４は、光学的中心または軸４０’から半径方向外向きにより遠くへ発散され、従って垂直セクター５００の外側セグメント５０６、５０８を有効化することにより検出可能であるのに対し、図１３ｂの画像１２’のトランクおよびリアバンパー部分におけるほぼ垂直な部分または線６６’のように、あまり複雑でなく、より孤立または半ば孤立した、あるいはより広い間隔を置いて配置された垂直部分、エッジまたは線（すなわち空間周波数が低い）からの光エネルギー３４は光学的中心または軸４０からあまり遠くへは発散されず、内側セグメント５０２、５０４により検出されやすい。これら各々の発散帯域内の光エネルギー３４の強度は、画像１２’内の対応する各々の垂直特徴３５、６６、６６’の明度に依存する。再び、フーリエ変換３２（図１）の中心または軸４０内および近傍の光エネルギー５４は、画像１２’内の特徴から、形状の画定には殆ど寄与しない画像の全体的な明度のように空間周波数が極めて低いかまたはほぼ存在しない状態で発せられるため、必要に応じて有効な光学領域５４の中心部４１は無視できる。一方、これも上で述べたように、中心部４１は、検出器８０の中心部４１へ入射する光エネルギーを全体的な明度の尺度として捕捉および反射する有効な光学部品として製造でき、これは光源２５（ｓ）（図１）の明度の較正や調整、および検出器８０内のセンサ８４等の強度（Ｉ）測定値の較正に有用である。
【００７４】
光エネルギー帯域３４は、有効化された外側セグメント５０８により反射された際に、偏光ビームスプリッタ７０を介してフィルタリングされ、図９ｃに概略的に示す光エネルギーの垂直線または帯域６２から主に構成されているフィルタリングされた光学パターン６０で光検出器８０（図１）に投影される。上述のように、フィルタリングされた光学パターン６０内の光エネルギーは、検出器配列８２内の光検出器８４により検出される。各センサ８４内の光エネルギーの強度（Ｉ）は、好適にはｘ−ｙ座標で示すセンサ（ピクセル）位置、およびセクター５００の角度方向（Ｒ）と共に記録される。有効セグメント５０８の半径方向の位置またはスケール（Ｓ）（上述のように空間周波数を表す）もまた、例えば上述のＲＩＸＳｅｌ値として記録される。これらの値は、画像１２の画像識別子（ＩＤ）、ソース位置（ＵＲＬ、データベースアドレス等）、デジタル形式、解像度、色、質感、形状、コンテンツカテゴリ等、特徴抽出された画像１２に関する情報に関連付けられてデータベース１０２に格納できる。
【００７５】
更に例示すれば、有効な光学領域５００の内側寄りのセグメント５０４が、偏光子／検光子７０により隔離、次いで光検出器８０による検出のためＦＴ光学パターン３２からの光エネルギー帯域３４の選択された部分の偏光面を回転させるべく選択されている様子を図１４ａに示す。この内側寄りのセグメント５０４はまた垂直方向セクター５００内にあるが、先の例において有効化された外側セグメント５０８よりも光軸４０’に半径方向により近く配置または拡大縮小されている。従って、この内側寄りのセグメント５０４は、有効化された際に、外側セグメント５０８により選択されたものより低い空間周波数の線やエッジ等を除いて画像１２’の垂直線やエッジ等にも対応するＦＴ光学パターン３２内の光エネルギー３４を捕捉する。例えば、密な間隔で配置された垂直方向のバンパーおよびグリル部分３５ではなく、内側寄りのセグメント５０４により選択されたＦＴ光学パターン３２からの光エネルギー３４が、図１３ｂにおける自動車画像１２’のより空間的に半ば孤立したトランク蓋および他の垂直線の垂直エッジ６６’、および同様に半ば孤立したエッジ６６をより多く特徴付ける場合がある。従って、図１５ｃの光学パターン６０に示すように、結果的に得られたフィルタリングされた光ビーム６１（ｓ）内の光エネルギー帯域６２は、画像１２’内のより低い空間周波数のそのような垂直形状コンテンツ６６、６６’の特徴を示す。
【００７６】
ＦＴ光学パターン３２からの光エネルギー３４の別の例示的な角度方向を図１５ａ〜ｃに示す。本例における外側寄りのセグメント５２６が有効化されて、垂直方向から４５°の角度方向へ半径方向に伸びる線、エッジ、または特徴から光を捕捉する。そのような光エネルギー３４は、恐らくは図１５ｂにおけるウインドウポストおよびルーフサポート６
７のように約４５°に伸びていて何らかの空間周波数を有する、すなわち孤立していない画像１２’の線、エッジ、または特徴を示す。空間周波数が更に低い、すなわち更に孤立している、そのような画像１２’内の４５°の方向の線、例えば、フェンダーおよびフードエッジ６７’の部分は、内側寄りのセグメント５２４または内側セグメント５２２により更に多く捕捉できるが、そのような光エネルギーのいくらかは外側寄りのセグメント５０６でも捕捉できる。これら４５°の角度方向にある形状コンテンツの光学パターン６０を有するフィルタリングされた光ビーム６１（ｓ）は、図１５ｃに概略的に示すように、約４５°に向けられた光エネルギーの帯域６２を有する。そのような光エネルギー帯域６２は、光検出器８０（図１）用のセンサ８４により検出され、画像１２’の４５°を向いた形状コンテンツの空間周波数の特徴を示すものとして記録および格納される。
