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JPH0756122A - Image processor for feature extraction - Google Patents

Image processor for feature extraction

Info

Publication number
JPH0756122A
JPH0756122A JP20136293A JP20136293A JPH0756122A JP H0756122 A JPH0756122 A JP H0756122A JP 20136293 A JP20136293 A JP 20136293A JP 20136293 A JP20136293 A JP 20136293A JP H0756122 A JPH0756122 A JP H0756122A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
image
light
output
polarization
input
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP20136293A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Hideo Suzuki
英夫 鈴木
Akito Nagatsu
昭人 永津
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nippon Telegraph and Telephone Corp
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nippon Telegraph and Telephone Corp filed Critical Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority to JP20136293A priority Critical patent/JPH0756122A/en
Publication of JPH0756122A publication Critical patent/JPH0756122A/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

PURPOSE:To extract features from an image of a body which moves extremely fast or three-dimensional body while it is irradiated with natural light by reading light-dark information on write light corresponding to whether or not the write light is present or its intensity and performing a 2-input, 1-output AND operation through a read-side optical system of orthogonal Nicol constitution. CONSTITUTION:An image is inputted while its light intensity is adjusted and the incoherent-coherent transformation of the input image is performed by a 1st polarized light modulating means 210; and a 2nd polarized optical modulating means 240 ANDs the image which is Fourier-transformed by a Fourier transforming means 220 with a mask image which is inputted through a mask input means 230 to extract the features from the image, and a series of processes are optically performed until the image is formed and outputted by an image output means 260, thereby performing real-time feature extraction. Therefore, even when the image to be processed and the mask image are irradiated with the natural light, the image processes which are fast and superior in operability can be performed.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、特徴抽出用画像処理装
置に係り、特に、入力画像の輪郭または特定方向線分な
どの特徴情報の抽出、および入力画像の品質改善をマス
ク処理により実行する画像処理装置に関する。さらに詳
しく言うと、光入力画像に対して電気的処理手段を介在
させることなく光のまま2次元並列光演算を高速に実行
するものであり、特に、画像認識応用など光画像処理の
分野で有用なものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an image processing apparatus for feature extraction, and more particularly to extracting feature information such as a contour of an input image or a line segment in a specific direction and improving the quality of the input image by mask processing. The present invention relates to an image processing device. More specifically, the two-dimensional parallel optical operation is performed on the optical input image as it is without any electrical processing means, and is particularly useful in the field of optical image processing such as image recognition applications. It is something.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来より、画像の特徴抽出を行う方法と
して、電気的な方法、光学的な方法、特殊素子による方
法が知られている。ここでは特に、方向性線分を抽出す
る特徴と考えて、従来の技術を説明するが、例えば、画
像の輪郭情報及び特定の周波数帯域情報の抽出または入
力画像の品質の改善についても同様に説明することがで
きる。ここに、方向性線分とは、画像の中で個々の物体
の輪郭を構成している線分のうち特定の方向(たとえば
縦方向や横方向)の線要素を意味している。
2. Description of the Related Art Conventionally, an electric method, an optical method, and a method using a special element are known as methods for extracting image features. Here, in particular, the conventional technique will be described by considering the feature of extracting a directional line segment. For example, the extraction of the contour information of the image and the specific frequency band information or the improvement of the quality of the input image will be similarly described. can do. Here, the directional line segment means a line element in a specific direction (for example, the vertical direction or the horizontal direction) among the line segments forming the outline of each object in the image.

【0003】第1の従来技術として、電気的な方法につ
いて説明する。例えばCCDカメラなどの撮像手段を用
いて、処理対象画像を入力し、入力画像からの光信号を
いったん電気信号に変換する電気的な方法においては、
ある時刻の画像を画像メモリに蓄え、マスク処理または
ラスター演算を実行して方向性線分の抽出処理を行う。
この方法では、電気的な信号をフレームメモリに蓄える
ために要するフレームレート、例えば1画面当たり1/
30秒以上の演算時間を必要とする。
An electrical method will be described as the first conventional technique. For example, in an electrical method in which an image to be processed is input using an image pickup means such as a CCD camera and an optical signal from the input image is once converted into an electrical signal,
An image at a certain time is stored in an image memory, and a mask process or a raster calculation is executed to extract a directional line segment.
In this method, the frame rate required to store an electrical signal in the frame memory, for example, 1 / screen
Calculation time of 30 seconds or more is required.

【0004】電気的な方法においては、本来空間的に拡
がる同時刻の画像情報を、部分的には空間的な並列性
(例えば並列演算プロセッサ)を利用するとしても、一
般に並列処理はコスト高になるとして画像情報を時間的
に展開して直列的に処理することが多い。そのため、処
理時間に依存して応用範囲が限定される場合がある。
In the electrical method, parallel processing is generally costly even if the spatially parallel image information at the same time, which is originally spatially spread, is partially utilized in parallel (for example, a parallel arithmetic processor). However, it is often the case that image information is expanded in time and processed serially. Therefore, the application range may be limited depending on the processing time.

【0005】一方、入力装置のフレームレートが上記の
撮像手段よりも速い、すなわち高速度カメラ等を用いて
高速で移動する物体の動画像を連続的に入力する高速入
力方法が提案されている。これによると、通常、入力さ
れた画像は画像メモリまたは記録テープなどの記憶媒体
にいったん記録され、記録終了後、記録された各フレー
ムごとに特徴抽出処理が行われる。
On the other hand, a high-speed input method has been proposed in which the frame rate of the input device is faster than that of the above-mentioned image pickup means, that is, a moving image of an object moving at high speed is continuously input using a high-speed camera or the like. According to this, normally, the input image is once recorded in a storage medium such as an image memory or a recording tape, and after the recording is completed, the feature extraction processing is performed for each recorded frame.

【0006】次に、電気的マスク処理による方向性線分
抽出の精度に関して説明する。画像メモリ等に記録され
た画像の方向性線分を抽出する電気的なマスク処理で
は、通常、抽出すべき方向性線分に対応するマスクパタ
ーンを形成する。電気的な方法の場合には、画像の2次
元空間位置情報は、画像メモリのメモリアドレスに対応
するため、空間的な位置情報をメモリアドレスに変換す
る際に位置情報に関する量子化誤差が発生する。
Next, the accuracy of the extraction of the directional line segment by the electric mask processing will be described. In an electrical mask process for extracting a directional line segment of an image recorded in an image memory or the like, a mask pattern corresponding to the directional line segment to be extracted is usually formed. In the case of the electrical method, since the two-dimensional spatial position information of the image corresponds to the memory address of the image memory, a quantization error relating to the position information occurs when converting the spatial position information into the memory address. .

【0007】さらに、特定の方向に限らず、ある範囲の
方向に含まれる方向性線分を抽出する場合(たとえば水
平方向に対して0度から15度の角度をなす線分群を抽
出する場合など)には、検出されるべき範囲内で方向性
が異なるマスクパターンを複数種類作製し、それぞれの
マスクパターン毎に方向性線分を抽出する演算を行な
い、それぞれの結果の論理和を出力する。従って、ある
範囲の方向性線分を抽出する場合には、処理の工程数が
増加する。
Further, in the case of extracting a directional line segment included in a direction of a certain range, not limited to a specific direction (for example, in the case of extracting a line segment group forming an angle of 0 to 15 degrees with respect to the horizontal direction, etc.). In (), a plurality of types of mask patterns having different directivities within the range to be detected are produced, an operation for extracting a directional line segment is performed for each mask pattern, and the logical sum of the respective results is output. Therefore, when extracting a directional line segment in a certain range, the number of processing steps increases.

【0008】第2の従来技術として、光学的な方法につ
いて説明する。レンズを用いた光学的フーリエ変換によ
る周波数領域のフィルタリング処理によって画像の特徴
を抽出する光学的な方法においては、光の高速性を生か
せることが知られている。一方、光学的な方法において
は、特に、フィルタの作製と入力画像の性質により応用
分野が制限されることが知られている。光学的な方法に
ついては、例えば、「応用光学I」、鈴木達朗著、朝倉
書店発行に説明されている。以下に簡単に光学的な方法
の特徴を説明する。
An optical method will be described as the second conventional technique. It is known that the high speed property of light can be utilized in an optical method for extracting image features by filtering processing in the frequency domain by optical Fourier transform using a lens. On the other hand, in the optical method, it is known that the field of application is limited by the characteristics of the filter and the input image. The optical method is described in, for example, "Applied Optics I", by Tatsuro Suzuki, published by Asakura Shoten. The features of the optical method will be briefly described below.

【0009】フィルタの作製は、フィルタパターンを写
真フィルムに記録する、または、ガラス板に蒸着加工す
るなど微細で繊細な工程を必要とし、その上フィルタの
材料はフィルムまたはガラス板などの再利用性が低い材
料である。
The production of a filter requires a fine and delicate process such as recording a filter pattern on a photographic film or vapor deposition on a glass plate, and the material of the filter is reusable such as a film or a glass plate. Is a low material.

【0010】さらに、周波数面における空間フィルタリ
ング方法は、入力画像に含まれる空間周波数がほぼ一定
の特徴(たとえば線画)を抽出或いは除去する場合には
望ましい性能を示す。しかし、より一般的な特徴抽出処
理では、画像に含まれる空間周波数は低いものから高い
ものまで種々混在し、さらに所望の抽出されるべき特徴
の周波数範囲も広範囲に亘ることがある。従って、周波
数面における1種類の固定的なフィルタを広範囲に亘る
空間周波数を有する特徴抽出に適用する場合には、画像
全体に関しては不均一で不鮮明な特徴しか得られない。
Furthermore, the spatial filtering method in the frequency plane exhibits desirable performance when extracting or removing a feature (for example, a line drawing) having a substantially constant spatial frequency contained in the input image. However, in a more general feature extraction process, various spatial frequencies included in an image are mixed from low to high, and a desired frequency range of features to be extracted may be wide. Therefore, when one kind of fixed filter in the frequency plane is applied to feature extraction having a wide range of spatial frequencies, only nonuniform and unclear features are obtained for the entire image.

【0011】光学的フーリエ変換とフィルタリング処理
が可能な入力画像は、単一波長の光(通常コヒーレント
光を示す)で搬送された画像である。従って、光学的な
フィルタリング処理を行うためには、何らかの照射手段
で対象物の特徴を表すコヒーレント光を形成して入力画
像とする。例えば、自然光の照射条件下における画像を
処理対象とする場合には、通常、画像を写真フィルムに
撮影し、その背面からレーザー光などの単一波長光を照
射して入力画像とするか、または実験室レベルではいっ
たんインコヒーレント−コヒーレント変換素子を介して
波長をそろえてから入力画像とする。写真フィルムに撮
影する場合には、現像処理が必要であり、インコヒーレ
ント−コヒーレント変換素子を介する場合にも、素子の
応答時間の遅れが生ずる。
The input image, which can be processed by optical Fourier transform and filtering, is an image carried by light of a single wavelength (usually exhibiting coherent light). Therefore, in order to perform the optical filtering process, coherent light representing the characteristics of the object is formed by some irradiation means and used as the input image. For example, when processing an image under natural light irradiation conditions, the image is usually photographed on a photographic film, and single-wavelength light such as laser light is irradiated from the back surface to form an input image, or At the laboratory level, once the wavelengths are aligned via the incoherent-coherent conversion element, the input image is obtained. When photographing on a photographic film, a development process is necessary, and even when an incoherent-coherent conversion element is used, the response time of the element is delayed.

【0012】これまでに、BSO素子にレーザービーム
でリサージュ図形を描き、それをフィルタとした例が報
告されている(Applied Optics Vol.15,No.6, 1976)
が、BSO素子の制御方法や与えるエネルギーおよび応
答速度などに実用的な点から問題がある。同様に、同報
告ではBSO素子をインコヒーレント−コヒーレント変
換素子としても用いているが、素子の感度の点から入力
画像として2次元写真フィルムを使用し、背面からレー
ザー光を照射してコヒーレント光画像に変換する実験レ
ベルにとどまっている。したがって、実時間の実物体に
適用することは難しい。
Up to now, there has been reported an example of drawing a Lissajous figure on a BSO element with a laser beam and using it as a filter (Applied Optics Vol.15, No.6, 1976).
However, there is a problem from a practical point of view in terms of the method of controlling the BSO element, the energy to be applied and the response speed. Similarly, in the same report, the BSO element is also used as an incoherent-coherent conversion element, but a two-dimensional photographic film is used as an input image from the point of the sensitivity of the element, and a coherent light image is obtained by irradiating laser light from the back surface It remains at the experimental level to convert to. Therefore, it is difficult to apply to real-time real objects.

【0013】第3番目の従来技術として、特殊な光素子
について説明する。特殊な光素子を用いた入力画像の特
徴抽出は、たとえば、「Optical Neurochips for Direc
t Image Processing(直接画像処理用光ニューロチッ
プ)」、1992年電子情報通信学会春季大会予稿集D-83に
久間等により報告されている。素子の画素数(32×32)
が少ないため特徴抽出の精度に制約を与える。また、素
子の制御方法、与えるべきエネルギーの大きさ、および
素子の応答時間により応用範囲が限定される可能性があ
る。
As a third prior art, a special optical element will be described. For example, “Optical Neurochips for Direc.
t Image Processing (optical neurochip for direct image processing) ", Kuman et al., in Proceedings D-83 of the 1992 IEICE Spring Conference. Number of elements pixels (32 x 32)
Since there are few, the accuracy of feature extraction is restricted. Further, the application range may be limited depending on the control method of the element, the amount of energy to be applied, and the response time of the element.

