DE102008014294A1 - Schneller Algorithmus für Wellenfrontdatenstrom - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung ist im allgemeinen auf das Gebiet der Bildverarbeitung und insbesondere auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bestimmung optischer Eigenschaften eines Objekts, insbesondere eines menschlichen Auges, gerichtet. Die Erfindung offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Echtzeitwellenfrontabtastung eines optischen Systems, wobei zwei unterschiedliche Algorithmen zur Ermittlung von Zentroiden eines Zentroidbilds genutzt werden, das durch einen Hartmann-Shack-Wellenfrontsensor bereitgestellt wird. Ein erster Algorithmus ermittelt eine Ausgangsposition aller Zentroide und ein zweiter Algorithmus ermittelt inkrementale Änderungen aller Zentroide, die durch den ersten Algorithmus ermittelt wurden.

Description

  • Die Erfindung ist im allgemeinen auf das Gebiet der Bildverarbeitung und insbesondere auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bestimmung optischer Eigenschaften eines Objekts, insbesondere eines menschlichen Auges gerichtet.
  • Hartmann-Shack-Wellenfrontsensoren werden gegenwärtig als der Stand der Technik zur Bestimmung einer Wellenfront eines Objekts, insbesondere eines menschlichen Auges anerkannt, selbst wenn einige andere Konzepte, wie der Tracy-Wellenfrontsensor auf anderen Konzepten beruhen, z. B. dem Tscherning-Prinzip. Ein Hartmann-Shack-Wellenfrontsensor weist typischerweise eine Mikrolinsenanordnung auf, die Abschnitte einer nicht-verzerrten oder verzerrten Wellenfront, die das Auge verläßt, auf einem CCD-Detektor/einer Kamera abbildet. Das durch die Mikrolinsenanordnung erzeugte Bild, das exemplarisch in 1 dargestellt wird, weist eine Anordnung kleiner Lichtpunkte, die als Zentroide bezeichnet werden, an einer vorbestimmten Stelle auf. Im Fall einer aberrierten Wellenfront sind mindestens einige Zentroide von Referenzstellen des Lichtpunktbildes verschoben. Die Verschiebungen der Zentroide stehen mit den örtlichen Neigungen der Wellenfront in Beziehung, die die Pupille des Auges verläßt. Es werden Zernike-Polynome oder andere mathematische Werkzeuge verwendet, um aus diesen Verschiebungen der Zentroide von ihren vordefinierten Positionen Aberrationsparameter eines Auges abzuleiten. Um höhere Auflösungsniveaus bereitzustellen, führte die Entwicklung der Wellenfrontsensoren in der Vergangenheit zu einer zunehmenden Anzahl von Zentroiden zur Bestimmung eines genaueren Wellenfrontfehlers.
  • Im Prinzip werden die folgenden Schritte durchgeführt, um Wellenfrontaberrationsdaten zu erfassen und anzuzeigen. Zuerst wird durch eine Kamera ein Bild aufgenommen, und die erhaltenen Daten werden analysiert, d. h. die Positionen der Zentroide werden bestimmt. Aus dieser Analyse des Zentroidbildes, d. h. aus der (Verschiebung) Anordnung der Zentroide wird eine Wellenfrontkarte berechnet und kann angezeigt werden. Der entscheidende Schritt bezüglich des zeitlichen Ablaufs dieser Kette von Schritten ist die Analyse des Zentroidbilds. Die Position jedes einzelnen Zentroids muß bestimmt werden, und insbesondere auf dem Gebiet der Ophthalmologie wird üblicherweise eine Plausibilitätsprüfung angewendet. Der Leistungsgrad dieser Schritte, d. h. die Bestimmung der Zentroidspositionen und Plausibilitätsprüfung hinsichtlich der Berechnungszeit ist direkt von der Anzahl der zu analysierenden Zentroide abhängig.
