DE19549074A1 - Method and device for the high-resolution determination of distances in the focused image of a lens-pupil system and of metric object parameters, in particular for the purpose of the precise and intelligent control of automata - Google Patents

Method and device for the high-resolution determination of distances in the focused image of a lens-pupil system and of metric object parameters, in particular for the purpose of the precise and intelligent control of automata

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Abstract

A process and device are disclosed for determining spatial and/or chronological intervals in the focused image or focused image sequences produced by a lens-aperture diaphragm system and/or for determining spatial or time-related object parameters (10), spectral and/or local frequency-specific object parameters, in particular for controlling automated machines and monitoring production processes. The incident electromagnetic radiation is focused by the lens-diaphragm system (10), location-specific modulation of the propagation direction, intensity, wavelength, polarisation and/or time modulation frequency of the electromagnetic rays (11) is effected by a 3-D modulation device (12) behind the lens-diaphragm system (10), the modulated electromagnetic rays are detected by a detector device (13) situated behind the 3-D modulation device (12), and the spatial and/or chronological intervals (14) in the electromagnetic rays in the 3-D modulation device (12) are ascertained by determining the modulation and/or by calculating the spatial, chronological, spectral and/or local frequency-specific object parameters.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur ge­ nauen Bestimmung von räumlichen und/oder zeitlichen Ab­ ständen im fokussierten Bild eines Linsen-Pupillen-Syste­ mes und/oder von räumlichen und/oder zeitlichen Objektpa­ rametern, wie z. B. Geschwindigkeit oder Tiefe, insbeson­ dere zum Zweck der genauen und intelligenten Steuerung von Automaten, das den folgenden Schritt umfaßt:The present invention relates to a method for ge exact determination of spatial and / or temporal Ab would be in the focused image of a lens-pupil system mes and / or of spatial and / or temporal object pairs parameters such as B. speed or depth, in particular for the precise and intelligent control of Automatic machine comprising the following step:

  • (a) Fokussierung der einfallenden elektromagnetischen Strahlen durch ein Linsen-Pupillen-System, sowie eine Vor­ richtung zur Durchführung desselben.(a) Focusing the incident electromagnetic Rays through a lens-pupil system, as well as a front direction to perform the same.

Bekannt sind geometrisch-optisch abbildende Kameras, die auf photographische Filme oder auf CCD-Arrays abbilden. Beide Verfahren liefern räumliche 3D-Information in flä­ chiger 2D-Form in der Bildebene. Photographische Kameras sind zwar im Auflösungsvermögen lediglich durch optische Parameter und durch die Korngröße des Filmmaterials be­ grenzt, dafür aber nur speicherfähig, nicht hingegen zur Bildverarbeitung in Echtzeit geeignet. CCD-Kameras sind zwar fähig zu relativ rascher Bildverarbeitung, im Auflö­ sungsvermögen dafür aber begrenzt durch die Pixelgröße der CCD-Arrays. Holographisch abbildende und aufzeichnende Einrichtungen sind zwar in der Lage, räumliche 3D-Informa­ tion zu liefern und zu speichern; dies gelingt jedoch nur im kohärenten Licht. Auch wird bei der Bildaufnahme stets ein 2-Strahlverfahren (Objekt- und Referenzstrahl) benö­ tigt. Und schließlich sind holographische Systeme nicht zur Bildverarbeitung in Echtzeit geeignet. Stereokameras sind technisch noch aufwendiger und bedingen eine Verrech­ nung von mindestens 2 CCD-Arrays, um 3D-Informationen zu erhalten.Geometric-optical imaging cameras are known which image on photographic films or on CCD arrays. Both methods deliver spatial 3D information in flä 2D shape in the image plane. Photographic cameras are only in optical resolution Parameters and by the grain size of the film material be limits, but only storable, but not to Suitable for real-time image processing. CCD cameras are capable of relatively quick image processing, in resolution but limited by the pixel size of the CCD arrays. Holographic imaging and recording Facilities are capable of 3D spatial information tion to deliver and store; however, this only works in the coherent light. Also, the picture is always taken a 2-beam method (object and reference beam) is required does. And finally, holographic systems are not suitable for image processing in real time. Stereo cameras are technically more complex and require an offset of at least 2 CCD arrays for 3D information receive.

Auf dem Gebiet der optischen Sensorik wird in der gitter­ optischen Ortsfrequenzfilterung der CORREVIT-/CORREFOT-Meß­ technik (CORREVIT = Warenzeichen der LEICA GmbH Wetz­ lar) eine Signalvorverarbeitung im Hinblick auf Längen-, Geschwindigkeits- und Abstandsmessungen bei relativ zum Sensor bewegten Objekten (Straße, industrielle Bandgüter u. a.) dadurch realisiert, daß Gitter zwischen eine geome­ trische Abbildungsoptik und nachgelagerte Photodioden in den optischen Strahlengang als Signalmodulatoren eingela­ gert werden (Heitmann, K., Schneider, E., Eisenkopf, H. Einrichtung zur berührungslosen Messung, DE-OS 21 44 487; Leitz, L., Heitmann, K., Schneider, E., Einrichtung zur Bildkorrelation DE-AS 21 56 617). Dabei werden Gitter aber lediglich als 1D-/2D-Strahlenteiler, nicht jedoch als dif­ fraktive 1D-/2D-/3D-Gitter verwendet.In the field of optical sensor technology is in the grid Optical spatial frequency filtering of the CORREVIT / CORREFOT measurement technik (CORREVIT = trademark of LEICA GmbH Wetz lar) a signal preprocessing with regard to length, Speed and distance measurements at relative to Sensor moving objects (road, industrial belt goods u. a.) realized by lattices between a geome tric imaging optics and downstream photodiodes in  the optical beam path as signal modulators (Heitmann, K., Schneider, E., Eisenkopf, H. Device for non-contact measurement, DE-OS 21 44 487; Leitz, L., Heitmann, K., Schneider, E., institution for Image correlation DE-AS 21 56 617). Here, however, grids only as 1D / 2D beam splitter, but not as dif fractive 1D / 2D / 3D grids are used.

Im Institut für Optosensorik Dr. Lauinger/Wetzlar wurden theoretiche Modellrechnungen, die auf der Grundlage eines 3D-Gitters beruhen, zur "invertierten Retina des mensch­ lichen Auges" durchgeführt und mit aus dem menschlichen Sehen bekannten subjektiven Phänomenen (Apertureffekte, sog. Stiles-Crawford-Effekte I und II, Bezold-Brücke-Phä­ nomen u. a.) in Beziehung gesehen (Lauinger, N. A new in­ terpretation of the Stiles-Crawford Effects in Human Vi­ sion. Journal of Biological Physics 19: 167-188, 1994; Lauinger, N. The realtionship between brightness, hue and saturation when the inverted human retina is interpreted as a cellular diffractive 3D chip. SPIE Proceedings Vol. 2588, October 1995, 208-232). Modellhaft wurden Teilaspek­ te 4D-gitteroptisch berechnet (Carbon, M., Using diffrac­ tion theory of human vision for design of color vision devices. SPIE Proceedings Vol. 2353, 1994, 550-560). Ef­ fekte eines diffraktiven 3D-Gitters wurden für die Inkohä­ renz-Kohärenz-Wandlung optischer Strahlung beschrieben (Lauinger, N., Verfahren und Vorrichtung zur Erzeugung von kohärenten elektromagnetischen Wellen aus in ein optisches Abbildungssystem einfallenden inkohärenten Strahlen. DE-OS 37 40 533 A1). In the institute for optosensorics Dr. Lauinger / Wetzlar were theoretical model calculations based on a 3D grids are based on the "inverted retina of man Lichen eye "and carried out with the human See well-known subjective phenomena (aperture effects, so-called Stiles-Crawford effects I and II, Bezold-Brücke-Phä nouns and a.) seen in relation (Lauinger, N. A new in interpretation of the Stiles-Crawford Effects in Human Vi sion. Journal of Biological Physics 19: 167-188, 1994; Lauinger, N. The realtionship between brightness, hue and saturation when the inverted human retina is interpreted as a cellular diffractive 3D chip. SPIE Proceedings Vol. 2588, October 1995, 208-232). Partial aspects became exemplary te 4D-lattice optically calculated (Carbon, M., Using diffrac tion theory of human vision for design of color vision devices. SPIE Proceedings Vol. 2353, 1994, 550-560). Ef effects of a diffractive 3D grid were created for the inco renz coherence conversion of optical radiation described (Lauinger, N., Method and device for producing coherent electromagnetic waves from into an optical Imaging system incident incoherent rays. DE-OS 37 40 533 A1).  