【００７７】
画像１２’に存在するならば、各空間周波数の画像１２’の線、エッジ、および特徴６８、６８’の水平部分の捕捉および検出は、垂直０°から９０°の方向を向いている水平セクター５４０の１個以上のセグメント５４２、５４４、５４６、５４８の有効化により実現される。水平セクター５４０の有効セグメント５４２、５４４、５４６、５４８の各々により反射された光エネルギー３４の部分は、図１６ｂに示すようにＦＴ平面３２の当該セグメントに入射する光エネルギーに対応する画像１２’内の各々の空間周波数の水平方向特徴、部分、および線６８のほぼ全ての特徴を示す。画像１２’内のいくつかの湾曲した特徴、部分、または線は、同様にほぼ水平な部分または線セグメント６８’を有し、従ってこれらの水平部分または線セグメント６８’もまた図１６ａ内の水平セクター５４０により反射される光エネルギー３４に寄与する。図１６ａの有効セグメント５４２、５４４、５４６、５４８を水平方向に向けた結果生じた、図１６ｃに示すフィルタリングされたパターン６０内の光エネルギーの帯域６２もまたほぼ水平に向けられていて、ほぼ水平に向けられた画像１２’ 形状特徴６８、６８’の一部または全部を示す。再び、内側セグメント５４２、５４４は有効化されて、光軸４０’のより近くに発散されたＦＴ光学パターン３２からの光エネルギー帯域３４を検出するため、空間周波数がより低い画像１２’の水平形状コンテンツの特徴を示すのに対し、空間周波数がより高い水平形状コンテンツは、水平セクター５４０外側セグメント５４６、５４８を有効化することにより検出できる。従って、図１３ｃにおける検出器配列８２（図１）による光エネルギー帯域６２の検出により、上述のように画像１２’の水平形状特徴の符号化および記録が容易になる。
【００７８】
上述の対称な光エネルギー検出機能を説明すべく、セクター５９０内の有効セグメント５９８のもう一つの例を図１７ａに示す。上述のように、有効な光学セグメント５００、５１０間の非有効領域に入射するＦＴ光学パターン３２の光エネルギー帯域３４は、セクター５９０内の有効な光学セグメント５２９、５９４、５６９、５９８に入射する正反対側の光エネルギー帯域３４と対称である。従って、セグメント、例えば図１７ａに示すような外側セグメント５９８の有効化により、各セクター５００、５１０のセグメント５０８、５１８間に入射する、正反対側の等価な光エネルギー３４内のものと同一の形状コンテンツの効果的な検出が可能になる。同様に、他の任意のセグメント５９２、５９４、５９６の有効化により、有効セクター５００、５１０間の非有効領域５０１に入射する光エネルギーの他の正反対側の部分の形状コンテンツの効果的な検出が可能になる。従って、図１７ａの例では１９１．２５°に中心があるセクター５９０に入射する光エネルギー３４を検出することは、１１．２５°に中心がある非有効領域５０１に入射する光エネルギー３４を検出することと同等である。逆も成り立つ。すなわち、図９ａ、１０ａに示して上で述べたように、垂直セクター５００に入射する光エネルギー３４を検出することは、有効セクター５８０、５９０間の非有効領域５８１に入射するＦＴ光学パターン３２からの光エネルギーを検出することと同等である。
【００７９】
再び図１７ａ〜ｃを参照するに、セクター５９０内で検出される光エネルギー３４は、
ほぼ約１９１．２５°に向けられた画像１２’内の線、エッジ、曲線部分等の形状コンテンツ６９に対応し、これは対称であって同様に約１１．２５°の方向を向いているものと表すことができる。反射およびフィルタリングされた光学パターン６０内の光エネルギー帯域６２もまた同じ角度方向にあって、当該角度方向を有し、外側セグメント５９６、５９８により反射されたならばより高い空間周波数を有し、内側セグメント５９２、５９４により反射されたならばより低い空間周波数を有する画像１２’内の線型形状コンテンツの特徴を示す。ＦＴ光学パターン３２のそのような各種の反射された部分から生じている光学パターン６０は、上述のように記録および格納のために検出器配列８２内のセンサ８４により検出される。
【００８０】
有効な光学領域５４内のセクターのセグメントの任意の特定の角度方向Ｒにおいて、ほぼ同じ角度方向Ｒを有する画像１２’の全ての形状特徴の検出が可能であることが今明らかになった筈である。また、セグメントの半径方向外向きの間隔またはスケール（Ｓ）が、そのような形状特徴の空間周波数に関係することも明らかであろう。このように、画像１２’のあらゆる形状特徴は、全ての角度方向のセグメントと共に各々のフィルタリングされたパターン６０の帯域６２を検出することにより検出できる。しかし上述のように、角度方向または回転Ｒの特定の選択された増分でフィルタリングされたパターン６０の光エネルギー帯域３４を検出することを選択することにより、殆どの目的に対して画像１２’の形状特徴の一部、好適には大部分、但し必ずしも全部でない、を検出するだけで充分である。明らかに、光エネルギー帯域３４が検出されるセクターの角度方向の増分が大きいほど、画像１２’の検出される形状特徴またはコンテンツの精度が低下する。一方、角度方向の増分が小さいほど、より多くのデータを処理する必要がある。