  • Es ist wohlbekannt, daß jede einzelne Messung einer solchen Wellenfrontaberration ein Schnappschuß der gegenwärtigen Aberrationskonfiguration des Auges ist und daß es eine Dynamik in der Aberration des Auges gibt. Diese dynamische Komponente beruht auf einer Vielfalt von Faktoren, wie der laufenden Mikroakkommodation der Linse, den Mikrobewegungen des Auges und sogar dem Herzzyklus. Daher ist es wünschenswert, ein „Wellenfrontdatenstrom”-Konzept zu erhalten, was mit anderen Worten bedeutet, eine Echtzeitwellenfrontabtastung zu erhalten, durch die der gegenwärtige Wellenfrontfehler aufgenommen, analysiert und schließlich in Echtzeit angezeigt wird, um entweder die Grundlage für eine Mittelwertbildung der Wellenfrontdaten für ein bestimmtes Zeitintervall bereitzustellen oder um die Plausibilitätsprüfung anzuwenden, um sicherzustellen, daß die schließlichen Aberrationsdaten, die für alle anderen Anwendungen verwendet werden, für den allgemeinen Zustand des untersuchten Auges repräsentativ sind. Die zunehmende Anzahl der Zentroide führt jedoch zu einer größeren Menge von Verarbeitungsoperationen und folglich zu einer erhöhten Verarbeitungszeit. Folglich ist das Konzept, eine Echtzeitwellenfront und daher eine minimierte Verarbeitungsmenge zu erhalten, aus den oben erwähnten Gründen entscheidend.
  • Die vorliegende Erfindung strebt danach, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bestimmung einer resultierenden Wellenfront aus einem Zentroidbild mit einer reduzierten Verarbeitungsmenge bereitzustellen, unabhängig von den spezifischen technischen Details der Vorrichtung. Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der Ansprüche gelöst.
  • Die Erfindung offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Echtzeitwellenfrontabtastung eines optischen Systems, wobei mindestens zwei unterschiedliche Algorithmen zur Ermittlung der Zentroide genutzt werden. Gemäß eines Aspekts der Erfindung ermittelt ein erster Algorithmus eine Ausgangsposition aller Zentroide und ein zweiter Algorithmus ermittelt inkrementale Änderungen der Zentroide, die durch den ersten Algorithmus ermittelt werden.
  • Es wird ein erstes Zentroidbild erfaßt und analysiert, um die Positionen vorzugsweise aller Zentroide zu bestimmen, wobei der erste Zentroidbestimmungsalgorithmus verwendet wird. Aus einem anschließend erfaßten Zentroidbild werden die Positionen der Zentroide bestimmt, wobei der zweite Zentroidbestimmungsalgorithmus verwendet wird, wobei der zweite Zentroidbestimmungsalgorithmus die Position jedes Zentroids in Bezug auf die Position des jeweiligen Zentroids im ersten und/oder vorhergehenden erfaßten Zentroidbild bestimmt. Der zweite Zentroidbestimmungsalgorithmus ist schneller als der erste Zentroidbestimmungsalgorithmus, da nicht das gesamte Bild auf potentielle Zentroidpositionen analysiert werden muß. Vorzugsweise wird durch den zweiten Zentroidbestimmungsalgorithmus nur ein vorbestimmter Bereich in der Nähe eines vorhergehend bestimmten Zentroids durchsucht.
  • Gemäß eines Aspekts der Erfindung wird die zeitaufwendige Zentroidpositionsermittlung, die den ersten Zentroidbestimmungsalgorithmus verwendet, einmal am Beginn der Wellenfrontdatenstromerfassung angewendet. Nachdem die Positionen einmal ermit telt worden sind, werden nur die Positionsänderungen in den folgenden Bildern verfolgt, um die Zentroidstellen und die resultierende Wellenfront zu bestimmen. Die Bestimmung der Positionsänderungen, die durch den zweiten Zentroidbestimmungsalgorithmus durchgeführt wird, führt zu einer verminderten Datenverarbeitungsmenge, und folglich nimmt die Berechnungszeit ab.