Trotz umfangreicher Bemühungen, besonders im Hinblick auf Automatisierung und Robotik, gibt es bisher keine techni­ sche hochauflösende robuste und echtzeitfähige 3D-Bewe­ gungsbestimmung auf der Grundlage berührungsloser Sensor­ datenerhebung. Die zentrale Bedeutung von optischen Fluß­ feldern für die visuelle Bewegungsbestimmung ist bekannt (Carmesin, H.-O. & Ch. Herwig, Verfahren zur Erzeugung maximalen Informationsgewinnes für Ausgabesignale, insbe­ sondere Steuersignale, von Automaten, Patentanmeldung AZ 19503606.9, Structure from Motion by Linear Transforma­ tions. Proc. Workshop "Kognitive Robotik", B. Krieg- Brückner, Ch. Herwig Edts., ZKW-Bericht 3/95, Zentrum für Kognitionswissenschaften Universität Bremen, März 1995). Die wesentlichen Leistungsmerkmale neuronaler Netzwerke sind Parallelität und Adaptivität (Carmesin, H.O. Theorie neuronaler Adaption, Köster, Berlin 1994; Carmesin, H.-O. Neurophysics of adaption. Physics Essays 8(1), 38-51, 1995). Obwohl neuronale Netzwerke sich für selbstjustie­ rende hochauflösende Bildverarbeitung besonders eignen, wurde die neuronale Adaptionstheorie bisher weder auf Be­ wegungsbestimmung noch auf die Auswertung von Beugungsre­ flexsequenzen in bildgebenden Sensoren angewendet.Despite extensive efforts, especially with regard to Automation and robotics, so far there is no technology high-resolution robust and real-time capable 3D motion determination based on non-contact sensor data collection. The central importance of optical flow fields for visual movement determination is known (Carmesin, H.-O. & Ch. Herwig, Method of Generation maximum information gain for output signals, esp special control signals, from machines, patent application AZ 19503606.9, Structure from Motion by Linear Transforma tion. Proc. Workshop "Cognitive Robotics", B. Krieg- Brückner, Ch. Herwig Edts., ZKW report 3/95, Center for Cognitive Science University of Bremen, March 1995). The main features of neural networks are parallelism and adaptivity (Carmesin, H.O. theory neural adaptation, Köster, Berlin 1994; Carmesin, H.-O. Neurophysics of adaptation. Physics Essays 8 (1), 38-51, 1995). Although neural networks are for self-justification high-resolution image processing are particularly suitable, Neural adaptation theory has so far not been based on Be motion determination still on the evaluation of diffraction re flex sequences used in imaging sensors.

Dieselbe Problematik liegt auch außerhalb des sichtbaren Wellenlängenspektrums vor.The same problem lies outside of the visible one Wavelength spectrum.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein gattungsge­ mäßes Verfahren und eine gattungsgemäße Vorrichtung zur Verfügung zu stellen, mit welchen praktisch in Echtzeit die genaue Bestimmung von räumlichen und/oder zeitlichen Abständen im fokussierten Bild eines Linsen-Pupillen-Sy­ stemes und/oder von räumlichen und/oder zeitlichen Objekt­ parametern, wie z. B. Geschwindigkeit oder Tiefe, ermög­ licht wird.The invention has for its object a genus method and a generic device for To make available with which practically in real time the exact determination of spatial and / or temporal Distances in the focused image of a lens-pupil system  stemes and / or of spatial and / or temporal object parameters such as B. speed or depth light becomes.

Hinsichtlich des Verfahrens wird die Aufgabe erfindungs­ gemäß gelöst durch die folgenden Schritte:With regard to the method, the task is fiction according to solved by the following steps:

  • (b) Ortsspezifische Modulation der Ausbreitungsrichtung und/oder Intensität und/oder Wellenlänge und/oder Polari­ sation und/oder der zeitlichen Modulationsfrequenz der elektroma­ gnetischen Strahlen durch eine Modulationseinrichtung hinter dem Linsen-Pupil­ len-System in oder nahe bei der Fokusebene des Linsen-Pu­ pillen-Systems.(b) Site-specific modulation of the direction of propagation and / or intensity and / or wavelength and / or polar station and / or the temporal modulation frequency of the electroma gnetic rays by a modulation device behind the lens pupil len system in or near the focal plane of the lens pu pill system.
  • (c) Erfassung der modulierten elektromagnetischen Strahlen durch eine Detektoreinrichtung, welche sich hinter der Modulationseinrichtung befindet.(c) Detection of the modulated electromagnetic rays by a detector device, which is behind the Modulation device is located.
  • (d) Berechnung der räumlichen und/oder zeitlichen Abstände der elektromagnetischen Strahlen in der Modulationsein­ richtung durch Bestimmung der Modulation und/oder Berechnung räum­ licher und/oder zeitlicher Objektparameter.(d) Calculation of the spatial and / or temporal distances of the electromagnetic rays in the modulation direction by determining the modulation and / or calculation space Licher and / or temporal object parameters.

Dabei kann vorgesehen sein, daß das Verfahren die folgen­ den Schritte umfaßt:It can be provided that the method follow the steps include:

(b-1) Ortsspezifische Modulation der elektromagnetischen Strahlen durch eine Modulationseinrichtung mit einem Modu­ lationsfilter in der Fokusebene des Linsen-Pupillen-Sy­ stems, welcher einen einfallenden elektromagnetischen Strahl durch ortsspezifische, mit i indizierte Filterele­ mente moduliert, wobei die Filterelemente relativ abwechs­ lungsreich im Hinblick auf die Lösbarkeit von Gleichungs­ systemen zur Durchführung von Schritt (d) modulierend bzw. nicht modulierend gewählt sind.(b-1) Site-specific modulation of the electromagnetic Blasting through a modulation device with a mod  filter in the focal plane of the lens-pupil system stems, which is an incident electromagnetic Beam through location-specific filter elements indexed with i elements modulated, the filter elements alternating relatively rich in solvability of equations systems for performing step (d) modulating or are not selected modulating.

(c-1) Fokussierung innerhalb der Detektoreinrichtung durch ein zweites Linsen-Pupillen-System.(c-1) focusing within the detector device through a second lens-pupil system.

(c-2) Messung der modulierten elektromagnetischen Strahlen in der Fokusebene der Detektoreinrichtung durch eine bild­ gebende Detektorenanordnung von mit j indizierten Detek­ torelementen, in welche die Filterelemente mit Index i aus einer zugehörigen Indexmenge Ij projiziert werden.(c-2) Measurement of the modulated electromagnetic rays in the focal plane of the detector device by an imaging detector arrangement of detector elements indexed with j, into which the filter elements with index i are projected from an associated index set I j .

(d-1) Berechnung der genauen Position einer durch Parame­ ter bestimmten Intensitätsverteilung im Strahlengang un­ mittelbar vor der Modulationseinrichtung im Urbild eines j-ten Detektorelementes aus den Messungen im j-ten Detek­ torelement, wobei die Berechnung so ausgeführt wird, daß die Zahl der Meßergebnisse die Zahl der zu bestimmenden Parameter aufgrund der Modulationsmessungen übersteigt und ein möglichst unabhängiges Gleichungssystem auftritt.(d-1) Calculate the exact position of one by Parame ter determined intensity distribution in the beam path indirectly in front of the modulation device in the archetype of a jth detector element from the measurements in the jth detector gate element, the calculation being carried out in such a way that the number of measurement results the number of to be determined Parameter exceeds due to the modulation measurements and a system of equations that is as independent as possible occurs.

Ferner kann dabei vorgesehen sein, daß das Verfahren den folgenden Schritt umfaßt:It can also be provided that the method includes the following step:

(d-1-1) Durchführung der Berechnung an einem Kantenelement parametrisiert durch Steigung m und y-Achsenabschnitt b in der x-y-Ebene der Modulationseinrichtung gemäß y = mx+b.(d-1-1) Perform the calculation on an edge element parameterized by slope m and y intercept b in  the x-y plane of the modulation device according to y = mx + b.

Außerdem kann die Verwendung von j-ten Detektorelementen (19) zusammen mit benachbarten Detektorelementen vorgese­ hen sein.In addition, the use of j-th detector elements ( 19 ) can be provided together with adjacent detector elements.

Dabei kann auch die Verwendung linear wirkender Filterele­ mente vorgesehen sein.The use of linear filter elements can also be used elements should be provided.

In einer besonderen Ausführungsform der Erfindung kann vorgesehen sein, daß das Verfahren die folgenden Schritte umfaßt:In a particular embodiment of the invention it should be provided that the method follows the following steps includes:

(b-1) Ortsspezifische Modulation durch eine Modulations­ einrichtung in Form einer Einrichtung zur ortsspezifischen Umlenkung mit Umlenkelementen und ggfs. auch zur Modula­ tion von Intensität, Wellenlänge, Polarisation und Modula­ tionsfrequenz von Lichtstrahlen in oder nahe bei der Fo­ kusebene des Linsen-Pupillen-Systems.(b-1) Site-specific modulation through modulation facility in the form of a site-specific facility Redirection with deflection elements and, if necessary, also to the module tion of intensity, wavelength, polarization and modula frequency of light rays in or near the Fo kus plane of the lens-pupil system.

(d-1) Berechnung des Ursprungsortes eines betrachteten elektromagnetischen Strahles in der Modulationseinrichtung anhand der in Detektorelementen erfaßten Signale, und der daraus resultierenden räumlichen und/oder zeitlichen Ab­ stände im fokussierten Bild des Linsen-Pupillen-Systemes und/oder räumlichen und/oder zeitlichen Objektparameter.(d-1) Calculation of the place of origin of a considered electromagnetic beam in the modulation device based on the signals detected in detector elements, and the resulting spatial and / or temporal Ab would be in the focused image of the lens-pupil system and / or spatial and / or temporal object parameters.