【0014】[0014]

【発明が解決しようとする課題】画像処理の分野におい
ては、2次元、21/2 次元(平面内の平行移動と回転と
を表す)、あるいは静止物体の画像処理のみならず、3
次元物体あるいは高速に移動する物体の画像処理が求め
られている。さらに、画像処理装置自体を移動物体に設
置したり、様々な環境下で使用するため、装置の小型
化、低コスト化、操作及び保守の簡単化に対する要求も
強い。これらの要望に対し、上記の従来技術は次のよう
な問題点を含んでいる。
In the field of image processing [SUMMARY OF THE INVENTION], 2-dimensional, (representing translation and rotation in the plane) 2 1/2-D, or not only the image processing of the still object 3,
Image processing of a three-dimensional object or an object that moves at high speed is required. Further, since the image processing apparatus itself is installed on a moving object or used in various environments, there is a strong demand for downsizing the apparatus, reducing costs, and simplifying operation and maintenance. In response to these demands, the above-mentioned conventional techniques include the following problems.

【0015】電気的な特徴抽出方法では、入力手段をは
じめ、光信号の速度と比べて応答速度の遅い電気回路を
介在させるので特徴抽出処理速度が遅い。
In the electrical feature extraction method, the feature extraction processing speed is slow because the input circuit and the electric circuit whose response speed is slower than the speed of the optical signal are interposed.

【0016】例えば上記の通り、演算時間は入力装置の
フレームレートに依存するので、フレームレート内では
とらえることのできない、すなわち、フレームレートに
比較して非常に高速で移動する物体の特徴、例えば方向
性線分を実時間で抽出することはできない。一方、高速
度カメラ等による入力の場合には、画像をいったん蓄積
するので、特徴抽出処理の実時間性はまったく期待でき
ない。
For example, as described above, since the calculation time depends on the frame rate of the input device, it cannot be captured within the frame rate, that is, the feature of the object moving at a very high speed as compared with the frame rate, for example, the direction. The sex segment cannot be extracted in real time. On the other hand, in the case of input from a high-speed camera or the like, since the image is temporarily stored, the real-time property of the feature extraction processing cannot be expected at all.

【0017】空間位置を画像メモリアドレスに変換する
際の量子化誤差を小さくできる空間的な特定方向、例え
ば垂直方向あるいは水平方向、またはそれらに対して4
5度方向の方向性線分抽出の精度と比較して、それら以
外の方向性線分に対する抽出精度が悪く、ここで、方向
性抽出精度を上げるためにマスクサイズの拡大、また
は、マスクの種類数の増加を行うと処理時間が長くな
る。
A spatial specific direction capable of reducing a quantization error when converting a spatial position into an image memory address, for example, a vertical direction or a horizontal direction, or 4 for them.
Compared with the accuracy of the extraction of the directional line segment in the 5 degree direction, the extraction accuracy for the other directional line segments is poor. Here, the mask size is increased or the mask type is increased in order to increase the directional extraction accuracy. If the number is increased, the processing time becomes longer.

【0018】また、微細構造を含む画像を処理する場合
には、入力画像の画素数を多くする必要があり、このた
めに処理時間は長くなる。
Further, when processing an image containing a fine structure, it is necessary to increase the number of pixels of the input image, which increases the processing time.

【0019】光学的な特徴抽出方法の場合には、フィル
タパターンを写真フィルムあるいはガラス板を材料とし
て製作するために、必然的にフィルタの作製は難しく、
フィルタ交換には機構的な交換作業を必要とし、用途に
合わせて実時間的にフィルタを交換することは困難であ
る。
In the case of the optical feature extraction method, since the filter pattern is manufactured by using a photographic film or a glass plate, it is inevitable that the filter is difficult to manufacture.
The filter replacement requires mechanical replacement work, and it is difficult to replace the filter in real time according to the application.

【0020】さらに、フィルム及びガラス板等のフィル
タ材料の再使用は不可能であり、装置の製造コストを増
加させる。その上、写真フィルム等では不必要な位相変
調が付加されることもあり、それを緩和するためにフィ
ルムを液浸する必要があり、装置全体が複雑になる。
Furthermore, the filter material such as film and glass plate cannot be reused, which increases the manufacturing cost of the device. In addition, since unnecessary phase modulation may be added to a photographic film or the like, the film needs to be immersed in liquid to alleviate it, which complicates the entire apparatus.

【0021】さらに、光学的な方法は、入力画像に含ま
れるすべての空間周波数に対しては、1種類の固定的な
フィルタでは対応することができない。例えば、処理対
象画像のサイズが大きい場合と小さい場合とでは、処理
対象画像に含まれる空間周波数成分が異なるので、円形
のフィルタパターンを用いて特徴抽出を行う場合などに
おいては、処理対象画像のサイズに応じて円形のフィル
タパターンの半径を変更することが必要である。
Further, the optical method cannot deal with all the spatial frequencies contained in the input image with one kind of fixed filter. For example, since the spatial frequency components included in the processing target image are different depending on whether the size of the processing target image is large or small, the size of the processing target image may be reduced when performing feature extraction using a circular filter pattern. It is necessary to change the radius of the circular filter pattern according to.

【0022】また、光フーリエ変換により画像処理する
場合、処理対象画像は単一波長の光で搬送された画像に
限られる。したがって、自然光画像をそのままの形で入
力画像として取り扱うことができない。
When the image processing is performed by the optical Fourier transform, the image to be processed is limited to the image carried by the light of a single wavelength. Therefore, the natural light image cannot be handled as it is as an input image.

【0023】特殊な光素子を用いた方法では、画素数に
制限があり、素子の制御方法が複雑で、与えるべきエネ
ルギーも大きく、しかも、動画像処理など実時間の画像
入力と特徴抽出処理とを必要とする応用に対しては素子
の応答速度に遅いという問題がある。
In the method using a special optical element, the number of pixels is limited, the element control method is complicated, and the energy to be applied is large, and moreover, real-time image input and feature extraction processing such as moving image processing are required. There is a problem that the response speed of the device is slow for the application requiring the.

【0024】上記従来技術の問題点を解決するために、
処理の高速化、自然光照射条件での画像入力、入力画像
が含む空間周波数による特徴抽出処理の制限の低減など
により特徴抽出処理性能の改善を行ない、さらに、装置
の小型化、省エネルギー化、および低コスト化を実現す
る装置設計が必要である。
In order to solve the above problems of the prior art,
Improved feature extraction processing performance by speeding up processing, inputting images under natural light irradiation conditions, and reducing restrictions on feature extraction processing due to the spatial frequency included in the input image. A device design that realizes cost reduction is required.

【0025】本発明は、上記の点に鑑み、2次元並列光
演算により、従来の電気的な撮像手段によるフレームレ
ート以下の時間内に、自然光の照射下で、非常に高速で
移動する物体、又は3次元物体の画像の特徴抽出処理を
行ない、入力画像に含まれる方向性線分等の特徴抽出及
び画像の品質改善等のマスク処理を行う特徴抽出用画像
処理装置を提供することを目的とする。
In view of the above points, the present invention provides an object that moves at a very high speed under natural light irradiation within a time period below the frame rate of a conventional electric image pickup device by two-dimensional parallel light calculation. Another object of the present invention is to provide a feature extraction image processing apparatus that performs feature extraction processing of an image of a three-dimensional object, performs feature extraction of directional line segments included in an input image, and performs mask processing such as image quality improvement. To do.

【0026】本発明はさらに、消費エネルギーおよび光
信号のロスが小さい光素子と光学部品だけにより簡単に
構成され、装置の消費エネルギーが少なく、しかも容易
に制御できる低コストな特徴抽出用画像処理装置を提供
することを目的とする。
The present invention further comprises a low-cost image processing apparatus for feature extraction, which is simply constituted by only an optical element and optical components which consume little energy and optical signal loss, consume less energy in the apparatus, and can be easily controlled. The purpose is to provide.

【0027】[0027]

【課題を解決するための手段】図1は、本発明の原理構
成図である。
FIG. 1 is a block diagram showing the principle of the present invention.

【0028】本発明による特徴抽出用画像処理装置は、
読み出し光と書き込み光とを受け、書き込み光の光強度
に応じて読み出し光の偏光角度を変化させる偏光変調手
段と、マスク処理に用いるマスク画像の光を偏光変調手
段への書き込み光として供給する手段と、処理対象画像
の光を光学フーリエ変換して偏光変調手段への読み出し
光とする手段と、偏光変調手段の出力光のうち所定の角
度に偏光されている光を通過させてマスク処理された光
を取り出しこれを光学フーリエ変換して出力する処理画
像出力手段とからなる。
The image processing apparatus for feature extraction according to the present invention is
Polarization modulation means for receiving the reading light and the writing light and changing the polarization angle of the reading light according to the light intensity of the writing light, and means for supplying the light of the mask image used for the mask processing as the writing light to the polarization modulating means. And a means for optical Fourier transforming the light of the image to be processed into the read light to the polarization modulation means, and a light that is polarized at a predetermined angle out of the output light of the polarization modulation means is masked. It is composed of a processed image output means for taking out light and performing optical Fourier transform of the light for output.

【0029】本発明による特徴抽出用画像処理装置は、
読み出し光と書き込み光とを受け、書き込み光の光強度
に応じて読み出し光の偏光角度を変化させる第1の偏光
変調手段と、読み出し光と書き込み光とを受け、書き込
み光の光強度に応じて読み出し光の偏光角度を変化させ
る第2の偏光変調手段と、処理対象画像の光を第1の偏
光変調手段への書き込み光とする手段と、第1の偏光変
調手段の出力光を光学フーリエ変換して第2の偏光変調
手段への読み出し光とする手段と、マスク処理に用いる
マスク画像の光を第2の偏光変調手段への書き込み光と
して供給する手段と、第2の偏光変調手段の出力光のう
ち所定の角度に偏光されている光を通過させてマスク処
理された光を取り出しこれを光学フーリエ変換して出力
する処理画像出力手段と、第1及び第2の偏光変調手段
の動作を制御する制御手段とよりなる。
The image processing apparatus for feature extraction according to the present invention is
A first polarization modulator that receives the read light and the write light and changes the polarization angle of the read light according to the light intensity of the write light, and receives the read light and the write light and receives the read light and the write light according to the light intensity of the write light. Second polarization modulating means for changing the polarization angle of the reading light, means for making the light of the image to be processed into writing light for the first polarization modulating means, and optical Fourier transform for the output light of the first polarization modulating means. Means for making the read light to the second polarization modulating means, means for supplying the light of the mask image used for the mask processing as write light to the second polarization modulating means, and the output of the second polarization modulating means. The operation of the processed image output means for passing the light polarized at a predetermined angle out of the light, extracting the masked light, and performing the optical Fourier transform of this, and the operation of the first and second polarization modulating means Control It becomes more and your means.

【0030】[0030]

【作用】本発明の画像処理装置の偏光変調手段は、書き
込み光の有無または強弱に対応して書き込み光の明暗情
報を読み出し光の偏光状態の相違として出力し、さら
に、読み出し側の光学系を直交ニコル構成とした2入力
1出力の論理積演算により特徴抽出用マスク処理を実行
する。つまり、偏光変調手段は、単一波長かつ直線偏光
の光に搬送された入力画像がレンズにより実時間でフー
リエ変換された画像を偏光変調手段の読み出し光とし、
一方、自然光の照射下で別のレンズにより実時間で結像
されたマスクパターンのマスク画像を書き込み光として
偏光変調手段に書き込み、読み出し光と書き込み光の論
理積に相当する光信号を出力する。出力信号は、画像出
力手段によりフーリエ変換されて出力面に結像される。
The polarization modulation means of the image processing apparatus of the present invention outputs the light / dark information of the writing light as a difference in the polarization state of the reading light in accordance with the presence or absence of the writing light, and the intensity of the writing light. The feature extraction mask processing is executed by a logical product operation of two inputs and one output having an orthogonal Nicols configuration. In other words, the polarization modulation means uses an image obtained by Fourier transforming the input image carried by the light of a single wavelength and linearly polarized light in real time by the lens as the readout light of the polarization modulation means,
On the other hand, the mask image of the mask pattern formed in real time by another lens under irradiation of natural light is written as writing light in the polarization modulator, and an optical signal corresponding to the logical product of the reading light and the writing light is output. The output signal is Fourier transformed by the image output means and imaged on the output surface.

【0031】これにより、処理が光学的に行われるの
で、高速性、省エネルギー性が得られる。また、特殊な
マスクパターンを作製することなく、一般的な2次元画
像をマスク画像として入力でき、用途に応じたマスクの
交換が容易で、画像の多種類の特徴を時系列的に抽出す
る。
As a result, the processing is performed optically, so that high speed and energy saving can be obtained. In addition, a general two-dimensional image can be input as a mask image without producing a special mask pattern, the mask can be easily replaced according to the purpose, and various types of features of the image are extracted in time series.

【0032】本発明による特徴抽出用画像処理装置は、
光強度を調整しながら画像の入力を行い、第1の偏光変
調手段により入力画像のインコヒーレント−コヒーレン
ト変換を実行し、フーリエ変換手段によりフーリエ変換
した画像と、マスク入力手段により入力されたマスク画
像との間の論理積を第2の偏光変調手段により実行し
て、画像の特徴を抽出し、画像出力手段により結像して
出力するまで、一連の処理を光学的に実行することによ
り実時間的な特徴を抽出を行う。従って、処理対象画像
及びマスク画像が自然光の照射下にある場合にも、高速
で操作性に優れた画像処理を行える。
The feature extraction image processing apparatus according to the present invention is
An image is input while adjusting the light intensity, an incoherent-coherent conversion of the input image is performed by the first polarization modulation unit, an image Fourier-transformed by the Fourier transform unit, and a mask image input by the mask input unit. Is performed by the second polarization modulation means to extract the characteristics of the image, and the series of processes are optically performed until the image is output by the image output means. Specific characteristics are extracted. Therefore, even when the image to be processed and the mask image are under irradiation of natural light, image processing with high operability can be performed at high speed.