  • Infolge der Merkmale der Erfindung ist es möglich, die Zuverlässigkeit der Wellenfrontbestimmung erheblich zu verbessern und die Verarbeitungsgeschwindigkeit der Messungen zu erhöhen. Gemäß eines weiteren Aspekts der Erfindung können zwei oder mehr Messungen, sogar viele Hundert Messungen gemittelt werden. Folglich können Messungen ausgeglichen werden, die durch eine statistische Akkommodation verursacht werden, d. h. es werden Messungen ausgewertet, die den Maximalwert im sphärischen Äquivalent zeigen. Alternativ oder zusätzlich können Augenfluktuationen und Sakkaden bestimmt und beseitigt werden. Gemäß eines Aspekts der Erfindung können Wellenfrontkarten direkt betrachtet werden, was es z. B. ermöglicht, einen Injektionslaser auf eine Stelle einzustellen, wo Verzerrungseffekte beseitigt werden. Als Beispiel könnte die Wellenfront verzerrt werden, wenn die am meisten aberrierte Kornearegion eines Keratokonus durch den Injektionslaser getroffen wird.
  • Die Erfindung beschreibt ein allgemeines Konzept, das vom Grundalgorithmus unabhängig ist, der verwendet wird, um die grundlegenden Zentroidpositionen zu ermitteln, und kann daher auf eine Vielfalt von existierenden Wellenfrontsensoren angewendet werden. Der Algorithmus wird vorzugsweise auf Linsenanordnungen bzw. Lenslets mit einer kleinen Brennweite, z. B. unter 10 mm angewendet. In diesem Fall sind die Änderungen der Zentroidpositionen von Bild zu Bild für gewöhnlich nicht groß.
  • Diese und andere Aufgaben der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung leichter deutlich werden. Jedoch sollte es sich verstehen, daß die detaillierte Beschreibung und die spezifischen Beispiele, während sie die bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung angeben, nur zur Veranschaulichung gegeben werden, da Fachleuten beruhend auf der Beschreibung und Zeichnungen hierin und den beigefügten Ansprüchen verschiedene Änderungen und Modifikationen im Rahmen der Erfindung einfallen werden.
  • 1 zeigt ein exemplarisches Zentroidbild eines Hartmann-Shack-Sensors;
  • 2a zeigt ein Zentroidbild gemäß 1, das sich auf einem Gitter befindet;
  • 2b zeigt ein Zentroidbild gemäß 2a mit einer umfassenden Bewegung der Zentroide;
  • 3a stellt Fadenkreuze dar, die an bestimmten Zentroidpositionen angeordnet sind;
  • 3b stellt die in 3a gezeigten Fadenkreuze dar;
  • 3c stellt die in 3b gezeigten Fadenkreuze 3b und jeweilige neu aufgenommene Zentroide dar;
  • 4a stellt Fadenkreuze und Zentroide gemäß 3c und den analysierten Bereich jedes Fadenkreuzes dar;
  • 4b stellt Fadenkreuze dar, die auf den Zentroiden angeordnet sind, die in 4a gezeigt werden;
  • 4c stellt Fadenkreuze dar, die die Zentroidpositionen betreffen, die in 4b gezeigt werden;
  • 5 zeigt das erfindungsgemäße Grundkonzept der Nutzung eines ersten langsamen Algorithmus dar, der die Grundlage für einen zweiten schnellen Algorithmus bereitstellt; und
  • 6 stellt einen Ablaufplan eines erfindungsgemäßen Verfahrens dar.
  • In 1 wird ein exemplarisches Zentroidbild eines Hartmann-Shack-Wellenfrontsensors gezeigt, der durch eine Kamera aufgenommen ist. Das Meßobjekt im Fall der 1 kann entweder als ein Referenzobjekt ohne Aberrationen oder als Zentroide betrachtet werden, die die optimierten vorberechneten Positionen für eine nicht aberrierte Wellenfrontuntersuchung besiedeln, da benachbarte Zentroide 1 konstante Abstände in die x- bzw. y-Richtung aufweisen. Dieses Beispiel wurde zu Verdeutlichung als der Ausgangspunkt für das beschriebene Konzept der Erfindung verwendet. Erfindungsgemäß kann das Ausgangsbild auch eine aberrierte Wellenfrontuntersuchung sein.