In einer weiteren Ausführungsform kann vorgesehen sein, daß das Verfahren die folgenden Schritte umfaßt:In a further embodiment it can be provided that the process comprises the following steps:

(b-1) Ortsspezifische Modulation der elektromagnetischen Strahlen durch eine Modulationseinrichtung in Form eines gekrümmten 3D-Beugungsgitters in oder nahe bei der Fokus­ ebene des Linsen-Pupillen-Systems, wobei die gebeugten Strahlen entsprechend der Reflexion an geneigten Netzebe­ nen des gekrümmten 3D-Beugungsgitters orientiert und/oder entsprechend den Gitteraperturbedingungen in ihrer Inten­ sität moduliert und/oder entsprechend der Bragg-Bedingung in der Wellenlänge moduliert und/oder entsprechend den Anisotropien des Beugungsgitters polarisiert und/oder ent­ sprechend einer möglichen aufgeprägten zeitlichen Schwin­ gung zeitlich moduliert sind, wobei die ortsspezifische Krümmung und die anderen Beugungsgittereigenschaften im Hinblick auf die ortsspezifische Modulierung im Hinblick auf die Lösbarkeit von Gleichungssystemen zur Durchführung von Schritt (d) hinreichend abwechslungsreich sind.(b-1) Site-specific modulation of the electromagnetic  Radiation through a modulation device in the form of a curved 3D diffraction grating in or near the focus plane of the lens-pupil system, with the diffracted Rays corresponding to the reflection on inclined network planes oriented of the curved 3D diffraction grating and / or according to the lattice aperture conditions in their intensity modulated and / or according to the Bragg condition modulated in the wavelength and / or according to the Anisotropies of the diffraction grating are polarized and / or ent speaking of a possible imprinted temporal Schwin are modulated in time, the site-specific Curvature and the other diffraction grating properties in the In terms of site-specific modulation with regard to on the solvability of systems of equations for implementation from step (d) are sufficiently varied.

(d-1) Berechnung des Ursprungsortes eines betrachteten elektromagnetischen Strahles in der Modulationseinrichtung anhand der in Detektorelementen erfaßten Signale und der daraus resultierenden räumlichen und/oder zeitlichen Ab­ stände im fokussierten Bild des Linsen-Pupillen-Systemes und/oder räumlichen und/oder zeitlichen Objektparameter.(d-1) Calculation of the place of origin of a considered electromagnetic beam in the modulation device based on the signals detected in detector elements and the resulting spatial and / or temporal Ab would be in the focused image of the lens-pupil system and / or spatial and / or temporal object parameters.

Ferner kann das Verfahren die folgenden Schritte umfassen:The method can further comprise the following steps:

(c′) Unterscheidung der in ein Detektorelement einlaufen­ den elektromagnetischen Strahlen in solche, die aus einer 0. Beugungsordnung, und solche, die aus einer höheren Beu­ gungsordnung stammen, anhand der spezifischen Wellenlänge der gebeugten elektromagnetischen Strahlen gemäß der Bragg-Bedingung und/oder mit Hilfe richtungsspezifischer Detektorelemente.(c ′) Differentiation of the run into a detector element the electromagnetic rays into those that come from a 0. Diffraction order, and those that come from a higher Beu order, based on the specific wavelength the diffracted electromagnetic rays according to the Bragg condition and / or with the help of direction-specific  Detector elements.

(d′) Berechnung des Ursprungsortes eines betrachteten elektromagnetischen Strahles in der Modulationseinrichtung anhand der in Detektorelementen erfaßten Signale, und der daraus resultierenden räumlichen und/oder zeitlichen Ab­ stände im fokussierten Bild des Linsen-Pupillen-Systemes und/oder räumlichen und/oder zeitlichen Objektparameter.(d ′) Calculation of the place of origin of a considered electromagnetic beam in the modulation device based on the signals detected in detector elements, and the resulting spatial and / or temporal Ab would be in the focused image of the lens-pupil system and / or spatial and / or temporal object parameters.

Günstigerweise umfaßt das Verfahren die folgenden Schrit­ te:Conveniently, the process comprises the following steps te:

(c′′) Anwendung eines zeitlichen Hochpaßfilters auf die durch ein Detektorelement erfaßten Signale, wobei die durchgelassenen Frequenzen so adaptiv einzustellen sind, daß die bei Bildfolgen auftretende deutlich erhöhte seit­ liche Geschwindigkeit der höheren Beugungsordnungen erfaßt wird, und somit Unterscheidung der in ein Detektorelement einlaufenden elektromagnetischen Strahlen in solche, die nicht umgelenkt sind bzw. aus einer 0. Beugungsordnung stammen, und solche, die umgelenkt sind bzw. aus einer höheren Beugungsordnung stammen.(c ′ ′) application of a temporal high-pass filter to the signals detected by a detector element, the transmitted frequencies are to be adjusted adaptively, that the significantly increased in picture sequences since speed of the higher diffraction orders is, and thus differentiation in a detector element incoming electromagnetic rays into those that are not deflected or from a 0th diffraction order originate, and those that are redirected or from a higher diffraction order.

(d′′) Berechnung des Ursprungsortes eines betrachteten elektromagnetischen Strahles in der Modulationseinrichtung anhand der in Detektorelementen erfaßten Signale, und der daraus resultierenden räumlichen und/oder zeitlichen Ab­ stände im fokussierten Bild des Linsen-Pupillen-Systemes und/oder räumlichen und/oder zeitlichen Objektparameter.(d ′ ′) calculation of the place of origin of a considered electromagnetic beam in the modulation device based on the signals detected in detector elements, and the resulting spatial and / or temporal Ab would be in the focused image of the lens-pupil system and / or spatial and / or temporal object parameters.

Weiterhin kann das erfindungsgemäße Verfahren die folgen­ den Schritte umfassen:Furthermore, the method according to the invention can follow the  the steps include:

(b-1) Ortsspezifische Modulation der elektromagnetischen Strahlen durch eine Modulationseinrichtung in Form eines ungekrümmten 3D-Beugungsgitters in oder nahe bei der Fo­ kusebene des Linsen-Pupillen-Systems, wobei die gebeugten Strahlen entsprechend der Reflexion an geneigten Netzebe­ nen des ungekrümmten 3D-Beugungsgitters orientiert und/oder entsprechend den Gitteraperturbedingungen in ihrer Intensität moduliert und/oder entsprechend der Bragg-Be­ dingung in der Wellenlänge moduliert und/oder entsprechend den Anisotropien des Beugungsgitters polarisiert und/oder entsprechend einer möglichen aufgeprägten zeitlichen Schwingung zeitlich moduliert sind, wobei die Beugungsgit­ tereigenschaften im Hinblick auf die ortsspezifische Modu­ lierung im Hinblick auf die Lösbarkeit von Gleichungssy­ stemen zur Durchführung von Schritt (d) hinreichend ab­ wechslungsreich sind.(b-1) Site-specific modulation of the electromagnetic Radiation through a modulation device in the form of a 3D non-curved gratings in or near the Fo kusplane of the lens-pupil system, the diffracted Rays corresponding to the reflection on inclined network planes oriented of the uncurved 3D diffraction grating and / or according to the lattice aperture conditions in their Intensity modulated and / or according to the Bragg-Be condition modulated in the wavelength and / or accordingly polarizes the anisotropies of the diffraction grating and / or according to a possible imprinted time Vibration are modulated in time, with the diffraction grid properties with regard to the site-specific mod lation with regard to the solvability of equation sy sufficiently to perform step (d) are varied.

(d-1) Berechnung des Ursprungsortes eines betrachteten elektromagnetischen Strahles in der Modulationseinrichtung anhand der in Detektorelementen erfaßten Signale und der daraus resultierenden räumlichen und/oder zeitlichen Ab­ stände im fokussierten Bild des Linsen-Pupillen-Systemes und/oder räumlichen und/oder zeitlichen Objektparameter.(d-1) Calculation of the place of origin of a considered electromagnetic beam in the modulation device based on the signals detected in detector elements and the resulting spatial and / or temporal Ab would be in the focused image of the lens-pupil system and / or spatial and / or temporal object parameters.

Ferner kann das Verfahren die Durchführung der Schritte (c) und (d) im Fraunhoferschen Fernfeld umfassen.The method can also carry out the steps (c) and (d) in the Fraunhofer far field.

Es kann auch die Durchführung der Schritte (c) und (d) in Talbot- oder Fresnel-Ebenen im Nahfeld des 3D-Beugungs­ gitters umfassen.It can also carry out steps (c) and (d) in Talbot or Fresnel planes in the near field of 3D diffraction  include grids.

Dabei können die folgenden Schritte vorgesehen sein:The following steps can be provided:

  • - Registrierung der Tiefenlage des Fokus in Talbot- und/oder Fresnel-Ebenen im Nahfeld hinter einem 3D-Beugungs­ gitter mit einem tiefenempfindlichen Detektorelement.- Registration of the depth of focus in Talbot and / or Fresnel planes in the near field behind a 3D diffraction grid with a depth-sensitive detector element.
  • - Berechnung der Differenz zwischen zwei benachbarten Ent­ fernungen von Objekten.- Calculate the difference between two neighboring Ent removals from objects.

