DE1774419A1

DE1774419A1 - Optische Vergleichsvorrichtung

Info

Publication number: DE1774419A1
Application number: DE19681774419
Authority: DE
Inventors: Lohmann Adolf Wilhelm
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1967-06-19
Filing date: 1968-06-15
Publication date: 1971-06-16
Also published as: GB1176427A; FR1571035A; US3510223A; DE1774419B2; DE1774419C3

Description

IBM Deutschland Internationale Büro-Maschinen GetelUehaft mbH

Böblingen, 12. Juni 1968 pr-hn

1 77AA19

Anmelderin:

International Business Machines Corporation, Armonk, N. Y. 10 504

Amtliches Aktenzeichen:

Neuanmeldung

Aktenzeichen der Anmelderin: Docket SA 9-67-052 Optische Vergleichvorrichtung

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum optischen Vergleich zweier oder mehrerer Elemente.

In der Technik der optischen Informationsverarbeitung ist es vielfach erforderlich, zwei oder mehr Lichtmuster miteinander zu vergleichen oder mit Hilfe der Methode der Kreuzkorrelation festzustellen, welchen Informationsinhalt ein gegebenes Muster aufweist.

Das Verfahren der Kreuz-Korrelation kann als ein Verfahren definiert werden, in dem zwei Lichtmuster auf gemeinsame Merkmale untersucht werden. Als einfachstes Beispiel seien zwei durchsichtige Bereiche betrachtet, die im Strahlengang einer kräftigen Lichtquelle unmittelbar hin-

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tereinander angeordnet sind, und die dann einen maximalen Lichtdurchtritt ermöglichen, wenn sie optimal ausgerichtet sind. Durch eine Konvergenzlinse kann das durchgelassene Licht auf einer Photozelle abgebildet werden, an deren Ausgang ein die richtige Auerichtung anzeigendes elektrisches Signal auftritt.

Werden die beiden durchlässigen Bereiche räumlich voneinander getrennt, so erfolgt der maximale Lichtdurchlass ebenfalls dann, wenn die beiden Bereiche aufeinander ausgerichtet sind. In der Bildebene einer abbildenden Linse entsteht dann im Mittelbereich auf der optischen Achse ein als Korrelationsfleck bezeichneter heller Bereich, während die übrige Ebene weniger aufgehellt ist. Wird ein durchlässiger Bereich seitlich verschoben, so verschiebt sich der Korrelationsfleck in der gleichen Richtung. Wird einer der durchlässigen Bereiche gedreht, so wird der Korrelationsfleck unscharf. Bei ständiger Drehung geht der Korrelationsfleck in die Untergrundhelligkeit über.

Ein derartiges Verfahren wird in der Literatur stelle; A. Vander Lugt, "Signal Detection by Complex Spatial Filtering" IEEE Transactions on Information Theory, April 1964, Seite 139 beschrieben. Bei diesem Verfahren wird die Korrelation mit Hilfe zweier durchlässiger Bereiche erzeugt, von denen der eine das Objekt und der andere ein räumliches Vergleichsfilter darstellt. Die beiden durchlässigen Bereiche sind so

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angeordnet, daß ihre komplexen Lichtübertragungen multiplikativ sind. Der Lichtausgang der Anordnung gibt im wesentlichen die Wahrscheinlichkeit des Auftretens eines Signals an, d.h., daß Korrelation vorliegt. Ein heller Fleck zeigt das Vorliegen einer hohen Wahrscheinlichkeit und ein difuser Bereich das Vorliegen einer geringen Wahrscheinlichkeit an. Die in dieser Literaturstelle beschriebene Anordnung w^est eine hohe Empfindlichkeit in bezug auf die Ausrichtung der durchlässigen Bereiche auf und erfordert ein räumliches Filter, das dem Vergleichsfilter entspricht. Diese Forderung ist im allgemeinen nur schwer zu erfüllen, da arithmetischen Division durch optische Anordnungen bisher nicht ohne weiteres durchgeführt werden konnte.