【0033】本発明の特徴抽出用画像処理装置におい
て、処理対象画像がフーリエ変換された画像に対して、
画像の直流成分(O次光)を遮断するマスクパターンを
用いて特徴抽出用マスク処理を実施すると、処理対象画
像内の輪郭画像が出力される。画像の特定方向以外の方
向成分を遮断するマスクパターンを用いて特徴抽出用マ
スク処理を実施すると、処理対象画像内の特定方向に垂
直な方向の線分が抽出された画像が出力される。画像の
直流成分の一部を遮断するマスクパターンを用いて特徴
抽出用マスク処理を実施すると、処理対象画像内の高周
波成分を強調した画像、すなわち輪郭部分が強調された
画像が出力される。画像の高次成分を遮断するマスクパ
ターンを用いて特徴抽出用マスク処理を実施すると、処
理対象画像内の低周波数成分が強調された画像、すなわ
ち輪郭部分が平滑化された画像が出力される。画像の特
定次数成分以外を遮断するマスクパターンを用いて特徴
抽出用マスク処理を実施すると、処理対象画像内の特定
周波数成分が強調された画像が出力される。例えば上記
のように、豊富な種類のマスク処理が実現される。
In the image processing apparatus for feature extraction of the present invention, the image to be processed is Fourier-transformed,
When the feature extraction mask processing is performed using the mask pattern that blocks the DC component (Oth order light) of the image, the contour image in the processing target image is output. When the feature extraction mask processing is performed using a mask pattern that blocks directional components other than the specific direction of the image, an image in which a line segment in a direction perpendicular to the specific direction in the processing target image is extracted is output. When the feature extraction mask processing is performed using a mask pattern that blocks a part of the DC component of the image, an image in which the high-frequency component in the processing target image is emphasized, that is, an image in which the contour portion is emphasized is output. When the feature extraction mask processing is performed using a mask pattern that blocks higher-order components of the image, an image in which the low-frequency components in the processing target image are emphasized, that is, an image in which the contour portion is smoothed is output. When the feature extraction mask processing is performed using a mask pattern that blocks components other than the specific order component of the image, an image in which the specific frequency component in the processing target image is emphasized is output. For example, as described above, various types of mask processing are realized.

【0034】[0034]

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面に基づき詳細
に説明する。本実施例の説明は、システム構成、2次元
光素子、マスク処理、処理対象画像入力、インコヒーレ
ント−コヒーレント変換、光学フーリエ変換、マスク画
像入力、制御部、及び画像出力部の順序で行う。さら
に、ほぼ均一な空間周波数含む処理対象画像と、種々の
空間周波数を含む処理対象画像とに対する本発明の一実
施例による特徴抽出処理を説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the present invention will be described in detail below with reference to the drawings. This embodiment will be described in the order of system configuration, two-dimensional optical element, mask processing, image input for processing, incoherent-coherent conversion, optical Fourier transform, mask image input, control section, and image output section. Further, a feature extraction process according to an embodiment of the present invention for a processing target image including substantially uniform spatial frequencies and a processing target image including various spatial frequencies will be described.

【0035】図2は本発明の一実施例のシステム構成を
示す図である。同図は、システムへの入力である処理対
象画像10、処理対象画像10の特徴抽出処理に使用す
るマスクパターン30、システムの特徴抽出処理の結果
である特徴抽出結果40、処理対象画像10及びマスク
パターン30を夫々に入力する結像レンズ50及び結像
レンズ51、光源80及び偏光ビームスプリッタ70と
共にインコヒーレント−コヒーレント変換部を構成する
2次元光素子20、処理対象画像10の光学フーリエ変
換部であるフーリエ変換レンズ60、マスク処理の論理
積演算部を構成する2次元光素子21及び偏光ビームス
プリッタ71、2次元光素子20、2次元光素子21及
び光源80の動作タイミングを制御する制御部100、
特徴抽出処理の結果を出力するフーリエ変換レンズ61
を示す。
FIG. 2 is a diagram showing the system configuration of an embodiment of the present invention. The figure shows a processing target image 10 that is an input to the system, a mask pattern 30 used for the characteristic extraction processing of the processing target image 10, a characteristic extraction result 40 that is the result of the system characteristic extraction processing, the processing target image 10 and the mask. The image forming lens 50 and the image forming lens 51 that input the pattern 30 respectively, the light source 80, and the two-dimensional optical element 20 that configures the incoherent-coherent conversion unit together with the polarization beam splitter 70, and the optical Fourier transform unit of the processing target image 10 A certain Fourier transform lens 60, a two-dimensional optical element 21 and a polarization beam splitter 71 forming a logical product operation section of mask processing, a two-dimensional optical element 20, a two-dimensional optical element 21, and a control section 100 for controlling the operation timing of the light source 80. ,
Fourier transform lens 61 for outputting the result of the feature extraction processing
Indicates.

【0036】処理対象画像10は読み出し光81により
変調された2次元信号82に変換され、さらに偏光ビー
ムスプリッタ70を介してコヒーレント光画像83とな
り、フーリエ変換レンズ60によりコヒーレント光画像
のフーリエ変換像84となり、2次元光素子21の読み
出し光となる。一方、レンズ51により結像されたマス
クパターン30のマスク画像実像31が2次元光素子2
1の書き込み光となる。書き込み光31により変調され
て取り出される処理対象の特徴を表す信号85は、偏光
ビームスプリッタ71で偏光されて、書き込み光31と
読み出し光84の論理積86として出力される。論理積
86は、フーリエ変換レンズ61でフーリエ変換されて
特徴抽出結果40に出力される。
The image 10 to be processed is converted into a two-dimensional signal 82 modulated by the reading light 81, further becomes a coherent light image 83 via the polarization beam splitter 70, and a Fourier transform image 84 of the coherent light image is obtained by the Fourier transform lens 60. And becomes the reading light of the two-dimensional optical element 21. On the other hand, the mask image real image 31 of the mask pattern 30 formed by the lens 51 is the two-dimensional optical element 2
The writing light becomes 1. A signal 85, which is modulated by the writing light 31 and is extracted and which represents the characteristic of the processing target, is polarized by the polarization beam splitter 71 and output as a logical product 86 of the writing light 31 and the reading light 84. The logical product 86 is Fourier transformed by the Fourier transform lens 61 and output to the feature extraction result 40.

【0037】次に、本発明の特徴抽出用画像処理装置に
おいて、インコヒーレント−コヒーレント変換、および
論理積演算に用いられる2次元光素子について、特に、
代表的な2次元光素子として、例えば、福島等による論
文「強誘電性液晶を用いた双安定空間光変調器("Bista
ble spatial light modulator using a ferroelectric
liquid crystal")」、Optics Letters. 15巻, 285 号(1
990)に記載されている強誘電性液晶空間光変調器につい
て説明する。この素子は、液晶を用いた反射形で光アド
レス形の2次元光素子である。液晶を用いた透過形で光
アドレス形の2次元光素子を利用することも可能であ
り、この場合、書き込み光と読み込み光が同方向から入
射するように画像入力用の光学系、光源及び素子を配置
し、偏光ビームスプリッタに代わり偏光板を利用すれば
よい。
Next, regarding the two-dimensional optical element used for incoherent-coherent conversion and AND operation in the image processing apparatus for feature extraction of the present invention,
As a typical two-dimensional optical element, for example, a paper by Fukushima et al. “Bistable spatial light modulator using ferroelectric liquid crystal (“ Bista
ble spatial light modulator using a ferroelectric
liquid crystal ")", Optics Letters. Volume 15, Issue 285 (1
The ferroelectric liquid crystal spatial light modulator described in 990) will be described. This element is a reflective and photo-addressable two-dimensional optical element using liquid crystal. It is also possible to use a transmissive and photo-addressable two-dimensional optical element using liquid crystal. In this case, an optical system for image input, a light source and an element so that the writing light and the reading light are incident from the same direction. And a polarizing plate may be used instead of the polarizing beam splitter.

【0038】本素子は、入力画像の光強度分布状態を偏
光分布状態に変換し、2次元光情報として出力する。特
徴抽出を目的とする場合には、この液晶素子に限定され
ることなく、別の素子を用いることが可能である。但
し、実用においては素子の応答速度、感度および消費エ
ネルギーを考慮して素子を選択すべきである。本発明の
一実施例で用いられる強誘電性液晶空間光変調器は、明
るさに対する感度が高く、応答速度も速いので自然光で
照明された実物体の画像を素子への書き込み光および読
み出し光として利用できる。さらに、コヒーレント光を
読み出し光とすることにより、素子の書き込み光である
入力画像のインコヒーレント−コヒーレント変換を実行
することができる。
This element converts the light intensity distribution state of the input image into a polarization distribution state and outputs it as two-dimensional light information. For the purpose of feature extraction, it is possible to use another element without being limited to this liquid crystal element. However, in practical use, the element should be selected in consideration of the response speed, sensitivity and energy consumption of the element. The ferroelectric liquid crystal spatial light modulator used in one embodiment of the present invention has a high sensitivity to brightness and a fast response speed, so that an image of a real object illuminated by natural light is used as writing light and reading light for the element. Available. Further, by using the coherent light as the reading light, it is possible to perform the incoherent-coherent conversion of the input image which is the writing light of the element.

【0039】本発明の特徴抽出用画像処理装置において
は、インコヒーレント−コヒーレント変換および入力画
像のフーリエ変換とマスクパターンとの論理積演算にそ
れぞれ1体、合計2体使用する。
In the image processing apparatus for feature extraction of the present invention, one incoherent-coherent transform, two Fourier transforms of the input image, and the logical product operation of the mask pattern are used, respectively, for a total of two bodies.

【0040】図3は、2次元光素子の構成を説明する図
である。同図において、図3の(a)は、透明電極(I
TO)をコートした2枚のガラスの間に、水素化アモル
ファスシリコンの光伝導膜(a−Si:H PC)、誘
電体ミラー(DM)、および、強誘電性液晶(FLC)
をはさんだ素子の構造を示し、それぞれの層の厚さは1
μm程度である。図3の(a)において、左側から消去
光と入力としての書き込み光が照射される。一方、右側
からは読み出し光が照射され、それが反射された結果が
出力となる。なお、通常この素子は可視光域に書き込み
感度をもつが、光伝導膜に適当な特性を持たせると、赤
外域や紫外域などの光画像の書き込みを行うことができ
る。
FIG. 3 is a diagram for explaining the structure of the two-dimensional optical element. In FIG. 3, (a) is a transparent electrode (I
Between two glass coated with (TO), a photoconductive film (a-Si: HPC) of hydrogenated amorphous silicon, a dielectric mirror (DM), and a ferroelectric liquid crystal (FLC).
The structure of the element sandwiched between is shown, and the thickness of each layer is 1
It is about μm. In FIG. 3A, erasing light and writing light as an input are emitted from the left side. On the other hand, the reading light is emitted from the right side, and the result of the reflection is output. Note that this element usually has a writing sensitivity in the visible light region, but if the photoconductive film has appropriate characteristics, it can write an optical image in the infrared region or the ultraviolet region.

【0041】図3の(b)は、液晶の初期状態の安定化
を目的とする透明電極(ITO)のラビングの方向を読
み出し側から見た状態で示している。素子は光画像処理
応用に適した矩形が望ましく、有効面積を最大に使用す
るために矩形の辺に対して22.5度の角度をもたせて
ラビングされる。ラビング角度の選定については後述す
る。
FIG. 3B shows the rubbing direction of the transparent electrode (ITO) for the purpose of stabilizing the initial state of the liquid crystal as viewed from the reading side. The element is preferably a rectangle suitable for optical image processing applications and is rubbed at an angle of 22.5 degrees to the sides of the rectangle for maximum use of effective area. The selection of the rubbing angle will be described later.

【0042】図4は、2次元光素子の動作タイミングの
制御の一実施例を説明するための図である。同図におい
て、横軸は時間を、縦軸は電圧を示し、E、W、および
Rはそれぞれ、消去、書き込み、および読み出しのタイ
ミングを示す。図4の(a)は、2次元光素子を駆動す
るために与えられる電気的制御パルス、一方、図4の
(b)は読み出し光が照射されるタイミングを示す。
FIG. 4 is a diagram for explaining an embodiment of controlling the operation timing of the two-dimensional optical element. In the figure, the horizontal axis represents time, the vertical axis represents voltage, and E, W, and R represent the timings of erasing, writing, and reading, respectively. FIG. 4A shows an electric control pulse given to drive the two-dimensional optical element, while FIG. 4B shows a timing at which the reading light is emitted.

【0043】タイミングEのとき、消去光が点灯して素
子が全面にわたってリフレッシュされ、タイミングWの
とき、素子への書き込みが行われ、タイミングRのとき
に読み出し光が点灯して素子の2次元光情報が読み出さ
れる。E−W−Rを1周期としたパルス全体が反復す
る。読み出しパルスRを発生させるには、例えば、音響
光学素子を用いた読み出し光の光パルス変調、あるい
は、半導体レーザを光源として直接変調する方法があ
る。消去光としてはLEDなどにより2次元光素子全面
を照射すればよい。
At timing E, the erasing light is turned on and the element is refreshed over the entire surface. At timing W, writing to the element is performed, and at timing R, the reading light is turned on and the two-dimensional light of the element is turned on. The information is read. The entire pulse with EW-R as one cycle repeats. In order to generate the read pulse R, for example, there is a method of optical pulse modulation of read light using an acoustooptic device or a method of directly modulating a semiconductor laser as a light source. As the erasing light, the entire surface of the two-dimensional optical element may be irradiated with an LED or the like.