Bevorzugt umfaßt das Verfahren die folgenden Schritte:The method preferably comprises the following steps:

(a′-1) Vorab Festlegen von markanten 3D-Merkmalen oder Mustern in Form von Bildelementen, zusammen mit einem aus­ gezeichneten Positionsbildelement als Ursprung eines lo­ kalen Koordinatensystems für jedes Muster bzw. für jedes 3D-Merkmal.(a′-1) Preliminary definition of distinctive 3D features or Patterns in the form of picture elements, together with one drawn position picture element as the origin of a lo cal coordinate system for each pattern or for each 3D feature.

(a′-2) Durchführung einer sogenannten Lernphase, wobei jedes 3D-Merkmal in jede 3D-Position und 3D-Orientierung gebracht wird, bzw. jedes Muster in jede Position und Ori­ entierung gebracht wird,
sodann das Detektorelement j bestimmt wird, auf welches das Positionsbildelement projiziert wird,
nachfolgend das zugehörige Signalmuster, einschließlich Signalmuster der Modulationen, der Detektorelemente in der Umgebung das j-ten Detektorelementes bestimmt wird,
und anschließend die Zuordnung von j-tem Detektorelement mitsamt Signalmuster der umgebenden Detektorelemente zu Muster bzw. 3D-Merkmal, Position des Positionsbildelemen­ tes und Orientierung in ein assoziatives neuronales Netz­ werk eingespeichert wird.
(a′-2) carrying out a so-called learning phase, each 3D feature being brought into every 3D position and 3D orientation, or every pattern being brought into every position and orientation,
then determining the detector element j onto which the position picture element is projected,
subsequently the associated signal pattern, including signal pattern of the modulations, of the detector elements in the vicinity of the jth detector element is determined,
and then the assignment of the j-th detector element together with the signal pattern of the surrounding detector elements to the pattern or 3D feature, position of the position image element and orientation is stored in an associative neural network.

(a′-3) Anwendung der gelernten und gespeicherten Zuordnung auf das gemessene j-te Detektorelement mitsamt Signalmu­ ster der umgebenden Detektorelemente zu Muster bzw. 3D-Merkmal, Position des Positionsbildelementes und Orien­ tierung durch ein assoziatives neuronales Netzwerk.(a′-3) Application of the learned and saved assignment on the measured jth detector element together with signal mu ster of the surrounding detector elements to patterns or 3D feature, position of the position picture element and orien through an associative neural network.

Dabei kann vorgesehen sein die Verwendung von Mustern in Form von Bildelementen basierend auf Intensitätsmustern in der Fokusebene des Linsen-Pupillen-Systems und/oder Bewe­ gungsmustern und/oder Frequenzmustern und/oder Farb- bzw. Wellenlängenmustern und/oder Polarisationsmustern und/oder Intensitätsmaxima und/oder 3D-Formen.The use of patterns can be provided in Form of picture elements based on intensity patterns in the focal plane of the lens-pupil system and / or Bewe supply patterns and / or frequency patterns and / or color or Wavelength patterns and / or polarization patterns and / or Intensity maxima and / or 3D shapes.

Außerdem kann auch vorgesehen sein die Verwendung von neu­ ronalen Netzwerken, die mit Hilfe der Hopfield-Regel oder einer Perzeptron-Lernregel oder einer Back-Propagation-Lern­ regel lernen und die Kopplungen zwischen zwei Neuronen und/oder Kopplungen zwischen drei Neuronen und/oder Kopp­ lungen zwischen vier Neuronen und/oder Kopplungen zwischen einer Maximalzahl von Neuronen, welche an die Komplexität der Signalmuster angepaßt ist, und die bei komplizierten Lernaufgaben einen Perzeptron-Lernalgorithmus zusammen mit Kopplungen mit einer Maximalzahl von Neuronen, welche an die Komplexität der Signalmuster angepaßt ist, enthalten, so daß eine Lösung der Lernaufgabe entsprechend einem Kon­ vergenzbeweis sichergestellt ist.In addition, the use of new can also be provided ronal networks using the Hopfield rule or a perceptron learning rule or a back propagation learning learn rule and the couplings between two neurons and / or couplings between three neurons and / or Kopp lungs between four neurons and / or couplings between a maximum number of neurons that add complexity the signal pattern is adapted, and those in complicated Learning tasks using a perceptron learning algorithm Couplings with a maximum number of neurons, which on the complexity of the signal pattern is adjusted, so that a solution of the learning task according to a Kon  evidence of vergence is ensured.

Dabei kann vorgesehen sein die Speicherung der Zuordnung durch einen elektronischen oder optischen Speicher.The assignment can be stored through an electronic or optical memory.

In einer besonderen Ausführungsform der Erfindung kann vorgesehen sein die Ausführung der Berechnungsschritte und/oder neuronalen Netzwerke vor oder nach der Detektor­ ebene durch einen korrelatoroptischen Aufbau.In a particular embodiment of the invention the execution of the calculation steps is provided and / or neural networks before or after the detector level through a correlator-optical structure.

Hinsichtlich der Vorrichtung wird die Aufgabe erfindungs­ gemäß gelöst durch eine Modulationseinrichtung zur orts­ spezifischen Modulation der Ausbreitungsrichtung und/oder Intensität und/oder Wellenlänge und/oder Polarisation und/oder Modulationsfrequenz der elektromagnetischen Strahlen, die sich hinter dem Linsen-Pupillen-System in oder nahe bei der Fokusebene des Linsen-Pupillen-Systems befindet.With regard to the device, the task is fiction according to solved by a modulation device on site specific modulation of the direction of propagation and / or Intensity and / or wavelength and / or polarization and / or modulation frequency of the electromagnetic Rays that are behind the lens-pupil system in or close to the focal plane of the lens-pupil system located.

Dabei kann vorgesehen sein, daß die Modulationseinrichtung einen Modulationsfilter in der Fokusebene des Linsen-Pu­ pillen-Systems umfaßt, welcher Umlenkelemente in Form von Spiegelelementen enthält.It can be provided that the modulation device a modulation filter in the focal plane of the lens pu pills system, which deflection elements in the form of Contains mirror elements.

In einer besonderen Ausführungsform der Erfindung umfaßt die Modulationseinrichtung ein gekrümmtes 3D-Beugungsgit­ ter, das einfallende elektromagnetische Strahlen in ge­ beugte elektromagnetische Strahlen umsetzt, wobei die ge­ beugten Strahlen entsprechend der Reflexion an geneigten Netzebenen des gekrümmten 3D-Beugungsgitters orientiert und/oder entsprechend den Gitteraperturbedingungen in ih­ rer Intensität moduliert und/oder entsprechend der Bragg-Be­ dingung in der Wellenlänge moduliert und/oder entspre­ chend den Anisotropien des Beugungsgitters polarisiert und/oder entsprechend einer möglichen aufgeprägten zeitli­ chen Schwingung zeitlich moduliert sind.In a particular embodiment of the invention comprises the modulation device has a curved 3D diffraction grid ter, the incident electromagnetic radiation in ge diffracted electromagnetic radiation is implemented, the ge diffracted rays according to the reflection on inclined Network planes of the curved 3D diffraction grating oriented and / or according to the lattice aperture conditions in ih  rer intensity modulated and / or according to the Bragg-Be condition modulated in the wavelength and / or correspond polarized according to the anisotropies of the diffraction grating and / or according to a possible imprinted Zeitli Chen vibration are modulated in time.

Alternativ dazu kann die Vorrichtung ein ungekrümmtes 3D-Beugungsgitter umfassen, wobei die gebeugten Strahlen ent­ sprechend der Reflexion an geneigten Netzebenen des ge­ krümmten 3D-Beugungsgitters orientiert und/oder entspre­ chend den Gitteraperturbedingungen in ihrer Intensität moduliert und/oder entsprechend der Bragg-Bedingung in der Wellenlänge moduliert und/oder entsprechend den Anisotro­ pien des Beugungsgitters polarisiert und/oder entsprechend einer möglichen aufgeprägten zeitlichen Schwingung zeit­ lich moduliert sind.Alternatively, the device can be an uncurved 3D diffraction gratings include, the diffracted rays ent speaking of the reflection on inclined network planes of the ge curved 3D diffraction grating oriented and / or correspond according to the lattice aperture conditions in their intensity modulated and / or according to the Bragg condition in the Wavelength modulated and / or according to the anisotropy pien of the diffraction grating polarized and / or accordingly a possible imprinted temporal oscillation time are modulated.

Weiterhin kann vorgesehen sein, daß das 3D-Beugungsgitter eines der 231 möglichen periodischen 3D-Kristallgitter darstellt.It can also be provided that the 3D diffraction grating one of the 231 possible periodic 3D crystal lattices represents.

Andererseits kann auch vorgesehen sein, daß das 3D-Beu­ gungsgitter periodisch ist.On the other hand, it can also be provided that the 3D Beu grid is periodic.

Ferner kann das 3D-Beugungsgitter mehrere Schichten von 2D-Gittern umfassen.Furthermore, the 3D diffraction grating can have multiple layers of Include 2D grids.