  • 2a stellt ein Zentroidbild mit Gitterlinien 2 in x- und y-Richtung dar, wobei die Zentroide 1, die in 1 gezeigt werden, an den Schnittpunkten der Gitterlinien 2 angeordnet sind. 2b zeigt eine umfassende Bewegung der Zentroide 1, die in 2a dargestellt werden, in eine spezifische Richtung dar, die durch einen Pfeil D angezeigt wird. Eine solche umfassende Bewegung der Zentroide 1 kann auf intrinsische Fluktuationen am dynamischen Inneren des Auges (klare Linse, Augeninnendruckvariationen usw.) sowie auf Tränenfilmvariationen zurückzuführen sein, die variieren können und Fluktuationen bewirken können. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird ein Mittelwert einer Reihe von Bildern bereitgestellt, um solche Fluktuationen auszugleichen, um die Zuverlässigkeit der Wellenfrontmessung zu verbessern.
  • Die Erfindung kann auch auf die Überwachung einer Akkommodationsanwort eines optischen Systems auf eine Art eines Akkommodationsreizes angewendet werden.
  • Die Erfindung verwendet die Tatsache, daß Zentroide 1 in einem vorhergehend erfaßten Bild zu einem folgenden erfaßten Bild eine Positionsabweichung von ihrer Position zeigen werden, jedoch die tatsächliche Verschiebung in einem bestimmten Bereich liegt. Die tatsächliche Verschiebung ist im Grunde durch die Brennweite des Sensors und die erwarteten Änderungen der Wellenfront gegeben. Auf die anfängliche Bestimmung der Positionen der Zentroide 1 mit einem ersten Zentroidbestimmungsalgorithmus hin, wird nur ein vorbestimmter Bereich, der die direkte Umgebung der Stellen betrifft, die für die erste Zentroidposition erkannt worden sind, durch einen zweiten Zentroidbestimmungsalgorithmus durchsucht. Vorzugsweise wird jedes folgende weitere Zentroidbild durch den zweiten Zentroidbestimmungsalgorithmus auf dieselbe Art verarbeitet.
  • 3a zeigt eine Teilmenge der Zentroide 1 eines Zentroidbilds, das einem zu analysierenden Auge entspricht. Es soll beachtet werden, daß das folgende Verfahren auf alle Zentroide 1 eines Zentroidbilds angewendet wird und auf die Teilmenge der Zentroide nur bezug genommen wird, um die Beschreibung der Erfindung zu vereinfachen. Die anfängliche Zentroidposition, die durch den ersten Zentroidbestimmungsalgorithmus bestimmt wird, ist durch jeweilige Fadenkreuze 3 markiert. Die Positionen der Zentroide 1, die in 3b nur als Fadenkreuze 3 angezeigt werden, werden vorzugsweise in einem Speichermedium gespeichert, das aus einem Speicher bestehen kann, der durch eine Softwareanwendung zugeordnet wird. Die Zentroidpositionen derselben Teilmenge der Zentroide eines folgenden erfaßten Zentroidbilds, das in 3c gezeigt wird, werden sich von den gespeicherten Zentroidpositionen unterscheiden, jedoch werden die Zentroide 1 keine erhebliche Verschiebung zeigen. Diese Differenz kann das Ergebnis irgendeiner Änderung des zu analysierenden Auges sein, zum Beispiel ein anderer Akkommodationszustand des Auges.
  • Daher kann der Suchalgorithmus, der die Zentroidpositionen aus jedem Zentroidbild mit der Ausnahme der anfänglichen Bestimmung bestimmt, auf eine Region um die erste und/oder vorhergehende Position für die Suche beschränkt werden, um die neuen Zentroidpositionen zu ermitteln. Diese beschränkte zu durchsuchende Region vermindert die Gesamtzeit, die benötigt wird, um die neuen Positionen zu erkennen, da sie zu einer reduzierten Verarbeitungsmenge führt.