従って、光エネルギー帯域３４が検出および記録されるセクターの角度増分を選択する際に、必要または求められる形状特徴の精度と、そのような精度を扱うために必要なデータ処理および記憶の速度および効率との間で何らかのバランスを取ることが望ましいであろう。例えば、約５〜２０度の範囲、好適には約１１．２５度の角度増分で形状特徴を検出および記録すれば殆どの目的に充分であると信じられているが、これに限定されない。また、検出の角領域は変更可能である。例えば、たとえ有効な光学セグメントが１１．２５°の角度増分で形状特徴を検出すべく向けられていたとしも、有効な光学領域は３°〜８°の範囲または前後と狭く、このためセクター間のＦＴ光学パターン３２から光学エネルギーの一部がフィルタリング除去される場合があろう。しかし、特定の問題または目的に対する当該技術の特定のアプリケーションに依存するが、本明細書の他の箇所に記載されているように、セクターまたは他の半径方向に伸びているセンサ間の非有効領域からの光エネルギーのそのような損失は、本発明による形状特徴抽出には悪影響を及ぼさない。
【００８１】
上述の半径方向に伸びるくさび形の有効な光学領域の代わりに、図１８に概略的に示すような半径方向に伸びる矩形の有効な光変調器を含む代替的な構成が可能である。これらの矩形変調器５００’、５１０’、５２０’、５３０’、５４０’、５５０’、５６０’、５７０’、５８０’、５９０’、６００’、６１０’、６２０’、６３０’、６４０’、６５０’は、上述のくさび形セクターと同じかまたは異なる角度方向にあってよく、各々の角度方向は変調器５００’のセグメント５０２’、５０４’、５０６’、５０８’等、いくつかの矩形の有効な光学セグメントを含んでいてよい。この構成は、上述のくさび形の部分およびセクターと同程度には多くの入射ＦＴ光学パターン３２の光エネルギー（図１）を捕捉しないものの、より高い形状解像度が得られる場合がある。
【００８２】
別の、但しあまり効率的でない実施形態を図１９に示す。ここでは、ピクセルの配列７３０の構成をなす空間光変調器内の光変調素子７３２の選択されたグループを同時に有効化することにより、仮想線で示す所望のセクターおよびセグメントを形成することができる。例えば、光変調器のピクセル素子６０２のセグメントグループ５０８を同時に有効化することにより、垂直セクター５００の仮想外側セグメント５０８”を有効化できる。
【００８３】
図８の断面図に関連して上で述べた、反射型空間光変調器構造は上述のＳＬＭ２５０の全ての構成に適用可能であるが、図２０に示す代替的な透過型空間光変調器構造５０’を上述の図２の例のような構成の各々に用いてもよい。この実施形態５０’において、金属反射層１８６、１８８を、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）、またはその他多数の任意の公知の透過性導電材料のような透過性の導電層１８６’、１８８’で代替できる。従って、入射光２７（ｐ）は、電圧Ｖが層１８６’ または１８８’のどちらに印加されたかに応じてその偏光面を回転されてもされなくてもよい。しかし、光は反射されるのではなく、装置５０’を透過して図１７に示す光エネルギー６１（ｓ）または６１（ｐ）として発せられる。この装置は、周辺がベース５６に搭載されるため、ベース５６は光６１（ｓ）および６１（ｐ）の伝播を妨げない。光は液晶材料１８０’を１回しか透過しないため、図８の実施形態の液晶材料１８０とは異なる液晶材料１８０’および／または異なる液晶材料の厚さが必要とされる。しかし、そのような材料およびその適用は当分野で容易に利用できて公知であり、当業者が本発明の原理を理解すれば実施可能である。また、光６１（ｓ）は反射されるのではなく透過するため、偏光子／検光子７０もまた、図２に示すように図１７の空間フィルタリング用ＳＬＭ５０’の前ではなく、後に配置されなければならない。
【００８４】
上の説明において、ＦＴ平面３２の角度方向（Ｒ）およびスケールセグメントからの光エネルギーだけが検出のために空間領域に反射投影されるようにＦＴ平面３２内の他の全ての光が検出器８０に到達しないようにマスキングまたは遮断することにより、画像の所望の角度方向（Ｒ）およびスケール（Ｓ）の形状コンテンツが捕捉される。しかし、当業者は、上述の構成要素による形状の特徴抽出および符号化は陰画像においても実行できることを認識されよう。換言すれば、１個以上のセグメントおよび／またはセクターを起動して、上述のように、特定のセクターおよび／またはセグメントの角度方向または回転（Ｒ）および／または半径方向距離（Ｓ）に関連する形状コンテンツを得るのではなく、当該画像の形状コンテンツの陰画像または反転画像を得るために、有効な光学領域５４内の他の全てのセクターおよびセグメントを起動し、且つ特定のセクターおよび／またはセグメントを起動しないこともまた可能である。この手順を、所望の角度（Ｒ）および／またはスカラー（Ｓ）セクターおよびセグメントの全てについて繰り返すことにより、収集および記録された光エネルギー分布に関する情報の組み合わせが画像１２’の形状コンテンツの全ての陰画像または反転画像を表すことができる。