Andererseits kann auch vorgesehen sein, daß das 3D-Beu­ gungsgitter akustooptische Zellen umfaßt.On the other hand, it can also be provided that the 3D Beu Grid acousto-optical cells.

Ebenso kann vorgesehen sein, daß das 3D-Beugungsgitter Wignerkristalle umfaßt.It can also be provided that the 3D diffraction grating  Wigner crystals included.

Andererseits kann auch vorgesehen sein, daß das 3D-Beu­ gungsgitter Polymerlatices umfaßt.On the other hand, it can also be provided that the 3D Beu Grid polymer latex comprises.

Weiterhin kann vorgesehen sein, daß das 3D-Beugungsgitter holographisch hergestellte Schichten umfaßt.It can also be provided that the 3D diffraction grating holographically produced layers.

Ferner kann die Detektoreinrichtung spektrale Empfindlich­ keit aufweisen.Furthermore, the detector device can be spectrally sensitive show speed.

Vorzugsweise weist die Detektoreinrichtung Richtungsemp­ findlichkeit auf.The detector device preferably has directional temperature sensitivity to.

Außerdem enthält die Detektoreinrichtung vorzugsweise min­ destens einen Polarisationsfilter.In addition, the detector device preferably contains min at least a polarization filter.

In einer besonderen Ausführungsform kann auch vorgesehen sein, daß im abbildenden optischen Strahlengang zusätzlich zu dem 3D-Beugungsgitter weitere Gitter angebracht sind, welche den Kohärenzgrad steigern.In a special embodiment can also be provided be that additionally in the imaging optical beam path other gratings are attached to the 3D diffraction grating, which increase the degree of coherence.

Weiterhin kann auch vorgesehen sein, daß die Detektorvor­ richtung ein CCD-Array enthält.Furthermore, it can also be provided that the detector direction contains a CCD array.

Darüber hinaus enthalten die Detektorelemente vorzugsweise Wellenleiter.In addition, the detector elements preferably contain Waveguide.

In einer bevorzugten Ausführungsform kann vorgesehen sein, daß das Linsen-Pupillen-System und die Modulationseinrich­ tung für elektromagnetische Wellen, einschließlich Rönt­ genstrahlen, außerhalb des sichtbaren Lichtes ausgelegt sind. Dies ist besonders vorteilhaft für eine Bild/Ton/Spra­ che-Verarbeitung im akustooptischen Nachrichtenbereich (Bildtelefon u. a.) und auch die 3D-Vermessung von Stern- und Galaxienabständen durch für Röntgenstrahlung ausgeleg­ te Gitter-Sehsysteme.In a preferred embodiment it can be provided that the lens-pupil system and the modulation device device for electromagnetic waves, including X-ray  rays, designed outside the visible light are. This is particularly advantageous for a picture / sound / language che processing in the acousto-optical message area (Videophone and others) and also the 3D measurement of star and Galaxy distances by designed for X-rays grid vision systems.

Weiterhin kann auch vorgesehen sein, daß die Modulations­ einrichtung trägerfrequent schwingt.Furthermore, it can also be provided that the modulation facility vibrates at carrier frequency.

Vorteilhafterweise weist die Vorrichtung ein neuronales Netzwerk auf.The device advantageously has a neural one Network on.

Außerdem kann ein korrelatoroptischer Aufbau vor oder hin­ ter der Detektorebene zur Durchführung der Verrechnungen vorgesehen sein.In addition, a correlator-optical structure can go in front or in front ter of the detector level to carry out the calculations be provided.

Dabei kann der korrelatoroptische Aufbau eine 4f-Optik umfassen.The correlator-optical structure can be 4f optics include.

Schließlich kann in einer besonderen Ausführungsform der Erfindung vorgesehen sein, daß in der Modulationseinrich­ tung Filterelemente und/oder Umlenkelemente und/oder Git­ terelemente mittels eines Zufallszahlengenerators relativ abwechslungsreich angeordnet sind.Finally, in a special embodiment, the Invention can be provided that in the modulation device device filter elements and / or deflection elements and / or git elements using a random number generator relative are arranged in a varied manner.

Der Erfindung liegt die überraschende Erkenntnis zugrunde, daß die in der Bildebene mit der Längenauflösung etwa der Lichtwellenlänge fokussierbaren elektromagnetischen Strah­ len sich etwa mit der Genauigkeit der Lichtwellenlänge ortsspezifisch modulieren lassen. Die so modulierten elek­ tromagnetischen Strahlen können später in einer Detektor­ einrichtung mit geringerer Längenauflösung erfaßt werden, und die Orte in der Bildebene können anhand der ortsspezi­ fischen Modulierung berechnet werden. Beispielsweise neh­ men an einem Gitter gebeugte elektromagnetische Strahlen entsprechend der Reflexions-Bedingung eine durch die Kri­ stallorientierung bestimmte Richtung und eine der Bragg-Bedingung entsprechende Farbe an.The invention is based on the surprising finding that in the image plane with the length resolution about the Light wavelength focusable electromagnetic beam approximately with the accuracy of the light wavelength Modulate site-specifically. The thus modulated elec  tromagnetic rays can later be in a detector device with lower length resolution can be detected, and the locations in the image plane can be based on the location-specific fishing modulation can be calculated. For example neh electromagnetic rays diffracted on a grating according to the reflection condition one by the Kri stall orientation certain direction and one of the Bragg condition corresponding color.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile werden hier bei­ spielhaft für das sichtbare Wellenlängenspektrum in den folgenden Punkten dargelegt:The advantages achieved with the invention are shown here playful for the visible wavelength spectrum in the set out the following points:

