(57)【要約】【課題】  空間フィルタをコストダウンできる光学式画像処理方法及びその装置を提供する。【解決手段】  コヒーレントなレーザビームを画情報で空間変調することによって画像を形成し、そのレーザビームを集光して空間フィルタに通すことでフーリエ変換像の一部を透過させ、その透過したレーザビームにより結像面７に画像を投影させることによりフィルタ処理画像を得る際に、予め上記画情報において画像の大きさを拡縮してから空間変調に供し、結像面７に投影された画像を元の大きさに復元してフィルタ処理画像とする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
コヒーレントなレーザビームを画情報で空間変調することによって画像を形成し、そのレーザビームを集光して空間フィルタに通すことでフーリエ変換像の一部を透過させ、その透過したレーザビームにより結像面に画像を投影させることによりフィルタ処理画像を得る際に、予め画像の大きさを拡縮して空間変調し、結像面に投影された画像を元の大きさに復元してフィルタ処理画像とすることを特徴とする光学式画像処理方法。
【請求項２】
コヒーレントなレーザビームを画情報で空間変調する空間光変調器と、その空間変調されたレーザビームを集光する集光レンズと、その集光されたレーザビームの一部を透過させる空間フィルタと、その透過したレーザビームにより結像面に画像が投影されるカメラとを有する光学式画像処理装置において、予め画像の大きさを拡縮した画情報を上記空間光変調器に供する前処理手段と、上記カメラに投影された画像を元の大きさに復元する後処理手段とを備えたことを特徴とする光学式画像処理装置。
【請求項３】
上記空間フィルタは、スリット板であることを特徴とする請求項２記載の光学式画像処理装置。
【請求項４】
上記前処理手段及び上記後処理手段は、画像の大きさを拡縮・復元する演算の手順をハードウェア及び／又はソフトウェアに書き込んだものであることを特徴とする請求項２又は３記載の光学式画像処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フーリエ変換像を空間フィルタに通すことで画像処理効果を得る光学式画像処理方法及びその装置に係り、空間フィルタをコストダウンできる光学式画像処理方法及びその装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
図３に示されるように、背景技術の光学式画像処理装置は、コヒーレントなレーザビームを出射するレーザ光源３１と、そのレーザビームを画情報で空間変調する空間光変調器３２と、その空間変調されたレーザビームを集光する集光レンズ３３と、その集光されたレーザビームの一部を透過させる空間フィルタ３４と、その透過したレーザビームにより結像面３７に画像を投影させる結像レンズ３５と、その結像面３７に投影された画像から画情報を取り込むカメラ３６とを有する。
【０００３】
レーザ光源３１より、ビーム断面強度分布が一様になるようコリメートされたコヒーレントなレーザビームを出射し、そのレーザビームを空間光変調器３２に照射させる。空間光変調器３２は、図示しない画情報源から与えられた画情報をビーム断面に分布させることにより空間内の各点の光の物理量を変化させる。その物理量は光の強度、位相、偏光などである。これによって画像が形成される。空間光変調器３２にはレーザビームを透過させて空間変調する透過型と空間変調されたレーザビームを反射する反射型があるが、ここでは透過型で説明する。
【０００４】
この空間変調されたレーザビームを集光レンズ３３で絞る（集光させる）と、焦点面においてフーリエ変換像（図示せず）が現れる。この焦点面に空間フィルタ３４を置き、レーザビームを空間フィルタ３４に通すことでフーリエ変換像のうちの一部を透過させる。空間フィルタ３４としては、ビーム断面に透過させる領域を形成したスリット板や空間光変調器が利用できる。透過させる領域の形状は、行いたい画像処理の内容によって異なるが、ここではエッジを処理することとして図示のようなスリット３８を選んだ。空間フィルタ３４を透過したレーザビームを結像レンズ３５に通すと、結像面３７に画像が投影される。その結像面３７から画情報をカメラ３６に取り込むことでフィルタ処理画像の画情報が得られる。
【０００５】
図４の上段に示されるように、空間変調画像（＝原画像）が横に２つ並んだ四角形であるとし、縦に２つ並んだ細い長方形のスリットを用いるものとする。なお、図示において、画像のハッチング部と白抜き部とで光の物理量が異なり、例えば黒（暗い）と白（明るい）であることを示す。スリットは白抜きで、スリットの周囲の不透過領域はハッチングで示す。
【０００６】
この空間変調画像から得られた投影画像は、原画像のうちの左右に伸びるエッジを強調したものとなる。この投影画像がフィルタ処理画像である。
【０００７】
ここで、エッジ強調の解像度を上げたいときには、図４の下段に示したようにスリットの寸法を大きくし、フーリエ変換像のうちの中心から離れた部分を透過させる。これにより、投影画像（＝フィルタ処理画像）は、左右に伸びるエッジをさらに強調したものとなる。
【０００８】
【特許文献１】特開平７−４９１８号公報