【0044】時刻tにおける入力画像が2次元光素子に
書き込まれると、その画像は時間Rの間素子に保持され
る。したがって、E−W−Rの1周期を電気的な入力手
段のフレームレート(たとえば、1/30秒)よりも短
い時間に設定し、さらに、Wの幅を小さくすることによ
りフレームレート以下の実時間で変化する動画像を処理
対象入力画像とすることができる。本発明の一実施例に
よる制御として、印加電圧V=±10V、E=300μ
s、W=200μs、R=500μsとして2次元光素
子を動作させることができ、この場合の1周期は1ms
となる。また、消去光としてのLEDと、読み出し光の
光パルス変調に用いる音響光学素子とはそれぞれ5V程
度で駆動できる。
When the input image at the time t is written in the two-dimensional optical element, the image is held in the element for the time R. Therefore, one cycle of E-W-R is set to a time shorter than the frame rate (for example, 1/30 seconds) of the electrical input means, and the width of W is made smaller so that the actual rate is equal to or less than the frame rate. A moving image that changes with time can be used as the processing target input image. As control according to one embodiment of the present invention, applied voltage V = ± 10 V, E = 300 μ
A two-dimensional optical element can be operated with s, W = 200 μs, and R = 500 μs, and one cycle in this case is 1 ms.
Becomes Further, the LED as the erasing light and the acousto-optic element used for the optical pulse modulation of the reading light can be driven at about 5V, respectively.

【0045】なお、必要に応じてE−W−Rの1周期を
電気的なフレームレートよりも長い時間に設定すること
が可能である。
It is possible to set one EW-R cycle to a time longer than the electrical frame rate, if necessary.

【0046】図5は、2次元光素子の動作原理と作製条
件を説明する図である。同図の(a)は、素子の読み出
し側から見た液晶分子の配向角を示しており、読み出し
光は紙面の上側から入射し、再び上側に向かって反射さ
れるものとする。
FIG. 5 is a diagram for explaining the operating principle and manufacturing conditions of the two-dimensional optical element. (A) of the same figure shows the orientation angle of the liquid crystal molecules as seen from the read side of the device, and the read light is assumed to be incident from the upper side of the paper surface and reflected toward the upper side again.

【0047】まず、入力画像の中で書き込み光がある
(明るい)箇所に対しては、液晶はON(+)方向に配
向し、逆に、書き込み光がない(暗い)箇所に対して
は、液晶はOFF(−)方向に配向する。θON,θOFF
はそれぞれラビング方向を基準とした反時計回りまたは
時計回りの液晶のチルト角度である。この液晶の回転
(チルト)の効果により読み出し光が変調される。
First, in the input image, the liquid crystal is oriented in the ON (+) direction with respect to the place where the writing light is (bright), and conversely, to the place where there is no writing light (dark). The liquid crystal is aligned in the OFF (-) direction. θ ON , θ OFF
Are tilt angles of the liquid crystal that are counterclockwise or clockwise with respect to the rubbing direction. The read light is modulated by the effect of the rotation (tilt) of the liquid crystal.

【0048】入力画像と液晶の回転との関係をさらに詳
しく説明すると、図4の(a)に示す消去タイミングE
において、素子への消去光の照射とパルスの印加より素
子全面の液晶はOFF方向にθOFF 度回転してそのまま
保持される。次の書き込みタイミングWにおいて、素子
への書き込みパルスの印加により書き込み光が存在する
(明るい)部分の液晶に限ってON方向にθON度回転し
て保持される。従って、読み出しタイミングにおいて、
OFF方向とON方向の2つの状態が読み出される。
Explaining the relationship between the input image and the rotation of the liquid crystal in more detail, the erasing timing E shown in FIG.
In the above, the liquid crystal on the entire surface of the device is rotated by θ OFF degrees in the OFF direction by the irradiation of the erasing light and the application of the pulse to the device and is held as it is. At the next writing timing W, by applying a writing pulse to the element, only the liquid crystal in the portion where the writing light is present (bright) is rotated by θ ON degrees in the ON direction and held. Therefore, at the read timing,
Two states, the OFF direction and the ON direction, are read.

【0049】本実施例ではθONを反時計回り、θOFF
時計回りとして説明するが、逆でもよい。実際に、本素
子に対して、図4の(a)で示したパルスの正負を逆転
させて与えると、θONが時計回り、θOFF が反時計回り
の回転により読み出し光が変調される。
In this embodiment, θ ON is described as counterclockwise rotation and θ OFF is described as clockwise rotation, but they may be reversed. In fact, when the positive and negative pulses of the pulse shown in FIG. 4A are applied to this element by reversing, the reading light is modulated by the rotation of θ ON clockwise and θ OFF counterclockwise.

【0050】ところで、反射形の素子の場合には、読み
出し光は図3の(a)で示した読み出し面側からいった
ん素子内に入り、誘電体ミラー(DM)で反射されて出
力されるため液晶層を2回通過する。従って、読み出し
光は液晶のチルト角度の2倍の角度で変調されることに
なる。図5の(b)は素子で反射されて出力される光の
偏光方向を示している。一方透過形素子の場合には、液
晶層の通過回数は1回のみであり、変調される角度はチ
ルト角度に一致する。
By the way, in the case of the reflection type element, the read light enters the element from the read surface side shown in FIG. 3A, is reflected by the dielectric mirror (DM), and is output. Pass through the liquid crystal layer twice. Therefore, the read light is modulated at an angle twice the tilt angle of the liquid crystal. FIG. 5B shows the polarization direction of the light reflected and output by the element. On the other hand, in the case of the transmissive element, the liquid crystal layer passes through only once, and the modulated angle matches the tilt angle.

【0051】さて、図5の(b)において、読み出し光
をポラライザ(Polarizer )で示した横軸方向の直線偏
光、読み出される光をそれと直交するアナライザ(Anal
yzer)で示した縦軸方向の成分のみの直線偏光とする。
すなわち読み出し側の光学系を直交ニコル状態にしてお
く。直交ニコル状態は、偏光ビームスプリッタで構成す
ることができる。透過形素子を利用する場合には、偏光
板を2枚用いて、直交ニコルを構成する。
In FIG. 5B, the read light is linearly polarized in the horizontal axis direction shown by a polarizer, and the read light is orthogonal to the analyzer (Anal).
yzer) is the linearly polarized light of the vertical component only.
That is, the optical system on the reading side is set to the crossed Nicols state. The orthogonal Nicols state can be configured with a polarizing beam splitter. When a transmissive element is used, two polarizing plates are used to form a crossed Nicols.

【0052】読み出し側の光学系を平行ニコル状態に設
定しておくことも考えられるが、この場合は直交ニコル
状態の出力の明暗反転画像が出力される。なお、直交ニ
コル、平行ニコル状態以外の読み出し光学系を設定した
場合は、出力画像のコントラストが低くなる。
It is conceivable to set the optical system on the reading side to the parallel Nicol state, but in this case, a bright / dark inverted image of the output in the orthogonal Nicol state is output. It should be noted that when a reading optical system other than the crossed Nicols and parallel Nicols states is set, the contrast of the output image becomes low.

【0053】直交ニコル読み出し光学系において、素子
で反射された読み出し光強度IPS ON,IPS OFF は式
(1),式(2)で表される。IPS ONは書き込み光があ
る場合、IPS OFF は書き込み光がない場合の光強度を示
す。
In the orthogonal Nicol read-out optical system, the read-out light intensities I PS ON and I PS OFF reflected by the elements are expressed by the equations (1) and (2). I PS ON shows the light intensity when there is writing light, and I PS OFF shows the light intensity when there is no writing light.

【0054】 IPS ON = sin2 {2(θ+θON)}・ sin2 (2πdΔn/λ) (1) IPS OFF = sin2 {2(θ−θON)}・ sin2 (2πdΔn/λ) (2) ここで、θはラビング方向と読み出し光の偏光方向のな
す角度(以後、θを取付角度とよぶ)、θON、θ
OFF は、それぞれ書き込み光がある場合とない場合の、
ラビング方向を基準とした強誘電性液晶のチルト角度、
dは強誘電性液晶層の厚さ、Δnは強誘電性液晶の複屈
折率、λは読み出し光の波長である。式(1)、式
(2)から、IPSの周期はθ=90度であることがわか
る。
I PS ON = sin 2 {2 (θ + θ ON )} ・ sin 2 (2πdΔn / λ) (1) I PS OFF = sin 2 {2 (θ−θ ON )} ・ sin 2 (2πdΔn / λ) (2) where θ is the angle formed by the rubbing direction and the polarization direction of the readout light (hereinafter, θ is referred to as the mounting angle), θ ON , θ
OFF , with or without writing light,
Tilt angle of ferroelectric liquid crystal based on rubbing direction,
d is the thickness of the ferroelectric liquid crystal layer, Δn is the birefringence of the ferroelectric liquid crystal, and λ is the wavelength of the reading light. From equations (1) and (2), it can be seen that the period of I PS is θ = 90 degrees.

【0055】さて、この素子に入力画像を書き込み、入
力画像の明暗情報をそのまま出力させる動作を行わせる
場合、素子の最良のコントラストと最大の反射率を得る
ためには、θON=θOFF =22.5度となる液晶を選定
し、λ=633nm、Δn=0.15のとき、d=1μ
mとなる素子を作製するとともに、θ=22.5度とす
ればよい。このことは式(1),式(2)から明白であ
る。なお、このθ=22.5度は、前記の矩形素子の辺
に対するラビング方向に相当する。
In the case where an input image is written in this element and the operation of outputting the brightness information of the input image as it is, in order to obtain the best contrast and maximum reflectance of the element, θ ON = θ OFF = When a liquid crystal with an angle of 22.5 degrees is selected, when λ = 633 nm and Δn = 0.15, d = 1 μ
It is only necessary to prepare a device having m and to set θ = 22.5 degrees. This is clear from equations (1) and (2). Note that this θ = 22.5 degrees corresponds to the rubbing direction with respect to the sides of the rectangular element.

【0056】次に、特徴抽出用マスク処理のための2次
元光素子による論理積演算を本発明の一実施例に基づき
詳細に説明する。
Next, the logical product operation by the two-dimensional optical element for the feature extraction mask processing will be described in detail based on an embodiment of the present invention.

【0057】図6は、2次元光素子による論理積を説明
するための図である。図6の(a)は2次元光素子20
に書き込まれる明暗画像、すなわち、図2における処理
対象画像10を表している。一方、図6の(b)は読み
出し側に与えられる読み出し光、すなわち、図2におけ
る読み出し光81を表しているが、この場合には読み出
し光は平行光である。上述したように、直交ニコル構成
では書き込み光によって変調された部分のみが明るい部
分として出力されるので、図6の(c)のような入力と
同じ明暗状態の結果が出力される。結果として、図6の
(a)、図6の(b)において明るい部分を論理値1
に、暗い部分を論理値0に対応させると、出力された図
6の(c)は図6の(a)と図6の(b)の画像の論理
積を表していることになる。本発明による一実施例で
は、以上の方法を用いて論理積を演算する。
FIG. 6 is a diagram for explaining a logical product by a two-dimensional optical element. FIG. 6A shows a two-dimensional optical element 20.
2 represents the bright and dark image written in, that is, the processing target image 10 in FIG. On the other hand, FIG. 6B shows the reading light given to the reading side, that is, the reading light 81 in FIG. 2, but in this case, the reading light is parallel light. As described above, in the crossed Nicols configuration, only the portion modulated by the writing light is output as the bright portion, so that the same bright / dark state result as the input as in FIG. 6C is output. As a result, the bright portion in FIGS. 6A and 6B has a logical value of 1
When the dark portion is made to correspond to the logical value 0, the output (c) of FIG. 6 represents the logical product of the images of (a) of FIG. 6 and (b) of FIG. In one embodiment according to the present invention, a logical product is calculated using the above method.

【0058】次に、上記論理積による対象画像のマスク
処理と処理結果の出力について本発明の一実施例により
図2を参照して詳細に説明する。
Next, the masking process of the target image by the logical product and the output of the processing result will be described in detail with reference to FIG. 2 according to an embodiment of the present invention.

【0059】2次元光情報83がレンズ60でフーリエ
変換されたフーリエ変換画像は、直線偏光であり、2次
元光素子21の読み出し光84となる。一方、マスクパ
ターン30がレンズ51により2次元光素子21に結像
された結果は、2次元光素子21の書き込み光31であ
る。2次元光素子21に照射された読み出し光84は、
マスクパターン30の光強度分布に応じて偏光状態が変
調された後に反射される。ここで、読み出し側光学系は
偏光ビームスプリッタ71により直交ニコルを構成して
いるので、2次元光素子21により反射された2次元光
信号85のうち、処理対象画像10のフーリエ変換画像
84とマスクパターン30の書き込み光31との論理積
に相当する光信号86が出力される。
The Fourier-transformed image in which the two-dimensional light information 83 is Fourier-transformed by the lens 60 is linearly polarized light and becomes the read light 84 of the two-dimensional optical element 21. On the other hand, the result that the mask pattern 30 is imaged on the two-dimensional optical element 21 by the lens 51 is the writing light 31 of the two-dimensional optical element 21. The read light 84 irradiated on the two-dimensional optical element 21 is
The polarization state is modulated according to the light intensity distribution of the mask pattern 30 and then reflected. Here, since the reading side optical system constitutes the orthogonal Nicols by the polarization beam splitter 71, the Fourier transform image 84 of the processing target image 10 and the mask are included in the two-dimensional optical signal 85 reflected by the two-dimensional optical element 21. An optical signal 86 corresponding to the logical product of the writing light 31 of the pattern 30 is output.

【0060】上記の論理積処理に利用される2次元光素
子の機能を簡単に説明すると、マスクパターンの書き込
み光が入力され、そのマスクパターンの光強度分布に対
応して読み出し側から入力される直線偏光の偏光方向を
変調し、偏光分布状態を2次元光情報として出力する。
本発明の一実施例では、前述の反射型で光アドレス型の
2次元光素子である強誘電性液晶空間光変調器が特徴抽
出用画像処理装置に組み込まれている。
To briefly explain the function of the two-dimensional optical element used for the logical product processing, the writing light of the mask pattern is input and is input from the reading side in correspondence with the light intensity distribution of the mask pattern. The polarization direction of linearly polarized light is modulated, and the polarization distribution state is output as two-dimensional light information.
In one embodiment of the present invention, the ferroelectric liquid crystal spatial light modulator, which is the above-mentioned reflection type and photo-addressing type two-dimensional optical element, is incorporated in the feature extraction image processing apparatus.