  • (1) Derzeit ist die Genauigkeit der Bestimmung von Abstän­ den einer Helligkeitsverteilung in einer Fokusebene durch die Abmessung der Pixel eines bildgebenden Sensors be­ stimmt, diese betragen etwa 20 Mikrometer. Bei Anwendung einer besonderen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung, d. h. mit einer Modulationseinrichtung in Form eines 3D-Beugungsgitters, ist diese Genauigkeit durch die Wellenlänge des Lichtes und den Gitterabstand begrenzt. Diese betragen bei Wahl eines optimalen Gitters 0.4 Mikrometer. Daher ist diese Längenauflösung um den Faktor 50, die entsprechende Flächenauflösung um den Fak­ tor 2500 steigerbar.
    Eine solche Steigerung der Genauigkeit ist wichtig, da das menschliche Auge in der Retina über 10⁸ Rezeptoren mit ei­ nem entsprechenden Längenauflösungsvermögen von jeweils etwa 1 Mikrometer verfügt, da entsprechend kulturell ent­ standene Umwelten in Haushalt, Freizeit, Verkehr und Ar­ beitswelt auf visuelle Systeme wie die des Menschen ausge­ legt sind, und da somit zukünftige intelligente mobile Au­ tomaten und Roboter vergleichbare visuelle Systeme benöti­ gen, um sicher, zuverlässig und ökonomisch betreibbar zu sein.
    (1) At present, the accuracy of the determination of distances of a brightness distribution in a focal plane is determined by the dimensions of the pixels of an imaging sensor, these are approximately 20 micrometers. When using a special embodiment of the device according to the invention, ie with a modulation device in the form of a 3D diffraction grating, this accuracy is limited by the wavelength of the light and the grating spacing. When choosing an optimal grating, these are 0.4 micrometers. This length resolution can therefore be increased by a factor of 50 and the corresponding area resolution by factor 2500.
    Such an increase in accuracy is important because the human eye has 10⁸ receptors in the retina with a corresponding length resolution capacity of about 1 micron each, because correspondingly culturally created environments in the home, leisure, traffic and work world rely on visual systems such as that of human beings, and since future intelligent mobile automats and robots will need comparable visual systems to be safe, reliable and economically operable.
  • (2) Durch das erfindungsgemäße Verfahren können räumliche und/oder zeitliche Objektparameter, wie etwa Geschwindig­ keiten oder Tiefen, schnell und mit geringem Aufwand kor­ relatoroptisch ausgewertet werden.(2) The inventive method can spatial and / or temporal object parameters, such as speed speeds or depths, quickly and with little effort be evaluated optically.
  • (3) Durch das erfindungsgemäße Verfahren können für jewei­ lige Anwendungen für entsprechende spezifische optische Vorrichtungen und deren Abmessungen universell Algorithmen in Form lernender neuronaler Netzwerke an vorgesehener geeigneter Stelle angewendet werden, ohne daß ein neuer Algorithmus zu entwickeln wäre. Hierdurch werden üblicher­ weise auftretende, wesentliche Entwicklungskosten von vornherein vermieden.(3) By the method according to the invention for each applications for corresponding specific optical Devices and their dimensions universal algorithms in the form of learning neural networks on intended appropriate place can be applied without a new one Algorithm would have to be developed. This will make it more common wise, significant development costs of avoided beforehand.
  • (4) Die Beugungstheorie ist für den Grenzfall großer Di­ stanz vom Gitter (Fernfeld) sehr weit entwickelt; sie fin­ det umfangreiche Anwendung in der Optik und der Material­ forschung. Dagegen ist die Physik für den Bereich des Nah­ feldes relativ kompliziert, und anwendungsspezifisch; ent­ sprechend ist die Theorie noch mehr entwicklungsfähig, es sind bisher keine Anwendungen in Bezug auf Bewegungsbe­ stimmung bekannt, wogegen die hier verwendeten lernfähigen neuronalen Netzwerke durch ihre Flexibilität anwendbar und besonders adäquat sind. Dabei ist generell die zentrale Bedeutung von Flußfeldern bei der Bewegungsbestimmung be­ reits seit Helmholtz bekannt, ferner gilt bei Entfernungen ab fünf Metern die Bewegungsbestimmung aus Flußfeldern als vorteilhaft gegenüber der Bewegungsbestimmung durch Bino­ kularität, ganz allgemein bietet die visuelle Bestimmung von räumlichen und/oder zeitlichen Objektparametern gegen­ über anderen Modalitäten den Vorteil hoher Auflösung, ho­ her Reichweite, hoher Geschwindigkeit und natürlicher Strahlungsquellen.(4) The diffraction theory is large Di for the limit case punch from the grid (far field) very developed; they fin det extensive application in optics and material research. In contrast, physics is for the near realm Fields relatively complex and application-specific; ent speaking the theory is even more viable, it are not yet any applications related to movement mood known, whereas the learnable used here neural networks applicable due to their flexibility and are particularly adequate. It is generally the central one Importance of river fields in motion determination  already known since Helmholtz, also applies to distances From five meters the movement determination from river fields as advantageous compared to the movement determination by Bino Specularity, in general, offers visual determination against spatial and / or temporal object parameters over other modalities the advantage of high resolution, ho range, high speed and more natural Radiation sources.
  • (5) Ein Lichtfeld beinhaltet generell sowohl Amplituden- als auch Phaseninformation. Bei den meisten technischen visuellen Systemen wird nur die Amplitudeninformation ver­ wendet, dagegen kann bei dem erfindungsgemäßen Verfahren mit Hilfe der 3D-Beugungsgitter auch die enthaltene 3D-Phaseninformation genutzt werden, und zwar selbst bei Verwendung von inkohärentem Licht, wie es etwa von natür­ lichen Strahlungsquellen ausgesendet wird. Bei natürlichen visuellen Systemen findet eine vorteilhafte Auswertung von Phaseninformation vermutlich beim menschlichen Auge mit Hilfe des 3D-Beugungsgitters der invertierten Retina statt. Möglicherweise stellt die invertierte Retina einen qualitativen Sprung in der Entwicklungsgeschichte des Se­ hens dar, der dann erstmals bei den Anthropoden stattfand, und für 3D-Objektparameter-Bestimmung und somit für das Überleben unmittelbar relevant war.(5) A light field generally contains both amplitude and also phase information. Most technical visual systems only ver the amplitude information applies, however, in the method according to the invention with the help of the 3D diffraction grating also the included one 3D phase information can be used, even with Use incoherent light such as natural Lichen radiation sources is emitted. With natural visual systems finds an advantageous evaluation of Phase information presumably with the human eye Using the 3D diffraction grating of the inverted retina instead of. The inverted retina may be one qualitative leap in the development history of the Se hens, which then took place for the first time at the anthropods, and for 3D object parameter determination and thus for that Survival was immediately relevant.
  • (6) Die neuronalen Netzwerke haben in den letzten Jahr­ zehnten eine rasante Entwicklung erlebt. Die wesentlichen Vorteile sind Parallelität und Adaptivität. Dadurch sind neuronale Netzwerke besonders geeignet zur selbstjustie­ renden und hochauflösenden Bildverarbeitung in Echtzeit, auch bei komplexen Auswertungen. Hier steht die technische Entwicklung bisher noch weit hinter dem natürlichen Vor­ bild zurück. Gemäß einer besonderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es möglich, die neurona­ len Netzwerke an einer Stelle einzusetzen, an der sie ihre volle Leistungsfähigkeit auch entfalten können, bei der parallelen hochauflösenden Rekonstruktion von Objektpara­ metern aus reichhaltigen, möglichst modulierten und beweg­ ten Beugungsmustern.(6) The neural networks have been in the past year tenth experienced a rapid development. The essential The advantages are parallelism and adaptivity. Thereby neural networks particularly suitable for self-adjustment high-resolution image processing in real time,  even with complex evaluations. Here is the technical Development so far far behind the natural pre picture back. According to a particular embodiment of the The inventive method, it is possible to neurona networks at a point where they can can also develop full potential at parallel high-resolution reconstruction of object para meters of rich, possibly modulated and moving diffraction patterns.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und aus der nachstehenden Beschreibung, in der Ausführungsbeispiele für das sichtbare Wellenlän­ genspektrum anhand der schematischen Zeichnungen im ein­ zelnen erläutert sind.Further features and advantages of the invention result from the claims and from the description below, in the exemplary embodiments for the visible wavelength gene spectrum based on the schematic drawings in a are explained.

Dabei zeigt:It shows:

Fig. 1 schematisch eine Vorrichtung gemäß der vor­ liegenden Erfindung; Fig. 1 shows schematically a device according to the prior invention;

Fig. 2 eine konkrete Ausführungsform der erfindungsge­ mäßen Vorrichtung; Fig. 2 shows a specific embodiment of the device according to the invention;

Fig. 3 schematisch die Abbildungs- und Auflösungssitua­ tion für eine konkrete Ausführungsform der er­ findungsgemäßen Vorrichtung; Fig. 3 shows schematically the imaging and resolution situation for a specific embodiment of the device according to the invention;

Fig. 4a eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemä­ ßen Vorrichtung; FIG. 4a shows a further embodiment of the inventive device SEN;

Fig. 4b einen Ausschnitt von Fig. 4a; FIG. 4b shows a detail of Fig. 4a;

Fig. 5 die Situation bei Verwendung eines gekrümmten 3D-Beugungsgitters gemäß einer weiteren Ausfüh­ rungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung; und FIG. 5 shows the situation when using a curved 3D diffraction grating in accordance with another exporting approximate shape of the device according to the invention; and

Fig. 6 schematisch die Situation bei Durchführung einer Lernphase gemäß einer Ausführungsform des erfin­ dungsgemäßen Verfahrens. Fig. 6 schematically shows the situation when performing a learning phase according to an embodiment of the inventive method.

Fig. 1 zeigt schematisch eine Vorrichtung gemäß der vor­ liegenden Erfindung. Diese umfaßt ein Linsen-Pupillen-Sy­ stem 10, das das einfallende Licht (hier symbolisiert durch einen Lichtstrahl 11) fokussiert, eine Modulations­ einrichtung 12 zur ortsspezifischen Modulation der Licht­ strahlen, die sich im Bereich der Fokusebene des Linsen- Pupillen-Systems 10 und vor einer dahinter befindlichen Detektoreinrichtung 13 befindet. Der Lichtstrahl 11 trifft an einem Ort 14 (Ursprungsort) in der Modulationseinrich­ tung 12 auf und wird im vorliegenden Fall hinsichtlich seiner Ausbreitungsrichtung moduliert. Fig. 1 shows schematically a device according to the prior invention. This includes a lens-pupil system 10 , which focuses the incident light (here symbolized by a light beam 11 ), a modulation device 12 for location-specific modulation of the light that radiates in the focal plane of the lens-pupil system 10 and is located in front of a detector device 13 located behind it. The light beam 11 strikes at a location 14 (origin) in the modulation device 12 and is modulated in the present case with regard to its direction of propagation.

Fig. 2 zeigt eine konkrete Ausführungsform der erfindungs­ gemäßen Vorrichtung. Eine Modulationseinrichtung 12 liegt in Form einer Einrichtung zur ortsspezifischen Umlenkung 22 mit Umlenkelementen 23 in Form von Spiegelelementen vor. Da die Neigung der Umlenkelemente 23 ortsabhängig ist, ist somit die Richtung der reflektierten Lichtstrah­ len 26, 27 ortsabhängig. Folglich treffen die reflektier­ ten Lichtstrahlen 26, 27 bei einer Detektoreinrichtung 13 mit einer bildgebenden Detektoranordnung 17 von Detektor­ elementen 19 in spezifischen Pixel auf, welche der Richtung und damit dem Umlenkelement 23 am Ursprungsort entsprechen. Folglich lassen sich auf diese Weise Abstände mit der Detektoreinrichtung 13 erfassen, die ohne die Mo­ dulationseinrichtung 12 aufgrund der Abmessungen der De­ tektorelemente 19 nicht mehr aufgelöst werden könnten, da ohne eine Umlenkung die Lichtstrahlen 11, wie durch die Lichtstrahlen 24 und 25 angedeutet, auf ein und dasselbe Detektorelement 19 treffen würden. Fig. 2 shows a specific embodiment of the device according to the Invention. A modulation device 12 is in the form of a device for site-specific deflection 22 with deflection elements 23 in the form of mirror elements. Since the inclination of the deflection elements 23 is location-dependent, the direction of the reflected light beams 26 , 27 is location-dependent. Consequently, the reflected light rays 26 , 27 in a detector device 13 with an imaging detector arrangement 17 of detector elements 19 in specific pixels which correspond to the direction and thus the deflection element 23 at the point of origin. Consequently, distances can be detected in this way with the detector device 13 , which could not be resolved without the modulation device 12 due to the dimensions of the detector elements 19 , since without a deflection, the light beams 11 , as indicated by the light beams 24 and 25 , on one and the same detector element 19 would hit.