【非特許文献１】ＩＳＢＮ４−６２７−８２１７０−０（「光コンピューティング」、Ｄ．Ｇ．ファイテルソン著、森北出版、１９９１年１０月）
【非特許文献２】ＩＳＢＮ４−６２７−８２４８１−５（「光情報処理の基礎と応用；光信号処理・光コンピューティング・光ニューラルネットワーク」、フランシス・Ｔ．Ｓ．ユー、スガンダ・ジュタムリア著、森北出版、１９９８年５月）
【非特許文献３】ＩＳＢＮ４−２７４−１２８５８−Ｘ（「光情報処理」、辻内順平ほか共著、オーム社、１９８９年７月）
【非特許文献４】ＩＳＢＮ４−３３９−０１１４５−２（「光情報工学」、黒川隆志、滝沢國治編著、コロナ社、２００１年１月）
【非特許文献５】ＩＳＢＮ４−６２１−０４４９１−５（「光情報処理の基礎」、谷田貝豊彦著、丸善、１９９８年８月）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
図３の光学式画像処理装置では空間フィルタ３４としてスリット板を用いたが、空間フィルタ３４として、光アドレス式空間光変調器や電気アドレス式空間光変調器などの空間光変調器を用いることができる。しかし、これらの空間光変調器は高価である。
【００１０】
これに対してスリット板は安価である。しかし、スリット板を用いる場合、行いたい画像処理の内容によってスリット３８の寸法を変えなければならない。例えば、前述のように、エッジ強調の解像度を変えるために、スリット板をスリットの寸法の異なるスリット板に代える。もし、エッジ強調の解像度を微調整しようとすると、スリットの寸法の異なるスリット板を大量に用意しなければならず、結局、コストが増大する。
【００１１】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、空間フィルタをコストダウンできる光学式画像処理方法及びその装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するために本発明の方法は、コヒーレントなレーザビームを画情報で空間変調することによって画像を形成し、そのレーザビームを集光して空間フィルタに通すことでフーリエ変換像の一部を透過させ、その透過したレーザビームにより結像面に画像を投影させることによりフィルタ処理画像を得る際に、予め画像の大きさを拡縮して空間変調し、結像面に投影された画像を元の大きさに復元してフィルタ処理画像とするものである。
【００１３】
また、本発明の装置は、コヒーレントなレーザビームを画情報で空間変調する空間光変調器と、その空間変調されたレーザビームを集光する集光レンズと、その集光されたレーザビームの一部を透過させる空間フィルタと、その透過したレーザビームにより結像面に画像が投影されるカメラとを有する光学式画像処理装置において、予め画像の大きさを拡縮した画情報を上記空間光変調器に供する前処理手段と、上記カメラに投影された画像を元の大きさに復元する後処理手段とを備えたものである。
【００１４】
上記空間フィルタは、スリット板であってもよい。
【００１５】
上記前処理手段及び上記後処理手段は、画像の大きさを拡縮・復元する演算の手順をハードウェア及び／又はソフトウェアに書き込んだものであってもよい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明は次の如き優れた効果を発揮する。
【００１７】
（１）空間フィルタをコストダウンできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００１９】
図１に示されるように、本発明に係る光学式画像処理装置は、コヒーレントなレーザビームを出射するレーザ光源１と、そのレーザビームを画情報で空間変調する空間光変調器２と、その空間変調されたレーザビームを集光する集光レンズ３と、その集光されたレーザビームの一部を透過させる空間フィルタ４と、その透過したレーザビームにより結像面７に画像を投影させる結像レンズ５と、その結像面７に投影された画像の画情報を取り込むカメラ６と、予め原画像の画情報に対して画像の大きさを拡縮する処理をしてから画情報を空間光変調器１に供する前処理手段９と、カメラ６が取り込んだ画情報を処理することで、結像面７に投影された画像を元の大きさに復元する後処理手段１０とを有する。
【００２０】
レーザ光源１、空間光変調器２、集光レンズ３、空間フィルタ４、結像レンズ５及びカメラ６は、図３で説明したのと同等のものを使用してよい。空間フィルタ４の種類やスリット形状は任意であるが、ここでは、図４の上段に示したのと同様の縦に２つ並んだ細い長方形のスリットを有するスリット板を用いるものとする。
【００２１】
前処理手段９及び後処理手段１０は、画情報を用いて画像の大きさを拡縮・復元するための演算手順を書き込んだもので、ユーザがプログラム可能なロジックアレイデバイスを用いてハードウェアで構成してもよいし、パソコンなどのコンピュータ上で動作するソフトウェアで構成してもよい。また、演算手順をハードウェアとソフトウェアに分担して書き込んでもよい。この種の演算手順の基本構造は公知であるので、ここでは詳細な説明を省略する。前処理手段９における拡大率（縮小率）と後処理手段１０における縮小率（拡大率）とは、互いに逆数の関係にしておく。