【0061】次に、処理対象画像の入力に関して図2に
より詳細に説明する。処理対象画像10は、結像レンズ
50によって2次元光素子20上に適当な大きさの画像
として結像される。レンズ50は、処理対象画像10の
大きさおよび距離に応じて光軸方向に前後に移動し、光
素子20上に焦点を合わせるなど、ズーム機能とフォー
カシング機能を備えている。3次元実物体を処理対象画
像10とする場合には、フォーカシング機能による合焦
点が画像の明暗情報を明確にするという利点もある。ま
た、レンズ50は、入力画像の光量調整のために絞り機
能を備えていてもよい。
Next, the input of the image to be processed will be described in detail with reference to FIG. The image 10 to be processed is formed as an image of an appropriate size on the two-dimensional optical element 20 by the image forming lens 50. The lens 50 has a zoom function and a focusing function, such as moving back and forth in the optical axis direction according to the size and distance of the image to be processed 10 to focus on the optical element 20. When a three-dimensional real object is used as the processing target image 10, there is also an advantage that the focusing point by the focusing function makes clear the light and dark information of the image. Further, the lens 50 may have a diaphragm function for adjusting the light amount of the input image.

【0062】処理対象画像の光強度を調節する手段とし
て上記の光彩絞り(絞り)を用いる。光彩絞りは、たと
えばレンズ50に組み込まれていると便利であり、この
例として通常のカメラレンズを使用することができる。
絞りを開いた状態、すなわち光を多く取り入れる状態に
してレンズ50が処理対象画像10を2次元光素子20
上に結像すれば、その特性から処理対象画像10の中の
細かいノイズ等を除去することができる。また、絞りを
やや絞った状態では、2次元光素子20の特性から階調
画像を書き込むことになり、処理対象画像10の明るさ
の許容範囲が拡がるとともに、抽出される特徴の精度等
を監視しながら例えば対話的に本発明の画像処理装置を
調整することができる。
The above-mentioned iris diaphragm is used as a means for adjusting the light intensity of the image to be processed. The iris diaphragm is conveniently incorporated in the lens 50, for example, and a normal camera lens can be used as an example.
With the diaphragm open, that is, in a state where a large amount of light is taken in, the lens 50 converts the image 10 to be processed into the two-dimensional optical element 20.
If the image is formed on the upper side, fine noise and the like in the image to be processed 10 can be removed from the characteristic. Further, when the aperture is slightly narrowed, a gradation image is written due to the characteristics of the two-dimensional optical element 20, the allowable range of brightness of the processing target image 10 is expanded, and the accuracy of the extracted features is monitored. However, the image processing apparatus of the present invention can be adjusted interactively, for example.

【0063】また、マスクパターンの光強度を調節する
手段として、たとえばレンズ51にも光彩絞りが組み込
まれており、その構成と機能はレンズ50と同様であ
る。
Further, as a means for adjusting the light intensity of the mask pattern, for example, an iris diaphragm is also incorporated in the lens 51, and its configuration and function are similar to those of the lens 50.

【0064】本発明の画像処理装置において、フーリエ
変換と空間フィルタリングとが行われ、2次元光素子2
1の読み出し光84となる2次元光信号83は、単一波
長の光(単色光)に搬送された画像でなければならな
い。
In the image processing apparatus of the present invention, Fourier transformation and spatial filtering are performed, and the two-dimensional optical element 2
The two-dimensional optical signal 83 serving as the readout light 84 of 1 must be an image carried in light of a single wavelength (monochromatic light).

【0065】まず、自然光に照明された画像を本発明の
画像処理装置の入力画像とする場合には、後述するイン
コヒーレント−コヒーレント変換により入力画像を単色
光に搬送された画像に変換すればよい。したがって、処
理対象画像10は自然光またはレーザー光に照明された
実物体、CRTディスプレイ等の表示素子に表示された
画像、および、液晶パネル等の空間光変調器に表示され
光で照明された画像など、光強度分布をもつ画像であれ
ばどのようなものでもよい。一方、処理対象画像10が
はじめから単色光に搬送された画像であれば、インコヒ
ーレント−コヒーレント変換は必要ない。
First, when an image illuminated by natural light is used as an input image of the image processing apparatus of the present invention, the input image may be converted into an image carried by monochromatic light by incoherent-coherent conversion described later. . Therefore, the processing target image 10 is a real object illuminated by natural light or laser light, an image displayed on a display element such as a CRT display, and an image displayed on a spatial light modulator such as a liquid crystal panel and illuminated by light. Any image may be used as long as it has a light intensity distribution. On the other hand, if the image to be processed 10 is an image that is originally conveyed as monochromatic light, incoherent-coherent conversion is not necessary.

【0066】前述したように、図2の2次元光信号83
は、単一波長の光(単色光)に搬送された画像である。
また、2次元光信号83は2次元光素子20の読み出し
光であるから、素子の作製条件によって最適な波長があ
るとともに、直線偏光でなければならない。
As described above, the two-dimensional optical signal 83 shown in FIG.
Is an image carried in light of a single wavelength (monochromatic light).
Further, since the two-dimensional optical signal 83 is the read light of the two-dimensional optical element 20, it must have an optimum wavelength depending on the manufacturing conditions of the element, and must be linearly polarized light.

【0067】まず、光源80がランダム偏光を出力する
場合には、偏光ビームスプリッタ70によって直線偏光
を読み出し光81として取り出せばよい。一方、光源8
0が直線偏光を出力する場合には、出力された直線偏光
がS偏光となるように光源80の設置角度を設定すれば
読み出し光81の光量が最大になる。以上の2つのうち
いずれかの方法によって得られる直線偏光が2次元光素
子の読み出し光81となる。
First, when the light source 80 outputs random polarized light, linearly polarized light may be extracted as the reading light 81 by the polarization beam splitter 70. On the other hand, the light source 8
When 0 outputs linearly polarized light, the amount of the readout light 81 becomes maximum if the installation angle of the light source 80 is set so that the outputted linearly polarized light becomes S-polarized light. The linearly polarized light obtained by either of the above two methods becomes the reading light 81 of the two-dimensional optical element.

【0068】光源80の波長は、たとえば可視光半導体
レーザ(波長670nm)やHe−Neレーザ(波長6
33nm)などを用いることができる。または、光源8
0の後に波長選択フィルタを設置して所望の波長だけを
取り出せばよい。
The wavelength of the light source 80 is, for example, a visible light semiconductor laser (wavelength 670 nm) or a He--Ne laser (wavelength 6).
33 nm) or the like can be used. Or light source 8
A wavelength selection filter may be installed after 0 to extract only a desired wavelength.

【0069】さらに、読み出し光81の照射タイミング
を2次元光素子20の読み出しタイミングと同期させる
ためには、たとえば可視光半導体レーザでは光源80を
直接変調させればよい。一方、連続発振He−Neレー
ザを用いる場合には、光源の後に音響光学素子などを設
置して、光を変調(光の有無)してやればよい。
Further, in order to synchronize the irradiation timing of the reading light 81 with the reading timing of the two-dimensional optical element 20, for example, in the visible light semiconductor laser, the light source 80 may be directly modulated. On the other hand, when a continuous wave He—Ne laser is used, an acousto-optical element or the like may be installed after the light source to modulate light (presence or absence of light).

【0070】次に、自然光に照明された画像を本発明に
よる画像処理装置の入力とするためのインコヒーレント
−コヒーレント変換について説明する。処理対象画像1
0は結像レンズ50で2次元光素子20の書き込み側に
結像され、素子に書き込まれる。一方、偏光ビームスプ
リッタ70で進行方向を曲げられた直線偏光の読み出し
光81は、2次元光素子20の読み出し側に照射され、
続いて反射される。反射された2次元光信号82は、処
理対象画像10の光強度分布に応じて偏光状態が変調さ
れている。ここで、読み出し側の光学系は偏光ビームス
プリッタ70により直交ニコルを構成しているので、2
次元光信号82のうち、処理対象画像10をコヒーレン
ト光かつ直線偏光に変換した2次元光信号83を得るこ
とができる。
Next, the incoherent-coherent conversion for inputting an image illuminated by natural light to the image processing apparatus according to the present invention will be described. Image to be processed 1
0 is imaged on the writing side of the two-dimensional optical element 20 by the imaging lens 50 and written in the element. On the other hand, the linearly polarized readout light 81 whose traveling direction is bent by the polarization beam splitter 70 is applied to the readout side of the two-dimensional optical element 20,
Then it is reflected. The polarization state of the reflected two-dimensional optical signal 82 is modulated according to the light intensity distribution of the processing target image 10. Here, since the optical system on the read side constitutes the orthogonal Nicols by the polarization beam splitter 70,
Of the two-dimensional optical signal 82, the two-dimensional optical signal 83 obtained by converting the processing target image 10 into coherent light and linearly polarized light can be obtained.

【0071】次に、本発明の一実施例による偏光ビーム
スプリッタ70を利用した直交ニコルの構成について説
明する。偏光ビームスプリッタ70は、光の偏光成分の
うち光の進行方向に垂直な面において縦方向の直線偏光
であるP偏光を通過させ、それと直交するS偏光を反射
して進行方向を曲げる性質をもっている。この機能を利
用して2次元光素子20の読み出し光学系を直交ニコル
構成とすることができる。すなわち、読み出し光81を
2次元光素子20に効率よく入射させ、さらに2次元光
素子20の読み出し結果を効率よく出力させるととも
に、装置全体のスペース縮小を目的としたものである。
この場合、読み出し光81の波長に対応した最適な偏光
ビームスプリッタ70を用いることが必要である。直交
ニコルを構成するためには偏光ビームスプリッタではな
く、偏光板を2枚組み合わせてもよい。同様に、偏光ビ
ームスプリッ71は2次元光素子21の読み出し光学系
を直交ニコル構成とするものである。
Next, the structure of the crossed Nicols using the polarization beam splitter 70 according to the embodiment of the present invention will be described. The polarization beam splitter 70 has a property of transmitting P-polarized light, which is a linearly polarized light in the vertical direction, in a plane perpendicular to the traveling direction of light, of the polarized component of light, and reflecting S-polarized light orthogonal thereto and bending the traveling direction. . By utilizing this function, the read-out optical system of the two-dimensional optical element 20 can have a crossed Nicol configuration. That is, the purpose is to efficiently enter the read light 81 into the two-dimensional optical element 20, further efficiently output the read result of the two-dimensional optical element 20, and to reduce the space of the entire device.
In this case, it is necessary to use the optimum polarization beam splitter 70 corresponding to the wavelength of the reading light 81. In order to form the crossed Nicols, two polarizing plates may be combined instead of the polarization beam splitter. Similarly, the polarized beam splitter 71 has a reading optical system of the two-dimensional optical element 21 having an orthogonal Nicol configuration.

【0072】次に、本発明の一実施例により、処理対象
画像10を2次元光素子上21にフーリエ変換する方法
を説明する。レンズ60はコヒーレント光画像83を光
素子21の読み出し側にフーリエ変換画像84としてフ
ーリエ変換する。ここで、画像83に含まれる空間周波
数をν[1/mm]、レンズの焦点距離をf[mm]、
波長λ[mm]とすると、対応するフーリエ変換画像8
4はフーリエ面の中心(0次光の位置)からuの箇所に
現れる。したがって、uは素子を超えない範囲である必
要がある。これはカットオフ周波数といわれ次式のよう
に表される。
Next, a method of performing the Fourier transform of the image to be processed 10 on the two-dimensional optical element 21 according to the embodiment of the present invention will be described. The lens 60 Fourier transforms the coherent light image 83 on the read side of the optical element 21 as a Fourier transform image 84. Here, the spatial frequency included in the image 83 is ν [1 / mm], the focal length of the lens is f [mm],
If the wavelength is λ [mm], the corresponding Fourier transform image 8
4 appears at a position u from the center of the Fourier plane (position of 0th order light). Therefore, u needs to be in a range not exceeding the element. This is called a cutoff frequency and is expressed by the following equation.

【0073】u=λfν[mm] たとえば、ν=40[1/mm]、f=400[m
m]、λ=500×10-6[mm]とすれば、u=8
[mm]となり、2次元光素子21は少なくとも一辺1
6[mm]の長さが必要となる。逆に、ν=40[1/
mm]、λ=500×10-6[mm]、u=5[mm]
とすれば、f=250[mm]となって、焦点距離25
0mm以下のレンズを使用する必要がある。さらに、f
=400[mm]、λ=500×10-6[mm]とすれ
ば、u=[mm]とすれば、ν=25[1/mm]まで
の空間周波数しか分離できない。
U = λfν [mm] For example, ν = 40 [1 / mm], f = 400 [m
m] and λ = 500 × 10 −6 [mm], u = 8
[Mm], and the two-dimensional optical element 21 has at least one side.
A length of 6 [mm] is required. On the contrary, ν = 40 [1 /
mm], λ = 500 × 10 −6 [mm], u = 5 [mm]
Then, f = 250 [mm] and the focal length is 25
It is necessary to use a lens of 0 mm or less. Furthermore, f
= 400 [mm] and λ = 500 × 10 −6 [mm], if u = [mm], only spatial frequencies up to ν = 25 [1 / mm] can be separated.

【0074】したがって、2次元光素子21の大きさ、
レンズ60の焦点距離および画像83の波長などを適宜
決定すればよい。
Therefore, the size of the two-dimensional optical element 21,
The focal length of the lens 60, the wavelength of the image 83, etc. may be appropriately determined.

【0075】次に、本発明の一実施例により、マスクパ
ターンの種類、作製、特徴抽出及び、入力に関して説明
する。
Next, the type of mask pattern, fabrication, feature extraction and input will be described according to an embodiment of the present invention.