In der Literaturstelle, CS. Weaver and J.W. Goodman "A Technique for Optically Convolving Two Functions", Applied Optics, Vol. 5, No. 7, JuIi 1966, Seite 1248, wird ein Verfahren angegeben, bei dem die Notwendigkeit einer genauen Ausrichtung entfällt. In diesem Verfahren werden zwei durchlässige Bereiche nebeneinander in der gleichen Ebene angeordnet und ein lichtempfindlicher Film mittels der durch sie durchtretenden Strahlung belichtet, so daß ein positiver durchlässiger Bereich entsteht. Die Durchlässigkeit dieses Bereiches ist direkt proportional dem Quadrat der auf ihn auftreffenden Lichtamplitude. Dieser durchlässige Bereich wird dann gleichzeitig mit der Strahlung der Objektebene einer Fourier-Transformation mittels eines Referenzstrahles unterzogen

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und das Vorliegen des Korrelationsflecks beobachtet. Der Nachteil, dieses Verfahrens ist durch die Notwendigkeit bedingt, für jeden Vergleich eine photographische Aufnahme herzustellen. In der Literaturstelle J.E. Rau "Detection of Differences in Real Distribution", J.O.S.A., v. 56, No. 11, November I960, Seite 1490, wird ein ähnliches Verfahren beschrieben.

Die Erfindung geht von der Aufgabenstellung aus, eine optische Vergleichsvorrichtung anzugeben, bei der eine genaue Ausrichtung der zu vergleichenden Muster nicht erforderlich ist, die keine zeitraubenden und umständlichen Verfahrens schritte benötigt und die eindeutige Auesagen über den KorrelafcLonsgrad möglich macht.

Um diese Aufgabe zu lösen, wird gemäß der Erfindung eine Vorrichtung zum optischen Vergleich zweier oder mehrerer Elemente vorgeschlagen, die gekennzeichnet ist durch Mittel zur Abbildung der im zu vergleichenden Strahlengang nebeneinander angeordneten Elemente, durch eine in der Bildebene dieser Mittel liegende Anordnung zur Erzeugung eines zeitlich veränderlichen Moire-Mustere und durch ein die Lichtintensität der durch die abbildenden Mittel und das veränderliche Moire-Muster transformierten Abbildung der zu vergleichenden Elemente messendes lichtempfindliches Element.

Die Erfindung wird anschließend anhand der ein Ausführungebeiepiel darstellenden Figur näher erläutert. 10 9825/1669

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Das von der monochromatischen punktförmigen Lichtquelle 10 ausgehende Licht wird durch die Linse 12 kollimiert und pflanzt sich als parallele Strahlen 14 fort. Es ist selbstverständlich auch möglich, die parallelen Lichtstrahlen 14 durch andere bekannte Mittel, beispielsweise durch einen optischen Sender oder Verstärker zu erzeugen. Die Lichtstrahlen 14 durchsetzen die Ebene 16 und werden anschließend durch die Sammellinse 18 in der Bildebene 20 fokussiert. Die die Bildebene 20 durchsetzende Strahlung fällt auf die Photozelle 22, an deren Ausgang ein von der Lichtintensität abhängiges elektrisches Signal auftritt. Die Größe dieses Signals wird beispielsweise durch das Instrument 24 angezeigt. Wie aus der Figur hervorgeht, liegen alle aufgeführten Elemente auf der optischen Achse des dargestellten Systems.