【００８５】
例えば、図９ａ〜ｃに戻って参照するに、空間フィルタリング用ＳＬＭ２５０（図１）によるＦＴ平面３２内での光学フィルタリングした後の空間領域における図９ａの垂直形状コンテンツの陰画像または反転画像は、図９ｃに現れたのと同様に空間画像の垂直線７０４が垂直セクター５００の非起動内側セグメント５０２によりフィルタリング除去された状態で水平線７０６として現れる。図９ａの正方形より多くの形状コンテンツが存在すれば、垂直方向になく、且つ内側セグメント５０２により画像からフィルタリング除去された空間周波数範囲にない限り、そのような追加的な形状コンテンツもまた陰画像の空間画像に示す。同様に、分割ラジアルＳＬＭ５０によるＦＴ平面３２内の光学フィルタリングの後の空間領域における図９ａの水平形状コンテンツの陰画像または反転画像は、図９ｂに現れたのと同様に、空間画像から水平線がフィルタリング除去された状態で垂直線７０４として現れる。
【００８６】
更に説明すると、図１３ｂに示す自動車の空間フィルタリングされた画像６０の陰画像は、図１３ｃに示す垂直線６２’を除く自動車の形状コンテンツの全てを示す。図１４ｃ、１５ｃ、１６ｃ、および１７ｃについても同じ違いが成立する。
【００８７】
再び、形状コンテンツの空間陽画像と同様に、そのような陰画像または反転空間画像は
、８０（図１）においてｘ−ｙ座標位置のピクセルおよび強度（Ｉ）により検出され、角度方向（Ｒ）および必要ならば上述のように非起動セクターおよびセグメントの半径方向スケール（Ｓ）と共に格納すべく処理できる。また、当業者には理解されるように、フィルタリングされた陰画像データは、フィルタリングされた陽画像データに変換できる（その逆も可）。
【００８８】
多くの例示的な実装、態様、および実施形態について上に記述してきたが、当業者には他の変型、入替え、追加、および副次的組合わせが本発明の権利請求の範囲および趣旨に含まれることを認識されよう。従って、以下の請求項および今後導入される請求項は、そのような変型、追加、および副次的組合わせ並びに等価物をその本来の趣旨および範囲に含むものであって、これらの請求項を上で例示および記述した構造および処理そのものに限定するものではないと解釈／理解すべきである。「含む」、「含んでいる」、「構成された」、「構成する」、「構成している」、「含む」、「含んでいる」という用語は、本明細書および以下の請求項で用いられた場合、言及された特徴、整数、構成要素、またはステップの存在を指定することを目的とするが、これらは他の１個以上の特徴、整数、構成要素、ステップ、またはそれらのグループの存在または追加を排除するものではない。
【００８９】
排他的所有権または特権が請求される本発明およびいくつかの実施形態は以下のように規定される。
【図１】
2011501827.tif 000003
【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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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図９Ｃ】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１０Ｃ】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１３Ｃ】
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【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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【図１４Ｃ】
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【図１５Ａ】
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【図１５Ｂ】
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【図１５Ｃ】
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【図１６Ａ】
2011501827.tif 000028
【図１６Ｂ】
2011501827.tif 000029
【図１６Ｃ】
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【図１７Ａ】
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【図１７Ｂ】
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【図１７Ｃ】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【国際調査報告】
2011501827.tif 000037