【0076】マスクパターン30は自然光またはレーザ
ー光に照明された実物体、CRTディスプレイ等の表示
装置に表示された画像、および、液晶パネル等の空間光
変調器に表示され光で照明された画像など、光強度分布
をもつ画像であればどのようなものでもよい。
The mask pattern 30 is a real object illuminated by natural light or laser light, an image displayed on a display device such as a CRT display, and an image displayed on a spatial light modulator such as a liquid crystal panel and illuminated by light. Any image may be used as long as it has a light intensity distribution.

【0077】画像の種類は、光強度分布をもつものであ
ればよいため、最も簡単にマスクパターンを作製するに
は、印刷物、写真、実物体などをマスクパターン30の
位置に設置し、白色光で照明すればよい。また、作製し
た画像をCCDカメラで撮影し、CRTディスプレイ上
に表示する方法や、液晶プロジェクタ等でスクリーン上
に投影するなどの方法でもよい。
Any kind of image may be used as long as it has a light intensity distribution. Therefore, the easiest way to create a mask pattern is to place a printed matter, a photograph, an actual object, etc. at the position of the mask pattern 30 and to use white light. You can illuminate with. Further, a method of shooting the produced image with a CCD camera and displaying it on a CRT display, or a method of projecting it on a screen with a liquid crystal projector or the like may be used.

【0078】マスクパターン30は、処理対象画像10
の特徴を抽出するマスク画像である。マスクパターン形
状に応じて抽出される特徴が変化する。実際のパターン
形状と特徴との関連については、後述の具体的な特徴抽
出例により説明する。
The mask pattern 30 is the image to be processed 10
It is a mask image which extracts the characteristic of. The extracted features change depending on the mask pattern shape. The relationship between the actual pattern shape and the feature will be described by a specific feature extraction example described later.

【0079】マスクパターン30は、結像手段である結
像レンズ51により2次元光素子21上に実像入力画像
31として結像され、書き込まれる。レンズ51は入力
画像30の大きさおよび、距離に応じて光軸方向に前後
に移動するなど、ズーム機能とフォーカシング機能を備
え、マスクパターン30を2次元光素子21の書き込み
面側に適当な大きさの画像として結像させる。とくに、
3次元実物体を入力画像とする場合には、フォーカシン
グ機能による合焦点が画像の明暗情報を明確にするとい
う利点もある。また、レンズ51は、書き込みの光量調
整のために絞り機能も備えている。この絞り機能に関し
ては処理対象画像に利用される絞り機能と同様である。
The mask pattern 30 is imaged and written as a real image input image 31 on the two-dimensional optical element 21 by the image forming lens 51 which is an image forming means. The lens 51 has a zoom function and a focusing function such as moving back and forth in the optical axis direction according to the size of the input image 30 and the distance, and the mask pattern 30 has an appropriate size on the writing surface side of the two-dimensional optical element 21. Image as an image of Especially,
When a three-dimensional real object is used as an input image, there is also an advantage that the focusing point by the focusing function makes clear the light and dark information of the image. The lens 51 also has a diaphragm function for adjusting the writing light amount. This diaphragm function is the same as the diaphragm function used for the image to be processed.

【0080】本発明の一実施例による制御部100は、
2次元光素子20および21の制御、夫々の2次元光素
子の消去光、および、読み出し光81の制御を行う。
The control unit 100 according to the embodiment of the present invention is
The two-dimensional optical elements 20 and 21 are controlled, the erasing light of each two-dimensional optical element, and the reading light 81 are controlled.

【0081】図2における2次元光素子20と21とを
2つ組み合わせた場合の制御について、図7を参照して
説明する。図7の(a)は、E,W,およびRをそれぞ
れ、消去、書き込み、および読み出しのタイミングとし
て、制御部100が2次元光素子20を駆動するために
与える電気的制御パルス、図7の(b)は、制御部10
0が2次元光素子21を駆動するために与える電気的制
御パルスを表している。一方、図7の(c)は制御部1
00が光源を制御して、読み出し光81を照射するタイ
ミングを示すものである。各タイミングにおける素子の
動作は、2次元素子の制御の項で説明した通りである。
2次元光素子を2つ組み合わせた場合の動作を読み出し
光の81の経路を用いて説明する。
Control when two two-dimensional optical elements 20 and 21 in FIG. 2 are combined will be described with reference to FIG. 7A is an electrical control pulse that the control unit 100 gives to drive the two-dimensional optical element 20 with E, W, and R as timings of erasing, writing, and reading, respectively, and FIG. (B) shows the control unit 10
Reference numeral 0 represents an electrical control pulse given to drive the two-dimensional optical element 21. On the other hand, FIG. 7C shows the control unit 1.
00 indicates the timing of controlling the light source and irradiating the reading light 81. The operation of the element at each timing is as described in the section for controlling the two-dimensional element.
The operation in the case where two two-dimensional optical elements are combined will be described using the 81 path of the reading light.

【0082】図7の(c)のタイミングで光源80から
出力された光は、偏光ビームスプリッタ70で直線偏光
にされるとともに進行方向を90度曲げられて2次元光
素子20に照射される。2次元光素子20に照射された
光は、次に2次元光素子20で反射されて、偏光ビーム
スプリッタ70を通過し、偏光ビームスプリッタ71も
通過して2次元光素子21に照射される。次に2次元光
素子21で反射されて、偏光ビームスプリッタ71で9
0度進行方向を曲げられて出力面40に到達する。以上
は順を追って説明したが、光の伝達時間は2次元光素子
20および21の動作時間に比べて非常に短いため、制
御上考慮すべき程度の遅延は生じないと考えてよい。
The light output from the light source 80 at the timing of FIG. 7C is linearly polarized by the polarization beam splitter 70, and the traveling direction thereof is bent by 90 degrees, and the two-dimensional optical element 20 is irradiated with the light. The light emitted to the two-dimensional optical element 20 is then reflected by the two-dimensional optical element 20, passes through the polarization beam splitter 70, and also passes through the polarization beam splitter 71, and is emitted to the two-dimensional optical element 21. Then, the light is reflected by the two-dimensional optical element 21 and is reflected by the polarization beam splitter 71.
It reaches the output surface 40 after being bent in the direction of 0 °. Although the above has been described step by step, since the light transmission time is extremely shorter than the operation time of the two-dimensional optical elements 20 and 21, it may be considered that there is no delay that should be considered in control.

【0083】次に、特徴抽出画像の出力に関して、本発
明の一実施例に従って説明する。レンズ61は、フーリ
エ変換画像84とフィルタパターン30の論理積に相当
する光信号86をフーリエ変換し、入力画像の特徴を出
力面に出力結果40として結像する。
Next, the output of the feature extraction image will be described according to an embodiment of the present invention. The lens 61 Fourier transforms the optical signal 86 corresponding to the logical product of the Fourier transform image 84 and the filter pattern 30, and forms the characteristics of the input image on the output surface as the output result 40.

【0084】図8により、本発明の一実施例により処理
対象画像の特徴が出力画像として抽出される一連の動作
を説明する。同図は2次元光素子を2つ組み合わせた場
合の入力画像と出力画像の具体例を示す。図8の(a)
は2次元光素子20に書き込まれ、インコヒーレント・
コヒーレント変換されて単色光の直線偏光に搬送された
明暗画像、すなわち、図2において2次元光信号83を
示す。2次元光信号83はレンズ60でフーリエ変換さ
れ2次元光素子21上で図8の(b)で示すフーリエ変
換像84となる。これが2次元光素子21の読み出し光
となる。一方、図8の(c)は2次元光素子21の書き
込み側に与えられるマスクパターン30を示す。偏光ビ
ームスプリッタ71による直交ニコル構成では書き込み
光により変調された部分のみが明るい部分として出力さ
れるので、図8の(d)のような2次元光情報86が出
力される。2次元光情報86はレンズ61によりフーリ
エ変換されて、出力面40に図8の(e)で表される画
像を出力する。これはいわゆる「空間フィルタリング」
における入力画像の輪郭抽出に相当する操作である。
Referring to FIG. 8, a series of operations for extracting the characteristics of the image to be processed as the output image according to the embodiment of the present invention will be described. This figure shows a specific example of an input image and an output image when two two-dimensional optical elements are combined. FIG. 8 (a)
Is written in the two-dimensional optical element 20, and the incoherent
A two-dimensional optical signal 83 is shown in FIG. 2, that is, a bright-dark image that has been coherently converted and carried into linearly polarized light of monochromatic light. The two-dimensional optical signal 83 is Fourier transformed by the lens 60 and becomes a Fourier transformed image 84 shown in FIG. 8B on the two-dimensional optical element 21. This becomes the reading light of the two-dimensional optical element 21. On the other hand, FIG. 8C shows the mask pattern 30 provided on the writing side of the two-dimensional optical element 21. In the crossed Nicols configuration using the polarization beam splitter 71, only the portion modulated by the writing light is output as a bright portion, so that the two-dimensional optical information 86 as shown in FIG. 8D is output. The two-dimensional light information 86 is Fourier-transformed by the lens 61, and the image shown in (e) of FIG. 8 is output to the output surface 40. This is the so-called "spatial filtering"
This is an operation corresponding to the contour extraction of the input image in.

【0085】以下では、処理対象の入力画像と特徴抽出
後の出力画像の図を参照して、本発明の一実施例の動作
を具体的に説明する。
Hereinafter, the operation of one embodiment of the present invention will be specifically described with reference to the drawings of the input image to be processed and the output image after feature extraction.

【0086】図9は、入力画像10、フィルタパターン
30、および、出力結果40を具体的に説明する図であ
る。図9の(a)は処理対象画像10であり、コヒーレ
ント画像に変換された2次元光信号84をフーリエ変換
すると、2次元光素子21上に図9の(b)のようなフ
ーリエ変換像が得られる。ただし、図9の(b)は模式
的に表したものであり、像の大きさなどはフーリエ変換
レンズの焦点距離や光の波長で異なるために、図9の
(a)に対する正確な変換結果を示すものではない。こ
こで、図2の2次元光素子21にマスク画像30として
フーリエ変換像を全面にわたって通過させる(全面明る
い)画像を書き込んだとすれば、図9の(b)で表され
るフーリエ変換像はレンズ61で再びフーリエ変換され
て、出力面40に図9の(c)で表される画像を出力す
る。これは倒立像である。
FIG. 9 is a diagram for concretely explaining the input image 10, the filter pattern 30, and the output result 40. 9A shows the processing target image 10. When the two-dimensional optical signal 84 converted into the coherent image is Fourier-transformed, a Fourier-transformed image as shown in FIG. 9B is obtained on the two-dimensional optical element 21. can get. However, FIG. 9B is a schematic representation, and since the image size and the like differ depending on the focal length of the Fourier transform lens and the wavelength of light, the accurate conversion result with respect to FIG. 9A is obtained. Does not indicate. Here, if a two-dimensional optical element 21 in FIG. 2 is written with an image that allows the Fourier transform image to pass over the entire surface as the mask image 30 (all bright), the Fourier transform image shown in FIG. 9B is obtained. The image is represented by (c) in FIG. 9 on the output surface 40 after being Fourier-transformed again by the lens 61. This is an inverted image.

【0087】図9に示す画像を更に詳細に説明する。た
だし、図9ないし図12においては、特徴を抽出する処
理対象画像に含まれる空間周波数はほぼ等しい(数倍以
内)。こうした画像の典型的な例は、文字、線画像また
は自然画像からあらかじめ輪郭情報を抽出した画像など
がある。種々の空間周波数を含む画像を取り扱う場合に
ついては、図13において説明する。
The image shown in FIG. 9 will be described in more detail. However, in FIGS. 9 to 12, the spatial frequencies included in the processing target image from which the features are extracted are almost equal (within several times). Typical examples of such images include images in which contour information is extracted in advance from characters, line images, or natural images. A case of handling an image including various spatial frequencies will be described with reference to FIG.

【0088】本発明の一実施例の画像処理装置に処理対
象画像10として図9の(a)で示す画像を入力し、一
方、マスクパターン30として図9の(d)に示す画像
を入力すると、図9の(e)に示す画像が出力される。
これは、フーリエ変換画像の0次光を遮断するためにシ
ュリーレン効果が強く現れて、輪郭抽出が行われた結果
である。なお、説明を簡単にするために、上下左右の反
転については省略してある。
When the image shown in FIG. 9A is input as the processing target image 10 to the image processing apparatus of one embodiment of the present invention, while the image shown in FIG. 9D is input as the mask pattern 30. , The image shown in (e) of FIG. 9 is output.
This is a result of the schlieren effect strongly appearing because the 0th-order light of the Fourier transform image is blocked and the contour extraction is performed. In addition, in order to simplify the description, upside down, leftward and rightward inversion is omitted.

【0089】次に、本発明の光画像処理装置に入力画像
10として図9の(a)に示す画像を入力し、一方、マ
スクパターン30として図9の(f)に示す画像を入力
すると、図9の(g)に示す画像が出力される。これ
は、フーリエ変換変換画像の高次成分を遮断するために
入力の形状情報が一部失われて、画像の平滑化が行われ
た結果である。
Next, when the image shown in FIG. 9A is input as the input image 10 to the optical image processing apparatus of the present invention, while the image shown in FIG. 9F is input as the mask pattern 30, The image shown in FIG. 9G is output. This is a result of smoothing the image by partially losing the input shape information in order to block higher-order components of the Fourier transform transformed image.