  • In 4a sind die Fadenkreuze 3 und die Positionen der Zentroide 1 dieselben wie in 3c. Zusätzlich wird ein vorbestimmter Suchbereich, der einen Bereich 4 in der Nähe jedes Zentroids definiert, als ein kreisförmiger Bereich um jedes Fadenkreuz dargestellt. Der Umgebungsbereich 4 kann andere Formen und/oder Größen aufweisen. Die Zentroide 1, die ein nächstes/folgendes Zentroidbild betreffen, liegen innerhalb des Umgebungsbereichs 4 und können folglich mit dem zweiten Zentroid bestimmungsalgorithmus ermittelt werden. In einem weiteren Schritt, der in 4b dargestellt wird, sind Fadenkreuze 3' an der bestimmten Zentroidposition der in 4a gezeigten Zentroide 1 angeordnet. Die neuen erkannten Positionen werden verwendet, um eine neue Wellenfrontaberrationskarte zu erzeugen. Danach werden die Positionen der Fadenkreuze 3', die in 4c gezeigt werden, als der Ausgangspunkt für die nächste Bestimmung der Zentroidpositionen verwendet, wobei die obenerwähnten Schritte wiederholt werden, die in Bezug auf die 3b bis 4c beschrieben werden. Zu jener Zeit kann eine andere Differenz von Zentroidpositionen vorhanden sein, die das Resultat einer weiteren Änderung des zu analysierenden Auges ist, zum Beispiel einer weiteren Akkommodation des Auges.
  • Wenn sich ein oder mehrere Zentroide 1, z. B. ein vorbestimmter Prozentsatz, außerhalb des Umgebungsbereichs 4 befinden, d. h. nicht durch den zweiten Zentroidbestimmungsalgorithmus lokalisiert werden können, wird vorzugsweise ein neues Zentroidbild aufgenommen und durch den zweiten Zentroidbestimmungsalgorithmus analysiert. Im Fall, daß eine vorbestimmte Anzahl von nachfolgenden Zentroidbildern nicht durch den zweiten Zentroidbestimmungsalgorithmus analysiert werden kann, wird vorzugsweise der erste Zentroidbestimmungsalgorithmus angewendet, um ein Zentroidbild zu analysieren und folglich eine neue Grundlage für die Verwendung des zweiten Zentroidbestimmungsalgorithmus bereitzustellen, wenn nachfolgende Zentroidbilder analysiert werden.
  • Der Umgebungsbereich 4, der den Bereich betrifft, der der Position eines Zentroids im ersten und/oder vorhergehenden Zentroidbild benachbart ist, ist die direkte Nachbarschaft, die vorzugsweise durch eine Abweichung dx und dy bestimmt wird. Die Abweichung dx, dy, die die Nachbarschaft einer Position eines Zentroids im ersten und/oder vorhergehenden Zentroidbild bestimmt, beträgt vorzugsweise 0,1% bis 10% des Abstandes X zweier benachbarter Zentroide in die x-Richtung bzw. des Abstandes Y zweier benachbarter Zentroide in die y-Richtung. Dieser Umge bungsbereich kann die Form eines Kreises, Rechtecks oder einer anderen geeigneten Beschreibung der Nachbarschaft eines Zentroids aufweisen.
  • In 5 wird das allgemeine Konzept der Erfindung dargestellt. In einem ersten Schritt S1 ermittelt ein langsamer Algorithmus, der dem oben erläuterten ersten Zentroidermittlungsalgorithmus entspricht, Ausgangspositionen aller Zentroide eines Zentroidbildes. In dieser Anfangsbestimmung wird das gesamte Zentroidbild, wie es durch eine Kamera bereitgestellt wird, analysiert, was eine hohe Verarbeitungsmenge bedeutet. Ein Taktzyklus des ersten Zentroidermittlungsalgorithmus kann im Bereich von 1 Hz bis 2 Hz liegen, was für eine Echtzeitwellenfrontabtastung zu langsam ist. Nach der Ermittlung der Ausgangspositionen aller Zentroide wird ein schneller Algorithmus, der den oben erläuterten zweiten Zentroidermittlungsalgorithmus betrifft, im Schritt S2 auf das folgende Zentroidbild angewendet, um inkrementale Änderungen aller Zentroidpositionen in Bezug auf die anfänglichen Zentroidpositionen zu ermitteln. Ein Taktzyklus des zweiten Zentroidermittlungsalgorithmus kann im Bereich von 10 Hz–15 Hz liegen, was erheblich schneller als der erste Taktzyklus ist. Die obenerwähnten Taktzyklen sind Beispiele und können abhängig von Systemparametern, insbesondere der Rechenzeit zur Durchführung eines langsamen Algorithmus und eines schnellen Algorithmus variieren. Dann wird im Schritt S3 eine Prüfung, ob der schnelle Algorithmus immer noch anwendbar ist, beruhend auf bestimmten Parametern durchgeführt, z. B. ob sich ein neu aufgenommener Zentroid 1 im Umgebungsbereich 4 eines jeweiligen Zentroids 1 in einem vorhergehenden aufgenommenen Zentroidbild befindet. Bei einer Bejahung (S3-Ja-Weg) wird ein neues Zentroidbild erfaßt und durch den schnellen Algorithmus analysiert. Falls der schnelle Algorithmus nicht mehr anwendbar ist (S3-Nein-Weg), wird der langsame Algorithmus angewendet, um erneut Ausgangspositionen aller Zentroide zu ermitteln.