Wie schon vorher erwähnt, werden mit Hilfe der vorliegenden Erfindung zwei durchsichtige Bereiche miteinander verglichen, von denen der/eine ein Bezugsbereich und der andere das zu vergleichende Objekt darstellt. Beide können beispielsweise aus Mikrofilmen gleicher Abmessungen bestehen. Diese beiden Elemente werden in der Objektebene 16 mit gleichen Abständen von der Mittelachse angeordnet, wobei der Abstand χ gleich ihrer doppelten Breite Δ xy ist. Hat somit der Mittelpunkt des Bezugebereiches 26 die Koordinaten (x, y), so hat der Mittelpunkt des zu vergleichenden Objektes 28 die Koordinaten (x - 2 ^Ax' ν)· 109825/1669

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In der Bildebene 20 ist eine Anordnung zur Erzeugung von Moire-Mustern vorgesehen. Diese Anordnung besteht aus zwei in den Rahmen 34 und 36 angeordneten Beugungsgittern 30 und 32, deren Mittelpunkte auf der optischen Achse liegen. Der langsam laufende Motor 40 ist über seine Achse 38 so mit den Rahmen 34 und 36 in Wirkverbindung, daß seine Drehung eine gegenläufige Drehung dieser Rahmen bewirkt, wobei die Drehungsmittelpunkte der von diesem Rahmen getragenen Gitter ebenfalls mit der optischen Achse zusammenfallen. Die sich bei dieser gegenläufigen Drehung ergebende Lichttransmission durch die Bildebene 20 entspricht daher der Transmission eines Beugungsgitters mit sich linear verändernden Gitterabständen. Das auf die Photozelle 22 fallende Licht ist daher ein Maß für den Korrelationsgrad des Beugeelementes 26 und des Vergleichsobjekts 28.

Ist die Transmission des durchlässigen Bezugsbereiches 26 f (xy) und die Durchlässigkeit des Objektes 28 g (x - χ , y), dann liefert die Fourier-Transformation durch die Linse 18 in der Bildebene 20 ein kombiniertes Bild

, V_y)₊

Auf das durch die rotierenden Gitter 30 und 32 gebildetere ränder]! ehe Moire-Muster fällt die Intensität

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η 77ΑΑ19

Iu (v_x.v_y)

(1)

wobei die Transmission dieses Musters

OO

M (V_x, t) =

n=0

C cos f2 7rnat (V - V )) (2)

n ^{L x} χ o'J ^x '

Auf die Photozelle 22 fällt ein Signal

S (t) =// |u (V_x, V_y)| ² M (V_x, t) dV_xdV_y (3)

welches den modulierten Anteil

S (Ο

♦ (x₀ - at)e

enthält in dem

2Tr i V χ

Φ (x) = /Ju(V . V ) v^ V . V ) e ^Χ dV dV (5)

^{T v} ' JJ ^κ χ y χ y χ y

die gesuchte Korrelationefunktion ist.

Selbstverständlich können anstelle der durchlässigen Elemente der beschriebenen Anordnung auch reflektierende Elemente gesetzt werden.

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Claims

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- 8 - _t Böblingen, 12. Juni 1968

pr-hn

PATENTANSPRÜCHE

ill Vorrichtung zum optischen Vergleich zweier Elemente, gekennzeichnet durch Mittel (18) zur Abbildung der im parallelen Strahlengang nebeneinander angeordneten zu vergleichenden Elemente (26, 28), durch eine in der Bildebene (20) dieser Mittel liegende Anordnung zur Erzeugung eines zeitlich veränderlichen Moir£-Musters und durch ein die Lichtintensität der durch die abbildenden Mittel und das veränderliche Moire-Muster transformierten Abbildung der zu vergleichenden Elemente feststellendes lichtempfindliches Element.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die das zeitlich veränderliche Moire-Muster erzeugende Vorrichtung aus zwei gegenläufig um die optische Achse der Vorrichtung rotierenden Gittern (30, 32) besteht.

3. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstände der gegenläufig rotierenden Gitter einander gleich sind.

4. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die miteinander zu vergleichenden Elemente (26, 28)

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um einen Betrag voneinander entfernt sind, der der größten Längenausdehnung dieser Elemente entspricht.

5. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die zu vergleichenden und/oder die transformierenden Elemente der Anordnung strahlungsdurchlässig sind.

6. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die zu vergleichenden und/oder die transformierenden Elemente der Anordnung als reflektierende Elemente ausgebildet sind.

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