【0090】図10の(a)は処理対象画像10であ
り、コヒーレント画像に変換された2次元光信号83を
フーリエ変換すると2次元光素子21上に図10の
(b)のようなフーリエ変換像が現れる。ただし、図1
0の(b)は模式的に表したものである。本発明の一実
施例による画像処理装置に処理対象画像10として図1
0の(a)に示す画像を入力し、一方、マスクパターン
30として図10の(c)に示す画像を入力すると、図
10の(d)に示す画像が出力される。これはフーリエ
変換画像の特定方向(縦方向)以外の部分を遮断するた
めに、この特定方向に対して垂直方向(横方向)の線分
が抽出された結果である。なお、説明を簡単にするため
に、出力像の上下左右の反転については省略してある。
FIG. 10A shows the image 10 to be processed. When the two-dimensional optical signal 83 converted into a coherent image is Fourier-transformed, the Fourier transform as shown in FIG. The image appears. However,
(B) of 0 is a schematic representation. FIG. 1 shows a processing target image 10 in the image processing apparatus according to the embodiment of the present invention.
When the image shown in (a) of 0 is input and the image shown in (c) of FIG. 10 is input as the mask pattern 30, the image shown in (d) of FIG. 10 is output. This is the result of extracting a line segment in the vertical direction (horizontal direction) with respect to this specific direction in order to block a portion other than the specific direction (vertical direction) of the Fourier transform image. In order to simplify the description, the up / down / left / right inversion of the output image is omitted.

【0091】同様に、図10の(a)を処理対象画像1
0とし、マスクパターン30として図10の(e)に示
す画像を入力すると、図10の(f)に示す画像が出力
される。さらに、マスクパターン30として図10の
(g)に示す画像を入力すると、図10の(h)に示す
画像が出力される。マスクパターン30として図10の
(i)に示す画像を入力すると、図10の(j)に示す
画像が出力される。
Similarly, the processing target image 1 is shown in FIG.
When 0 is input and the image shown in (e) of FIG. 10 is input as the mask pattern 30, the image shown in (f) of FIG. 10 is output. Further, when the image shown in (g) of FIG. 10 is input as the mask pattern 30, the image shown in (h) of FIG. 10 is output. When the image shown in (i) of FIG. 10 is input as the mask pattern 30, the image shown in (j) of FIG. 10 is output.

【0092】上記の結果からわかるように、マスクパタ
ーンの方向に伴い出力される線分の方向が変わる。従っ
て、マスクの中心を軸として連続的に回転させると、方
向性線分が時系列的に得られる。この一連の処理をある
タイミングで別の記録素子に記憶させることによって、
たとえば縦方向と横方向の方向性線分というような組み
合わせが得られることになる。マスクを回転させる方法
の一例として、実物体を回転させる、または電気的投影
手段で制御するなどの方法が可能である。
As can be seen from the above results, the direction of the line segment output changes with the direction of the mask pattern. Therefore, when the mask is continuously rotated about the center of the mask, directional line segments are obtained in time series. By storing this series of processing in another recording element at a certain timing,
For example, a combination of vertical and horizontal directional line segments can be obtained. As an example of a method of rotating the mask, a method of rotating an actual object or controlling by an electric projection means is possible.

【0093】図11の(a)または図11の(b)の円
環は処理対象画像10であり、コヒーレント画像に変換
された2次元光信号83をフーリエ変換すると、両者と
も2次元光素子21上に図11の(c)のような同心円
状のフーリエ変換像が現れる。ただし、図11の(c)
は模式的に表したものである。
The circle in FIG. 11A or FIG. 11B is the image to be processed 10. When the two-dimensional optical signal 83 converted into a coherent image is Fourier-transformed, both are two-dimensional optical element 21. A concentric Fourier transform image as shown in FIG. 11C appears above. However, FIG. 11 (c)
Is a schematic representation.

【0094】本発明の一実施例による画像処理装置に処
理対象画像10として図11の(a)または図11の
(b)で示す画像を入力し、マスクパターン30として
図11の(d)に示す画像を入力すると、図11の
(e)に示す画像が出力される。これは、フーリエ変換
画像の特定方向(縦方向)以外の部分を遮断するため
に、図11の(f)に示すような厳密に特定方向(横方
向)線分のみが抽出された結果である。
The image shown in FIG. 11A or FIG. 11B is input as the processing target image 10 to the image processing apparatus according to one embodiment of the present invention, and the mask pattern 30 is input to the image shown in FIG. 11D. When the image shown is input, the image shown in (e) of FIG. 11 is output. This is the result of extracting only the strictly specific direction (horizontal direction) line segment as shown in (f) of FIG. 11 in order to block the parts other than the specific direction (vertical direction) of the Fourier transform image. .

【0095】一方、マスクパターン30として図11の
(g)に示す画像を入力すると、図11の(h)に示す
画像が出力される。これはフーリエ変換画像の方向に適
当な範囲をもたせて選択し、それ以外の部分を遮断する
ために、図11の(i)に示すようなフィルタ画像に対
応した範囲をもつ線分群が出力されることを意味してい
る。
On the other hand, when the image shown in (g) of FIG. 11 is input as the mask pattern 30, the image shown in (h) of FIG. 11 is output. This is selected by giving an appropriate range in the direction of the Fourier transform image, and in order to block other parts, a line segment group having a range corresponding to the filter image as shown in (i) of FIG. 11 is output. It means that.

【0096】図12は、線画ではない画像からの方向性
線分の抽出を示す図である。図12の(a)は処理対象
画像10であり、コヒーレント画像に変換された2次元
光信号83をフーリエ変換すると2次元光素子21上に
図12の(b)のようなフーリエ変換像が現れる。ただ
し、図12の(b)は模式的に表したものである。
FIG. 12 is a diagram showing extraction of directional line segments from an image that is not a line drawing. 12A shows the processing target image 10. When the two-dimensional optical signal 83 converted into the coherent image is Fourier-transformed, a Fourier-transformed image as shown in FIG. 12B appears on the two-dimensional optical element 21. . However, FIG. 12B is a schematic representation.

【0097】本発明の一実施例による画像処理装置に処
理対象画像10として図12の(a)に示す画像を入力
し、一方、マスクパターン30として図12の(c)に
示す画像を入力すると、図12の(g)に示す画像が出
力される。これは、フーリエ変換画像の特定方向(縦方
向)以外の部分と0次光を遮断するために、特定方向に
垂直な方向(横方向)の線分が抽出された結果である。
同様に、マスクパターン30として図12の(d)に示
す画像を入力すると、図12の(h)に示す画像が出力
される。
When the image shown in FIG. 12A is input as the processing target image 10 to the image processing apparatus according to the embodiment of the present invention, while the image shown in FIG. 12C is input as the mask pattern 30. , The image shown in (g) of FIG. 12 is output. This is a result of extracting a line segment in a direction (horizontal direction) perpendicular to the specific direction in order to block 0-order light from a portion other than the specific direction (vertical direction) of the Fourier transform image.
Similarly, when the image shown in (d) of FIG. 12 is input as the mask pattern 30, the image shown in (h) of FIG. 12 is output.

【0098】さて、方向性線分を得るために、フーリエ
変換像の0次光を遮断し、かつ、必要な方向性線分に対
応するフーリエ変換像以外の部分を遮断することは前述
した通りであるが、こうした遮断を行うフィルタとして
図12の(e)や図12の(f)で示される図形を用い
てもよい。
As described above, in order to obtain the directional line segment, the 0th-order light of the Fourier transform image is blocked and the part other than the Fourier transform image corresponding to the necessary directional line segment is blocked. However, the figure shown in (e) of FIG. 12 or (f) of FIG. 12 may be used as a filter for performing such blocking.

【0099】本発明の一実施例による画像処理装置の具
体的な特徴抽出処理として、いわゆる「空間フィルタリ
ング」に関して以下に説明する。
A so-called "spatial filtering" will be described below as a specific feature extracting process of the image processing apparatus according to the embodiment of the present invention.

【0100】図14により、空間フィルタリングの原理
を説明する。同図は凸レンズを2枚用いて、基本的な再
回折系を構成した説明図である。第1のフーリエ変換レ
ンズの焦点距離f1、第2のフーリエ変換レンズの焦点
距離をf2とし、2枚のレンズを図14のように配置す
る。入力面1に2次元の振幅変調画像2を置き、背後か
らコヒーレント光3を照射すると、画像2はフーリエ変
換レンズ4で回折され、距離f1のフーリエ面5に画像
2のフーリエ変換像が現れる。さらにフーリエ面5から
距離f2の箇所に設置された第2のフーリエ変換レンズ
6によって再回折され、出力面7に入力像の倒立像8が
現れる。フーリエ面5にフーリエ変換像の一部を通過さ
せ、一部を遮断するような振幅変調画像9(これを空間
フィルタという)を設置すると、フィルタの形状と透過
率に応じた光信号の選択が行われ、出力される。
The principle of spatial filtering will be described with reference to FIG. This figure is an explanatory diagram in which a basic re-diffraction system is configured by using two convex lenses. The focal length of the first Fourier transform lens is f1, the focal length of the second Fourier transform lens is f2, and the two lenses are arranged as shown in FIG. When a two-dimensional amplitude modulation image 2 is placed on the input surface 1 and coherent light 3 is irradiated from behind, the image 2 is diffracted by the Fourier transform lens 4, and the Fourier transform image of the image 2 appears on the Fourier plane 5 at the distance f1. Further, it is re-diffracted by the second Fourier transform lens 6 installed at a position at a distance f2 from the Fourier plane 5, and an inverted image 8 of the input image appears on the output plane 7. If an amplitude modulation image 9 (this is referred to as a spatial filter) that allows a part of the Fourier transform image to pass through and cuts off a part of the Fourier transform image on the Fourier plane 5 is selected, the optical signal can be selected according to the shape of the filter and the transmittance. Done and printed.

【0101】上記空間フィルタリングは、画像(特に写
真)の性能の改善に利用されており、具体的には以下の
ように応用されている。
The above spatial filtering is used to improve the performance of images (particularly photographs), and is specifically applied as follows.

【0102】フィルタリングによる光画像処理の代表的
な例であるノイズ除去は、画像中に周期的なノイズが含
まれる場合に、ノイズのフーリエ変換に対応した空間フ
ィルタを配置して画像の改良を行うことであり、印刷物
のモアレ縞除去などに利用されている。
Noise removal, which is a typical example of optical image processing by filtering, improves the image by arranging a spatial filter corresponding to the Fourier transform of the noise when the image contains periodic noise. This is used for removing moire fringes in printed matter.

【0103】ハイパスフィルタリングは、画像のコント
ラストが低い場合、あるいは軽微な焦点はずれや収差な
どによって画像が不鮮明である場合に、画像のフーリエ
変換像の低域(0次光)の一部を遮断するような空間フ
ィルタを設置して、高周波領域の利得を上げ、像の「へ
り」を目だちやすくすることができる。極端な場合、0
次光をすべて遮断し、高次成分のみを通過させる空間フ
ィルタを設置すれば、画像の輪郭抽出が実行される。
The high-pass filtering cuts off a part of the low band (0th order light) of the Fourier transform image of the image when the image has low contrast or when the image is unclear due to slight defocus or aberration. By installing such a spatial filter, it is possible to increase the gain in the high frequency region and make the “edge” of the image more noticeable. 0 in extreme cases
If a spatial filter that blocks all secondary light and passes only higher-order components is installed, contour extraction of the image is executed.

【0104】ローパスフィルタリングは、画像のコント
ラストが強すぎる場合や、画像中に細かいノイズが含ま
れている場合に、画像のフーリエ変換像の低域(0次光
から3次光または5次光程度まで適宜)を通過させるよ
うな空間フィルタを設置して、入力画像の平滑化または
ノイズ除去を実行することができる。
The low-pass filtering is performed when the image contrast is too strong, or when the image contains fine noise, the Fourier transform image of the image is in the low range (from 0th order light to 3rd order light or 5th order light). A spatial filter can be installed to allow smoothing or denoising of the input image.

【0105】バンドパスフィルタリングは、画像に含ま
れる空間周波数のうち、特定の周波数領域を通過させる
空間フィルタによる処理である。フーリエ変換像の中心
部(0次光)に対して円環状の部分を透過させるような
フィルタを用いる。
Bandpass filtering is processing by a spatial filter that allows a specific frequency region of the spatial frequencies included in the image to pass. A filter that allows an annular portion to pass through the central portion (0th order light) of the Fourier transform image is used.

【0106】以上のフーリエ変換−逆変換を用いた光画
像処理については、たとえば、「光学技術ハンドブック
増補版」、朝倉書店発行などに詳しく記載されている。
The optical image processing using the Fourier transform-inverse transform described above is described in detail in, for example, "Optical Technique Handbook, Supplementary Edition", published by Asakura Shoten.

【0107】以下、本発明の一実施例の画像処理装置に
より種々の空間周波数を含む画像を取り扱う「空間フィ
ルタリング」について図13を参照して説明する。用途
は、画像の品質改善である。図13は処理対象画像とフ
ィルタパターンおよび結果を説明する図である。
Hereinafter, "spatial filtering" for handling an image including various spatial frequencies by the image processing apparatus according to the embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The application is to improve image quality. FIG. 13 is a diagram for explaining the image to be processed, the filter pattern, and the result.

【0108】フィルタリングによる光画像処理の代表的
な例は、画像中に周期的なノイズが含まれる場合に、ノ
イズのフーリエ変換に対応した空間フィルタを設置して
画像の改良を行うノイズ除去である。
A typical example of optical image processing by filtering is noise removal for improving an image by installing a spatial filter corresponding to the Fourier transform of the noise when the image contains periodic noise. .