  • 6 stellt einen detaillierteren Ablaufplan eines Aspekts der Erfindung bereit und wird im folgenden erläutert. Das Verfahren beginnt bei Schritt S11. Nach der Aufnahme eines Zentroidbilds im Schritt S12 wird ein erster Zentroidalgorithmus im Schritt S13 angewendet, um die Ausgangspositionen aller Zentroide 1 zu ermitteln. Der erste Zentroidalgorithmus analysiert das gesamte Zentroidbild. Dann wird eine Zentroidprüfung im Schritt S14 angewendet, wobei die Grundqualität des erfaßten Zentroidbilds bewertet wird. Typische Akzeptanzkriterien können auf dem zu analysierenden Auge beruhen, zum Beispiel daß die Größe der untersuchten Pupille größer als 3,0 mm ist und/oder daß die Größe einer potentiellen Zentroidlücke innerhalb der Zentroidgruppe im Durchmesser kleiner als 0,5 mm ist. Zusätzliche Kriterien können das Bildrauschen, der Hintergrundpegel oder die absolute Zahl der ermittelbaren Zentroide sein. Falls die Zentroidprüfung fehlschlägt (S14-Nicht-OK-Weg) fährt das Verfahren bei Schritt S12 fort, und es wird ein neues Zentroidbild aufgenommen. Ferner wird bei Schritt S13 der erste Zentroidalgorithmus angewendet. Andernfalls (S14-OK-Weg) werden die bestimmten Zentroidpositionen Z(xi, yi) im Schritt S15 als ursprüngliche Zentroidpositionen gespeichert. Im Schritt S16 wird die Aufnahmezeit t1 gespeichert, die den vorhergehend bestimmten Zentroidpositionen Z(xi, yi) entspricht.
  • Die folgenden Schritte S17 bis S22, die in 6 als Block angezeigt werden, betreffen den Zyklus der Schritte, der in dem Fall ausgeführt wird, daß der erste Zentroidermittlungsalgorithmus nicht angewendet werden braucht. Im Schritt S17 wird ein weiteres Zentroidbild aufgenommen und durch den zweiten Zentroidbestimmungsalgorithmus im Schritt S18 analysiert. Im Schritt S18 wird vorzugsweise die neue Position jedes Zentroids, wie im Schritt S13 bestimmt, bestimmt. Vorzugsweise bestimmt der zweite Zentroidbestimmungsalgorithmus die Position eines Zentroids im nächsten Zentroidbild, das in Schritt S17 erfaßt wird, indem er in einem Bereich sucht, der der Position des jeweiligen Zentroids im ersten und oder vorhergehenden Zentroidbild benachbart ist, d. h. im Umgebungsbereich 4. Wie vorher erwähnt, kann ein Taktzyklus des zweiten Zentroidbestimmungsalgorithmus im Bereich von 10 Hz bis 15 Hz liegen, was etwa 10 mal schneller als der erste Zentroidbestimmungsalgorithmus ist. Im allgemeinen kann der Faktor zwischen den unterschiedlichen Berechungszeiten in einem Bereich von 2 bis 100, vorzugsweise 5 bis 20 liegen.