In einer besonderen Ausführungsform kann auch vorgesehen sein, daß als Umlenkelemente 23 halbdurchlässige Mikro­ spiegel verwendet werden, welche die durchgelassenen Lichtstrahlen 24 und 25 zudem rot einfärben. Zu jedem ro­ ten lokalen Helligkeitsmaximum in einem Detektorelement 19 bestimmt man das zugehörige lokale Helligkeitsmaximum der nicht roten, also reflektierten Lichtstrahlen 26 und 27 mit erhöhter Genauigkeit. Aus deren Position in der Detek­ toranordnung 17 bestimmt man den Ursprungsort in der Mo­ dulationseinrichtung 22.In a special embodiment it can also be provided that semi-transparent micro mirrors are used as deflection elements 23 , which also color the transmitted light beams 24 and 25 red. For each red local brightness maximum in a detector element 19 , the associated local brightness maximum of the non-red, ie reflected light beams 26 and 27 is determined with increased accuracy. From their position in the detector arrangement 17 one determines the place of origin in the modulation device 22 .

Weiterhin kann vorgesehen sein, daß zu jedem roten lokalen Helligkeitsmaximum in einem Detektorelement 19 das zugehö­ rige lokale Helligkeitsmaximum zum nachfolgenden Zeitpunkt und daraus die Geschwindigkeit des lokalen Helligkeitsma­ ximums bestimmt wird. Aus dieser Geschwindigkeit schätzt man die erhöhte Geschwindigkeit der umgelenkten Licht­ strahlen. Man stellt einen Hochpaßfilter entsprechend ein und erfaßt so die umgelenkten Lichtstrahlen 26 und 27 mit erhöhter Genauigkeit. Aus deren Position in der Detektor­ anordnung 17 bestimmt man dann den Ursprungsort in der Modulationseinrichtung 12. Furthermore, it can be provided that for each red local brightness maximum in a detector element 19, the associated local brightness maximum at the following point in time and the speed of the local brightness maximum is determined therefrom. From this speed one estimates the increased speed of the redirected light rays. A high-pass filter is set accordingly and the deflected light beams 26 and 27 are detected with increased accuracy. The position of origin in the modulation device 12 is then determined from their position in the detector arrangement 17 .

Mittels der vorliegenden Erfindung läßt sich eine Steige­ rung der Genauigkeit durch Bitvervielfachung per Modula­ tion erreichen, wie im folgenden theoretisch gezeigt wird: Ein Lichtstrahl, der ohne Modulationseinrichtung nur in hell/dunkel zur Bestimmung von räumlichen und zeitlichen Abständen und Objektparametern beiträgt, trägt im Rahmen der Informationstheorie mit einem Bit bei. Durch die Modu­ lation der drei Farben Rot, Grün und Blau mit jeweils ei­ nem zusätzlichen Bit ist die Zahl der Bits um drei gestei­ gert. Bei einer Verrechnung, welche diese Bits auch in den bestimmten räumlichen und zeitlichen Abständen und Objekt­ parametern wiedergibt, erhält man eine Steigerung der Ge­ nauigkeit um drei Bits, d. h. fast um eine Dezimalstelle. Dieser Zusammenhang soll an einem konkreten Ausführungs­ beispiel veranschaulicht werden.With the present invention, a crate can be Accuracy through bit multiplication per module tion, as theoretically shown in the following: A light beam that only in without modulation device light / dark to determine spatial and temporal Distances and object parameters contribute in the frame information theory with one bit. By the modu The three colors red, green and blue, each with egg nem additional bit, the number of bits is increased by three device. With a calculation, which these bits also in the certain spatial and temporal distances and object parameters, you get an increase in Ge accuracy by three bits, d. H. almost a decimal place. This connection should be based on a concrete execution example.

Die in Fig. 3 gezeigte erfindungsgemäße Vorrichtung weist die folgenden Parameter auf:
Linsen-Pupillen-System 10 bei Verwendung einer Umlenkein­ richtung 22, 23: Brennweite: 17 mm; Blendendurchmesser: 4 mm. Resultierender Aperturkegel-Öffnungswinkel: 2/17. Distanz 29 zwischen einer Modulationseinrichtung 12 und einer Detektoreinrichtung 13: 20 µ. Seitliche Ablenkung der umgelenkten Strahlen auf der Detektoreinrichtung 13: 20 µ. Resultierender Airy-Disk-Durchmesser 28: 5 µ. Größe eines Detektorelementes 19: 20 µ.
The device according to the invention shown in FIG. 3 has the following parameters:
Lens-pupil system 10 when using a deflecting device 22 , 23 : focal length: 17 mm; Panel diameter: 4 mm. Resulting aperture cone opening angle: 2/17. Distance 29 between a modulation device 12 and a detector device 13 : 20 μ. Lateral deflection of the deflected beams on the detector device 13 : 20 µ. Resulting Airy disk diameter 28 : 5 µ. Size of a detector element 19 : 20 µ.

Dies führt zu einer Verdopplung der Anzahl der erreichten Detektorelemente 19 in der Länge sowie zu einer Vervier­ fachung der Anzahl der erreichten Detektorelemente 19 in der Ebene und damit zu einer Vervierfachung der Bitzahl. Bei Kenntnis der relevanten technischen Daten einer kon­ kreten Anwendung ist also eine deutliche Verbesserung der Abmessungen zu erwarten.This leads to a doubling of the number of detector elements 19 reached in length and to a quadrupling of the number of detector elements 19 reached in the plane and thus to a quadrupling of the number of bits. With knowledge of the relevant technical data of a specific application, a significant improvement in the dimensions can be expected.

Fig. 4a zeigt eine weitere Ausführungsform der Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung. Hinter einem Linsen-Pu­ pillen-System 10 befindet sich in der Fokusebene eine Mo­ dulationseinrichtung 12 mit einem Modulationsfilter 15. Eine wiederum hinter der Modulationseinrichtung 12 ange­ ordnete Detektoreinrichtung 13 umfaßt ein zweites Linsen- Pupillen-System 16 zur Fokussierung der modulierten Licht­ strahlen sowie eine bildgebende Detektoranordnung 17 von Detektorelementen 19. Fig. 4a shows a further embodiment of the device according to the present invention. Behind a lens-pills system 10 is a modulation device 12 with a modulation filter 15 in the focal plane. A detector device 13, which in turn is arranged behind the modulation device 12 , comprises a second lens pupil system 16 for focusing the modulated light beams and an imaging detector arrangement 17 of detector elements 19 .

Fig. 4b zeigt ausschnitthaft die Vorrichtung von Fig. 4a. Der Modulationsfilter 15 in der Fokusebene des Linsen-Pu­ pillen-Systems 10 umfaßt ortsspezifische Filterelemente 18. Die modulierten Lichtstrahlen werden durch die bildge­ gebende Detektoranordnung 17 von Detektorelementen 19 ge­ messen. Das Ausführungsbeispiel ist im Prinzip prototy­ pisch für alle Modulationen durch die Modulationseinrich­ tung 12. Die Berechnung der genauen Position eines Kan­ tenelements 21 um Strahlengang unmittelbar vor der Modula­ tionseinrichtung 12 wird wie folgt vorgenommen: Fig. 4b shows a detail of the device of Fig. 4a. The modulation filter 15 in the focal plane of the lens-pills system 10 includes location-specific filter elements 18th The modulated light beams are measured by the imaging detector array 17 of detector elements 19 . The embodiment is in principle prototypical for all modulations by the modulation device 12 . The calculation of the exact position of an edge element 21 around the beam path immediately in front of the modulation device 12 is carried out as follows:

Die Helligkeit Hi an einem Filterelement 18 sei null an dem Kantenelement 21 und ändere sich an den übrigen Filterele­ menten mit Koordinaten xi und yi des Urbildes 20 eines De­ tektorelementes 19 wie folgtThe brightness H i on a filter element 18 be zero on the edge element 21 and change on the other filter elements with coordinates x i and y i of the original image 20 of a detector element 19 as follows

Hi = yi-mxi-b (1)H i = y i -mx i -b (1)

Die Filterelemente 18 seien entweder durchlässig, Fi = 1, oder undurchlässig für die x-Polarisationsrichtung, Fi = 0. Die Fi seien randomisiert gewählt. In der Detektoreinrich­ tung 13 wird sowohl die Helligkeit Hj = Σi ε Ij Hi als auch die Helligkeit Hj p = Σi ε Ij FiHi hinter einem Polarisations­ filter (nicht gezeigt), der für die y-Richtung undurchläs­ sig ist, gemessen. Durch Einsetzen von Gl. (1) erhält manThe filter elements 18 are either permeable, F i = 1, or impermeable to the x-polarization direction, F i = 0. The F i are chosen randomly. In the Detektoreinrich device 13 , both the brightness H j = Σ i ε Ij H i and the brightness H j p = Σ i ε Ij F i H i behind a polarization filter (not shown), which is opaque for the y-direction sig is measured. By inserting Eq. (1) one gets

wobei xi und yi konstruktionsgemäß bekannt sind und Hj gemessen ist, sowiewhere x i and y i are known by design and H j is measured, and

wobei Fi, xi und yi konstruktionsgemäß bekannt sind und Hj p gemessen ist. Insgesamt stellen die Gleichungen (2) und (3) ein lineares Gleichungssystem mit den zwei unbekannten Größen m und b dar, welches wegen der randomisierten Fil­ terelemente Fi linear unabhängig ist. Daher sind m und b und somit die Position des Kantenelementes (21) unmittel­ bar berechenbar.where F i , x i and y i are known by design and H j p is measured. Overall, equations (2) and (3) represent a linear system of equations with the two unknown quantities m and b, which is linearly independent due to the randomized filter elements F i . Therefore, m and b and thus the position of the edge element ( 21 ) can be calculated directly in cash.