【0109】図13の(a)は、横方向にx軸を縦方向
にy軸をとり、点(x,y)における処理対象画像の光
の強度をg(x,y)で示す入力画像である。すなわ
ち、図13の(a)において、白い箇所は光がある部分
(強い部分)、黒い箇所は光がない部分(弱い部分、遮
断されている部分)を示す。光を全く透過しない箇所が
図13の(b)のように、x軸方向に0.1mmの周期
で表われ、その間の光の強度が正弦関数的に変化するノ
イズを想定する。座標(x,y)におけるこのノイズの
光の強度I(x,y)は、I(x,y)=1+cos
(20πx)で表される。このノイズが処理対象画像に
重畳された画像を本装置の入力画像とすると、フーリエ
変換面にはg(x,y)とI(x,y)のフーリエ変換
像が重畳して現れる。フーリエ変換レンズ60の焦点距
離をf=400[mm]、2次元光信号83の波長λ=
500×10-6[mm]とする。暗線のピッチは0.1
mmであることから空間周波数ν=10[本/mm]と
なる。以上の数値から、ノイズ成分は、 u=λfν=2〔mm〕 の部分に集中する。そこで、マスクパターン30を図1
3の(c)のように作製し、光を通さない部分が2次元
光素子21上で中心から2mmの距離をなすように結像
レンズ51の結像倍率を調整して光素子に書き込みを行
うと、空間フィルタリングが実行されて、図13の
(e)で表されるノイズが除去された画像が得られる。
なお、図13の(c)のかわりに図13の(d)に示さ
れるマスクパターン30を用いてもよい。
FIG. 13A shows an input image in which the light intensity of the image to be processed at the point (x, y) is represented by g (x, y) with the x axis in the horizontal direction and the y axis in the vertical direction. Is. That is, in FIG. 13A, a white portion indicates a portion with light (strong portion) and a black portion indicates a portion without light (weak portion, blocked portion). As shown in (b) of FIG. 13, it is assumed that noise that does not transmit light at all appears in a cycle of 0.1 mm in the x-axis direction, and the intensity of light during that time changes sinusoidally. The intensity I (x, y) of this noise light at the coordinates (x, y) is I (x, y) = 1 + cos
It is represented by (20πx). When an image in which this noise is superimposed on the image to be processed is used as an input image of the present apparatus, Fourier transform images of g (x, y) and I (x, y) are superimposed and appear on the Fourier transform plane. The focal length of the Fourier transform lens 60 is f = 400 [mm], and the wavelength of the two-dimensional optical signal 83 is λ =
It is set to 500 × 10 −6 [mm]. The pitch of the dark line is 0.1
Since it is mm, the spatial frequency ν = 10 [lines / mm]. From the above numerical values, the noise component is concentrated in the part where u = λfν = 2 [mm]. Therefore, the mask pattern 30 is shown in FIG.
3 (c), the imaging magnification of the imaging lens 51 is adjusted so that the light-impermeable portion is located at a distance of 2 mm from the center on the two-dimensional optical element 21, and writing is performed on the optical element. When this is done, spatial filtering is performed to obtain the image from which the noise shown in FIG. 13 (e) has been removed.
Note that the mask pattern 30 shown in FIG. 13D may be used instead of FIG. 13C.

【0110】本発明の一実施例の画像処理装置によるハ
イパスフィルタリングは、図13の(f)に示す画像の
フーリエ変換像の低域(0次光)の一部を遮断するよう
なマスクパターン30を用いて実現される。
The high-pass filtering by the image processing apparatus according to the embodiment of the present invention is performed by the mask pattern 30 which blocks a part of the low band (0th order light) of the Fourier transform image of the image shown in FIG. It is realized by using.

【0111】本発明の一実施例の画像処理装置によるロ
ーパスフィルタリングは、図13の(g)に示す画像の
フーリエ変換像の低域(0次光から3次光または5次光
程度まで適宜)を通過させるようなマスクパターン30
を用いて実現される。
The low-pass filtering by the image processing apparatus according to the embodiment of the present invention is performed by the low band of the Fourier transform image of the image shown in (g) of FIG. 13 (appropriately from 0th order light to 3rd order light or 5th order light). Pattern 30 for passing through
It is realized by using.

【0112】本発明の一実施例の画像処理装置によるバ
ンドパスフィルタリングは、図13の(h)に示すフー
リエ変換像に対して円環状の部分を透過させるようなマ
スクパターン30を用いて実現される。逆に特定の周波
数領域を遮断する処理の場合、図13の(i)に示すフ
ーリエ変換像に対して円環状の部分を遮断させるような
マスクパターン30を用いて実現される。
The bandpass filtering by the image processing apparatus according to the embodiment of the present invention is realized by using the mask pattern 30 for transmitting the annular portion of the Fourier transform image shown in (h) of FIG. It On the contrary, the process of blocking the specific frequency region is realized by using the mask pattern 30 that blocks the annular portion of the Fourier transform image shown in (i) of FIG.

【0113】[0113]

【発明の効果】以上説明したように、本発明の特徴抽出
用画像処理装置により、自然光で照明された物体画像を
光学系によって処理することができるため、移動物体を
対象として実時間で画像処理を行うことができる。ま
た、マスクとして用いる画像もCRTの画面を利用でき
る等、簡便に作製でき、また、時系列的に随時変更する
ことができる。また、液晶のように消費エネルギーが小
さい光デバイスや光信号のロスが少ない光学部品によっ
て構成でき、非常に簡単で高速な光画像処理装置を実現
できる。また、入力画像の光強度を調整する手段によっ
て、実時間で結果を確認しながら特徴を抽出できるの
で、ノイズ除去などの機能も実現できる。さらに、本発
明の輪郭抽出装置を並列に接続して、色情報に関する特
徴を抽出することもできる。
As described above, since the image processing apparatus for feature extraction of the present invention can process an object image illuminated by natural light by an optical system, the image processing is performed on a moving object in real time. It can be performed. Further, the image used as the mask can be easily produced, for example, by using the screen of the CRT, and can be changed at any time in time series. Further, it can be constituted by an optical device such as liquid crystal that consumes little energy and an optical component that causes little loss of optical signals, and an extremely simple and high-speed optical image processing device can be realized. Further, since the feature can be extracted in real time while checking the result by the means for adjusting the light intensity of the input image, a function such as noise removal can also be realized. Furthermore, the contour extraction device of the present invention can be connected in parallel to extract the feature relating to the color information.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の原理構成図である。FIG. 1 is a principle configuration diagram of the present invention.

【図2】本発明の一実施例のシステム構成図である。FIG. 2 is a system configuration diagram of an embodiment of the present invention.

【図3】2次元光素子を説明する図であり、(a)は2
次元光素子の構造を示し、(b)はラビング方向を示
す。
FIG. 3 is a diagram illustrating a two-dimensional optical element, in which FIG.
The structure of a three-dimensional optical element is shown, (b) shows a rubbing direction.

【図4】本発明の一実施例の2次元光素子の制御パルス
を示す図である。
FIG. 4 is a diagram showing control pulses of a two-dimensional optical element according to an embodiment of the present invention.

【図5】2次元光素子の動作原理を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing an operating principle of a two-dimensional optical element.

【図6】本発明の一実施例の2次元光素子の入出力画像
を示す図であり、(a)は書き込み画像、(b)は読み
出し光、(c)は出力である。
6A and 6B are diagrams showing an input / output image of the two-dimensional optical element of one embodiment of the present invention, in which FIG. 6A is a writing image, FIG. 6B is a reading light, and FIG.

【図7】本発明の一実施例の二つの2次元光素子の制御
パルスを示す図である。
FIG. 7 is a diagram showing control pulses of two two-dimensional optical elements according to an embodiment of the present invention.

【図8】本発明の一実施例の特徴抽出処理における一連
の画像を示す図である。
FIG. 8 is a diagram showing a series of images in the feature extraction processing according to the embodiment of the present invention.

【図9】本発明の一実施例の輪郭抽出と平滑化の処理画
像を示す図である。
FIG. 9 is a diagram showing a processed image of contour extraction and smoothing according to an embodiment of the present invention.

【図10】本発明の一実施例の方向性線分抽出の処理画
像を示す図である。
FIG. 10 is a diagram showing a processed image of directional line segment extraction according to an embodiment of the present invention.

【図11】本発明の一実施例の方向性に範囲をもつ方向
性線分抽出の処理画像を示す図である。
FIG. 11 is a diagram showing a processed image of a directional line segment extraction having a range of directionality according to an embodiment of the present invention.

【図12】本発明の一実施例の幅をもつ画像の方向性成
分抽出の処理画像を示す。
FIG. 12 shows a processed image for directional component extraction of an image having a width according to an embodiment of the present invention.

【図13】本発明の一実施例のノイズ除去の処理画像を
示す図である。
FIG. 13 is a diagram showing a noise removal processed image according to an embodiment of the present invention.

【図14】空間フィルタリングの原理を示す説明図であ
る。
FIG. 14 is an explanatory diagram showing the principle of spatial filtering.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 入力面 2 入力画像 3 コヒーレント光 4,6 フーリエ変換レンズ 5 フーリエ変換面 7 出力面 8 フィルタリング結果 9 空間フィルタ 10 処理対象画像 20,21 2次元光素子 30 マスクパターン 31 マスク画像実像 40 特徴抽出結果 50,51 結像レンズ 60,61 フーリエ変換レンズ 70,71 偏光ビームスプリッタ 80 光源 81 読み出し光 82 変調された2次元光信号 83 コヒーレント光画像 84 コヒーレント光画像のフーリエ変換像 85 画像特徴の2次元光信号 86 論理積である2次元光信号 100 制御部 200 処理対象画像入力手段 210 第1の偏光変調手段 220 フーリエ変換手段 230 マスク入力手段 240 第2の偏光変調手段 250 制御手段 260 処理画像出力手段 270 光源 1 Input Surface 2 Input Image 3 Coherent Light 4,6 Fourier Transform Lens 5 Fourier Transform Surface 7 Output Surface 8 Filtering Result 9 Spatial Filter 10 Image to be Processed 20,21 Two-dimensional Optical Element 30 Mask Pattern 31 Mask Image Real Image 40 Feature Extraction Result 50,51 Imaging lens 60,61 Fourier transform lens 70,71 Polarization beam splitter 80 Light source 81 Readout light 82 Modulated two-dimensional optical signal 83 Coherent light image 84 Fourier transform image of coherent light image 85 Two-dimensional light of image feature Signal 86 two-dimensional optical signal which is a logical product 100 control unit 200 image input means for processing 210 first polarization modulation means 220 Fourier transform means 230 mask input means 240 second polarization modulation means 250 control means 260 processed image output means 270 light source

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 処理対象画像を光学フーリエ変換した画
像の一部をマスク処理し、該マスク処理した画像を再度
光学フーリエ変換して処理対象画像の特徴抽出を行う特
徴抽出用画像処理装置において、 読み出し光と書き込み光とを受け、該書き込み光の光強
度に応じて該読み出し光の偏光角度を変化させる偏光変
調手段と、 上記マスク処理に用いるマスク画像の光を該偏光変調手
段への前記書き込み光として供給する手段と、 上記処理対象画像の光を光学フーリエ変換して前記偏光
変調手段への前記読み出し光とする手段と、 前記偏光変調手段の出力光のうち所定の角度に偏光され
ている光を通過させてマスク処理された光を取り出しこ
れを光学フーリエ変換して出力する処理画像出力手段と
からなる特徴抽出用画像処理装置。
1. A feature extraction image processing apparatus for masking a part of an image obtained by performing an optical Fourier transform on a processing target image, and performing optical Fourier transform on the masked image again to perform feature extraction of the processing target image, Polarization modulation means for receiving the reading light and the writing light and changing the polarization angle of the reading light according to the light intensity of the writing light, and the writing of the light of the mask image used for the mask processing to the polarization modulating means. Means for supplying the light as the light, means for optical Fourier transforming the light of the image to be processed into the readout light to the polarization modulating means, and output light of the polarization modulating means, which is polarized at a predetermined angle. An image processing device for feature extraction, comprising: processed image output means for transmitting light, taking out masked light, and performing optical Fourier transform of the light to output.
【請求項2】 処理対象画像を光学フーリエ変換した画
像の一部をマスク処理し、該マスク処理した画像を再度
光学フーリエ変換して処理対象画像の特徴抽出を行う特
徴抽出用画像処理装置において、 読み出し光と書き込み光とを受け、該書き込み光の光強
度に応じて該読み出し光の偏光角度を変化させる第1の
偏光変調手段と、 読み出し光と書き込み光とを受け、該書き込み光の光強
度に応じて該読み出し光の偏光角度を変化させる第2の
偏光変調手段と、 上記処理対象画像の光を該第1の偏光変調手段への前記
書き込み光とする手段と、 前記第1の偏光変調手段の出力光を光学フーリエ変換し
て該第2の偏光変調手段への前記読み出し光とする手段
と、 上記マスク処理に用いるマスク画像の光を前記第2の偏
光変調手段への前記書き込み光として供給する手段と、 前記第2の偏光変調手段の出力光のうち所定の角度に偏
光されている光を通過させて上記マスク処理された光を
取り出しこれを光学フーリエ変換して出力する処理画像
出力手段と、 前記第1及び第2の偏光変調手段の動作を制御する制御
手段とよりなる特徴抽出用画像処理装置。
2. A feature extraction image processing apparatus for masking a part of an image obtained by performing an optical Fourier transform on a processing target image, and performing optical Fourier transform on the masked image again to extract a feature of the processing target image, First polarization modulation means for receiving the read light and the write light and changing the polarization angle of the read light according to the light intensity of the write light; and the light intensity of the write light for receiving the read light and the write light. Second polarization modulation means for changing the polarization angle of the readout light in accordance with the first polarization modulation means, means for using the light of the image to be processed as the writing light to the first polarization modulation means, and the first polarization modulation means. Means for optical Fourier transforming the output light of the means to obtain the readout light to the second polarization modulation means, and the writing of the light of the mask image used in the mask processing to the second polarization modulation means. A means for supplying light as a light and a processing for passing the light polarized at a predetermined angle out of the output light of the second polarization modulation means to take out the masked light and subject it to an optical Fourier transform for output. An image processing apparatus for feature extraction comprising image output means and control means for controlling the operations of the first and second polarization modulation means.
JP20136293A 1993-08-13 1993-08-13 Image processor for feature extraction Pending JPH0756122A (en)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11412158B2 (en) 2008-05-20 2022-08-09 Fotonation Limited Capturing and processing of images including occlusions focused on an image sensor by a lens stack array

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