  • Nach Schritt S19, wobei die Aufnahmezeit t2 gespeichert wird, die die vorhergehend bestimmten Zentroide im Schritt S18 betrifft, werden die Positionen der Zentroide, die durch den zweiten Zentroidbestimmungsalgorithmus bestimmt werden, mit den gespeicherten ursprünglichen Zentroidpositionen und/oder den gespeicherten vorhergehenden Zentroidpositionen im Schritt S20 verglichen. Falls die Abweichungen einen vorbestimmten Wert nicht überschreiten (S20-OK-Weg), d. h. die Zentroide sich im Umgebungsbereich 4 eines früher bestimmten Zentroids befinden, wie z. B. in Bezug auf 4a erläutert, werden die Zentroidpositionen, die durch den zweiten Zentroidalgorithmus bestimmt werden, im Schritt S22 gespeichert. Dann wird die Differenz der Zentroide und der Wellenfront im Schritt S23 ausgewertet. Im Schritt S23 wird die Differenz der Zentroide und der Wellenfront ausgewertet, d. h. es werden Änderungen der Wellenfront ΔW(x, y) auf der Grundlage der Änderungen der Zentroidpositionen für jedes folgende Zentroidbild bestimmt. In einem Entscheidungsschritt S24 wird entschieden, ob das Verfahren beendet werden soll und im Schritt S25 endet oder mit Schritt S16 fortgesetzt werden soll. Dann wird im Schritt S16 eine Aufnahmezeit t1 gespeichert, die die Zentroidpositionen betrifft, die im Schritt S22 gespeichert werden.
  • Falls der Vergleich im Schritt S20 der Zentroidpositionen, die durch den zweiten Zentroidalgorithmus bestimmt werden, und der ursprünglichen Zentroidpositionen zeigt, daß die Abweichung einen vorbestimmten Wert überschreitet (S20-Nicht-OK-Weg), dann folgt Schritt S21. Im Schritt S21 wird festgestellt, ob in ei ner vorgegebenen Zeit irgendein weiteres nachfolgendes Zentroidbild um mehr als die vorgegebene Toleranz abweicht, d. h. ob t2 – t1 > t(max), wobei t(max) die vorgegebene Maximalzeit ist. Wenn diese Zeitgrenze nicht überschritten wird (S21-Nein-Weg) wird das Verfahren bei Schritt S17 fortfahren und ein weiteres Zentroidbild aufnehmen, das durch den zweiten Zentroidalgorithmus analysiert werden wird. Falls im Schritt S21 festgestellt wird, daß die Maximalzeit abgelaufen ist (S21-Ja-Weg), wird das Verfahren bei Schritt S12 fortfahren und ein neues Zentroidbild aufnehmen, das durch den ersten Zentroidbestimmungsalgorithmus analysiert werden wird. Wie oben in Bezug auf 4 erwähnt, kann ein anderes Kriterium sein, daß eine vorbestimmte Anazahl von folgenden Zentroidbildern nicht durch den zweiten Zentroidbestimmungsalgorithmus analysiert werden kann. Folglich kann im Schritt S21 überprüft werden, ob die Anzahl der Versuche, folgende Zentroidbilder unter Verwendung des zweiten Algorithmus zu analysieren, gleich einer vorbestimmten Anzahl nmax ist, wobei nmax in einem Bereich von 2 bis 50, vorzugsweise 4 bis 25 liegt und ganz besonders bevorzugt etwa 10 beträgt.
  • Während verschiedene Ausführungsformen gewählt worden sind, um die Erfindung zu veranschaulichen, wird durch Fachleute verstanden werden, daß Änderungen und Modifikationen daran vorgenommen werden können, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen, der in den beigefügten Ansprüchen definiert ist.