【００２２】
図２の上段に示されるように、原画像が図４で用いたのと同じく横に２つ並んだ四角形であるとする。スリットも図４の上段で用いたスリットを用いるものとする。なお、図示において、画像のハッチング部と白抜き部とで光の物理量が異なり、例えば黒（暗い）と白（明るい）であることを示す。スリットは白抜きで、スリットの周囲の不透過領域はハッチングで示す。
【００２３】
図２の上段は、前処理手段９における拡縮倍率を１とした場合のものである。拡縮倍率が１なので、空間光変調器２で変調されたレーザビームが表す空間変調画像は原画像と同じである。この空間変調画像を図１のように集光レンズ３でフーリエ変換した後、空間フィルタ４に通し、結像レンズ５で結像させて結像面７に投影された投影画像は、空間光変調器２における画像のうちの左右に伸びるエッジを強調したものとなる。後処理手段１０における拡縮倍率は１であるから、カメラ６で得られた画情報は拡縮されず、結像面７における画像と同じ大きさでフィルタ処理画像が得られる。
【００２４】
ここで、エッジ強調の解像度を上げたいときには、空間光変調器２に提供する画情報を変更する。例えば、解像度を２倍に上げたいときには、原画像における画像の大きさを２倍に拡大する処理を前処理手段９で行う。この拡大処理後の画情報を空間光変調器２に提供すると、空間光変調器２で変調されたレーザビームが表す空間変調画像は、図２の下段に示したように、大きさが２倍の四角形が横に２つ並んだものとなる。
【００２５】
空間フィルタ４のスリット８の寸法は変更しない。しかし、画像をｎ倍のサイズに拡大すると、フーリエ変換像のサイズは１／ｎ倍になるので、スリット８の寸法が一定のままでも相対的にスリット８の寸法を大きくしたのと同じ効果が得られる。今の例では、ｎ＝２である。なお、ｎは整数に限らない。
【００２６】
このとき結像面７に投影された投影画像は、空間光変調器２における画像のうちの左右に伸びるエッジを強調したものとなる。しかし、この結像面７の投影画像は、画像の大きさを２倍に拡大したものに対応している。そこで、後処理手段１０では、カメラ６で得られた画情報に対して画像の大きさを１／２倍に縮小する処理を行う。このようにして、図２の下段のように、大きさが復元されたフィルタ処理画像が得られる。このフィルタ処理画像は、図２の上段のものに比べ、左右に伸びるエッジをさらに強調したものとなる。そして、このフィルタ処理画像は、図４の下段のものと同等である。つまり、スリット板を交換していないのに、スリット板を交換したのと同等の処理結果が得られる。
【００２７】
以上説明したように、本発明によれば、予め画像の大きさを拡縮して空間変調し、結像面に投影された画像を元の大きさに復元してフィルタ処理画像とするようにしたので、空間フィルタに可変性がなくても可変したのと同じ効果が得られる。この結果、空間フィルタをコストダウンできる。
【００２８】
なお、本発明では、背景技術に対して前処理手段９及び後処理手段１０を追加することになるが、これらは空間フィルタとして用いられる空間光変調器よりも安価であるし、スリット板を大量に用意するよりも安価である。そして、前処理手段９及び後処理手段１０における演算手順の作成費用は製品単価に分散できるので、量産による単価低減効果が期待できる。
【実施例１】
【００２９】
レーザ光源１として、波長６６０ｎｍの赤色半導体レーザを用いる。空間光変調器２として、２５６×２５６ピクセル、グレー８階調の振幅変調・電気アドレス型空間光変調器を用いる。集光レンズ３及び結像レンズ５として、焦点距離１００ｍｍのＢＫ７平凸レンズを用いる。空間フィルタ４として、厚さ０．５ｍｍのステンレス板を用い、このステンレス板に幅１ｍｍ、長さ７ｍｍの長方形で中央の幅１ｍｍ、長さ１ｍｍを除いた部分を透過領域としたスリットを形成する。カメラ６としては、２５６×２５６ピクセル、グレー８階調のＣＣＤカメラを用いる。前処理手段９及び後処理手段１０としては、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ  Ｐｒｏｇｒａｍａｂｌｅ  Ｇａｔｅ  Ａｒｒａｙ）を用いたハードウェアとウィンドウズ（登録商標）パソコン上で動作するソフトウェアとを組み合わせて用いる。
【００３０】
この実施例１の結果、図２で示した画像処理が達成された。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の一実施形態を示す光学式画像処理装置の構成図である。
【図２】本発明の光学式画像処理におけるスリット形状及び画像の変化の様子を示す図である。
【図３】背景技術の光学式画像処理装置の構成図である。
【図４】背景技術の光学式画像処理におけるスリット形状及び画像の変化の様子を示す図である。
【符号の説明】
【００３２】
１  レーザ光源
２  空間光変調器
３  集光レンズ
４  空間フィルタ
５  結像レンズ
６  カメラ
９  前処理手段
１０  後処理手段
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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