Claims (14)

  1. Verfahren zur Echtzeitwellenfrontabtastung eines optischen Systems, das die folgenden Schritte aufweist: (a) Erfassen eines ersten Zentroidbilds und Bestimmen der Positionen der Zentroide im ersten Zentroidbild unter Verwendung eines ersten Zentroidbestimmungsalgorithmus; (b) Erfassen eines nächsten Zentroidbilds und Bestimmen der Positionen der Zentroide im nächsten Zentroidbild unter Verwendung eines zweiten Zentroidbestimmungsalgorithmus, wobei der zweite Zentroidbestimmungsalgorithmus die Position jedes Zentroids in Bezug auf die Position des jeweiligen Zentroids im ersten Zentroidbild bestimmt.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der zweite Zentroidbestimmungsalgorithmus die Position eines Zentroids im nächsten Zentroidbild bestimmt, indem er in einem Bereich sucht, der der Position des jeweiligen Zentroids im ersten Zentroidbild benachbart ist.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei der Bereich, der der Position eines Zentroids im ersten Zentroidbild benachbart ist, als die direkte Nachbarschaft definiert wird, die durch eine Abweichung dx und dy bestimmt wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei die Abweichung dx, dy, die die Nachbarschaft einer Position eines Zentroids im ersten Zentroidbild bestimmt, 0,1% bis 10% des Abstands X zweier benachbarter Zentroide in die x-Richtung bzw. des Abstands Y zweier benachbarter Zentroide in die y-Richtung beträgt.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, das ferner die Schritte aufweist: (c) Erfassen eines weiteren Zentroidbilds und Bestimmen der Positionen der Zentroide im weiteren Zentroidbild unter Verwendung des zweiten Zentroidbestimmungsalgorithmus, wobei die Position eines Zentroids im weiteren Zentroidbild unter Bezug auf die Position des jeweiligen Zentroids in einem vorhergehend erfaßten Zentroidbild bestimmt wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, das ferner den Schritt aufweist: Vergleichen der Positionen der Zentroide in einem nachfolgenden Zentroidbild mit den Positionen der jeweiligen Zentroide im ersten Zentroidbild, und wenn die Abweichung der Positionen der jeweiligen Zentroide größer als eine vorgegebene Toleranz ist oder wenn einige Zentroide fehlen, Verwenden des nächsten nachfolgenden Zentroidbilds.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, das ferner den Schritt aufweist: Feststellen, ob in einer vorgegebenen Zeit irgendein weiteres nachfolgendes Zentroidbild um mehr als die vorgegebene Toleranz abweicht, und Auswerten des nächsten Zentroidbilds mit dem ersten Zentroidbestimmungsalgorithmus, wenn alle weiteren nachfolgenden Zentroidbilder um mehr als die vorgegebene Toleranz abweichen.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, das ferner den Schritt aufweist: Bestimmen von Änderungen der Wellenfront ΔW(x, y) auf der Grundlage der Änderungen der Zentroidpositionen für jedes folgende Zentroidbild.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei der erste Zentroidbestimmungsalgorithmus auf einer Grundlage von 1 Hz–2 Hz arbeitet.
  10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei der zweite Zentroidbestimmungsalgorithmus auf einer Grundlage von 10 Hz–15 Hz arbeitet.
  11. Vorrichtung zur Echtzeitwellenfrontabtastung eines optischen Systems, die aufweist: (a) eine Erfassungseinrichtung zur Erfassung von Zentroidbildern; (b) eine erste Bestimmungseinrichtung zur Bestimmung der Positionen der Zentroide in einem ersten Zentroidbild unter Verwendung eines ersten Zentroidbestimmungsalgorithmus; (b) eine zweite Bestimmungseinrichtung zur Bestimmung der Positionen der Zentroide in einem nächsten Zentroidbild unter Verwendung eines zweiten Zentroidbestimmungsalgorithmus, wobei der zweite Zentroidbestimmungsalgorithmus die Position jedes Zentroids in Bezug auf die Position des jeweiligen Zentroids im ersten Zentroidbild bestimmt.
  12. Vorrichtung nach Anspruch 11, wobei die zweite Bestimmungseinrichtung eingerichtet ist, die Position eines Zentroids in einem weiteren Zentroidbild unter Bezug auf die Position des jeweiligen Zentroids in einem vorhergehend erfaßten Zentroidbild zu bestimmen.
  13. Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, wobei die erste Bestimmungseinrichtung auf einer Grundlage von 1 Hz–2 Hz arbeitet.
  14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 13, wobei die zweite Bestimmungseinrichtung auf einer Grundlage von 10 Hz–15 Hz arbeitet.
DE102008014294A 2008-03-14 2008-03-14 Schneller Algorithmus für Wellenfrontdatenstrom Ceased DE102008014294A1 (de)

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