Fig. 5 zeigt die Situation bei Verwendung eines gekrümmten 3D-Beugungsgitters in der x-y-Ebene einer Modulationsein­ richtung 12, bei dem die Gitterelemente, dargestellt durch lokale Koordinatensysteme, um einen zur x-Koordinate pro­ portionalen Azimutwinkel 32 sowie um einen zur y-Koordi­ nate proportionalen Polarwinkel 33 gedreht sind. Zu jedem lokalen Helligkeitsmaximum der nullten Beugungsordnung bestimmt man die zugehörigen gebeugten Lichtstrahlen an­ hand der durch die Bragg-Bedingung bestimmten Farbe. An­ hand der Lage der gebeugten Lichtstrahlen bestimmt man Azimutwinkel und Polarwinkel. Aus dem Azimutwinkel und dem Polarwinkel bestimmt man die x-Koordinate und die y-Koor­ dinate des Ursprungsortes in der Modulationseinrichtung 12 mit erhöhter Genauigkeit. Fig. 5 shows the situation when using a curved 3D diffraction grating in the xy plane of a Modulationsein direction 12 in which the grating elements represented by local coordinate systems, one for the x-coordinate per-proportional azimuth angle 32 and a to the y-Koordi nate proportional polar angle 33 are rotated. For each local maximum brightness of the zeroth diffraction order, the associated diffracted light beams are determined using the color determined by the Bragg condition. The position of the diffracted light rays is used to determine the azimuth and polar angles. The x coordinate and the y coordinate of the place of origin in the modulation device 12 are determined from the azimuth angle and the polar angle with increased accuracy.

Verwendet man ein in der x-y-Ebene der Modulationseinrich­ tung befindliches ungekrümmtes 3D-Beugungsgitter, so be­ stimmt man zu jedem lokalen Helligkeitsmaximum der nullten Beugungsordnung die zugehörigen gebeugten Lichtstrahlen anhand der durch die Bragg-Bedingung bestimmten Farbe. An­ hand der Lage der ungebeugten und gebeugten Lichtstrahlen bestimmt man die Position des Ursprungsortes in der Modu­ lationseinrichtung subpixelgenau aufgrund der Redundanz der Daten und mit Hilfe einer adäquaten Interpolationsfor­ mel.If one uses one in the x-y plane of the modulation device uncurved 3D diffraction grating, so be one agrees with every local brightness maximum of the zeroth Diffraction order the associated diffracted light rays based on the color determined by the Bragg condition. On hand the position of the undeflected and diffracted light rays one determines the position of the place of origin in the modu lationseinrichtung subpixel due to redundancy the data and with the help of an adequate interpolationfor mel.

Dabei ist die Durchführung der folgenden Schritte vorteil­ haft:It is advantageous to carry out the following steps detention:

Man verwendet als markantes Muster ein Kantenelement 21 und ein ungekrümmtes 3D-Beugungsgitter. Man bestimmt für ein Detektorelement 19 die resultierenden Beugungsmuster in einer Detektoranordnung 17 für alle Positionen und Ori­ entierungen eines Objekts 30 und der Detektorelemente 19 (s. Fig. 6) und speichere die Zuordnung der Position und Orientierung zu jedem Beugungsmuster. Wegen der Transla­ tionsinvarianz des ungekrümmten 3D-Beugungsgitters verwen­ de man diese Zuordnung für jedes Detektorelement 19. An edge element 21 and an uncurved 3D diffraction grating are used as a striking pattern. The resultant diffraction patterns are determined for a detector element 19 in a detector arrangement 17 for all positions and orientations of an object 30 and the detector elements 19 (see FIG. 6) and the assignment of the position and orientation to each diffraction pattern is stored. Because of the translational invariance of the uncurved 3D diffraction grating, this assignment is used for each detector element 19 .

Vorteilhafterweise wählt man die Muster oder markanten 3D-Merkmale im Hinblick auf eine gute Unterscheidbarkeit der resultierenden Signalmuster der Detektorelemente 19 hinreichend groß und unterschiedlich, so daß der aus der Theorie neuronaler Netzwerke bekannte crosstalk aufgrund der Gesetze großer Zahlen irrelevant wird. Ferner wählt man die Muster oder markanten Merkmale zu demselben Zweck relativ unterschiedlich, d. h. mit relativ geringem Über­ lapp im Sinne der Theorie neuronaler Netzwerke. Generell ermöglicht eine solche Anwendung von neuronalen Netzwerken die Erkennung von Relationen zwischen räumlichen und/oder zeitlichen Objektparametern von stationären und/oder be­ wegten 3D-Merkmalen und den resultierenden Signalmustern der Detektorelemente 19, dies gilt besonders bei Verwen­ dung von Perzeptron-Lernalgorithmen und Neuronen mit eini­ gen multilinearen Kopplungen, d. h. mit Kopplungen zwi­ schen zwei, drei, vier etc. Neuronen. Insbesondere können diese Relationen durch das Netzwerk gelernt werden, auch wenn für diese Relationen keine klassischen Berechnungs­ vorschriften und/oder -algorithmen entwickelt sind. Bei komplizierten Lernaufgaben zu den hier auftretenden Zuord­ nungen ist ein Perzeptron-Lernalgorithmus mit Kopplungen zwischen einer Maximalzahl von Neuronen, welche an die Kompliziertheit der Lernaufgabe angepaßt ist, und für wel­ chen ein für die Lernaufgabe gültiger Konvergenzbeweis vorliegt, zu verwenden. Solche Lernalgorithmen und Konver­ genzbeweise findet man in dem von Carmesin Anfang 1996 erscheinenden Buch "Neuronal Adaptation Theory".Advantageously, the patterns or distinctive 3D features are chosen with regard to a good differentiation of the resulting signal pattern of the detector elements 19 sufficiently large and different, so that the crosstalk known from the theory of neural networks becomes irrelevant due to the laws of large numbers. Furthermore, the patterns or distinctive features are chosen relatively differently for the same purpose, ie with relatively little overlap in the sense of the theory of neural networks. In general, such an application of neural networks enables the detection of relations between spatial and / or temporal object parameters of stationary and / or moving 3D features and the resulting signal patterns of the detector elements 19 , this applies particularly when using perceptron learning algorithms and neurons some multilinear couplings, ie with couplings between two, three, four etc. neurons. In particular, these relations can be learned through the network, even if no classic calculation rules and / or algorithms have been developed for these relations. In the case of complicated learning tasks for the assignments occurring here, a perceptron learning algorithm with couplings between a maximum number of neurons, which is adapted to the complexity of the learning task and for which there is a convergence proof valid for the learning task, is to be used. Such learning algorithms and convergence evidence can be found in the book "Neuronal Adaptation Theory" published by Carmesin in early 1996.

Im Hinblick- auf die immer begrenzte Speicherkapazität von neuronalen Netzwerken definiert man zunächst nur die wich­ tigsten markanten Merkmale und Muster und speichert die zugehörigen Zuordnungen in das Netzwerk. Beim Speichern weiterer Zuordnungen von weiteren markanten Merkmalen und/oder Mustern prüft man stets die Güte der Wiedererken­ nung; läßt diese nach, so ist die Speicherkapazität ver­ mutlich erreicht. Man verwendet dann ein Netzwerk mit mehr Neuronen.In view of the always limited storage capacity of neural networks are initially only defined as important  most distinctive features and patterns and stores the associated assignments in the network. Whilst saving further assignments of further distinctive features and / or samples you always check the quality of the recognition nung; if this decreases, the storage capacity is ver probably achieved. You then use a network with more Neurons.

Die in der vorangehenden Beschreibung, in der Zeichnung sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebigen Kombinationen für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiede­ nen Ausführungsformen wesentlich sein.The one in the previous description, in the drawing as well as features of the invention disclosed in the claims can be used individually or in any combination for the realization of the invention in its various NEN embodiments may be essential.

BezugszeichenlisteReference list

10 Linsen-Pupillen-System
11 Lichtstrahl
12 Modulationseinrichtung
13 Detektoreinrichtung
14 Ursprungsort eines Lichtstrahles in der Modulationseinrichtung
15 Modulationsfilter
16 zweites Linsen-Pupillen-System
17 bildgebende Detektorenanordnung
18 Filterelement bzw. Bildelement
19 Detektorelement
20 Urbild eines Detektorelementes
21 Kantenelement
22 Einrichtung zur ortsspezifischen Umlenkung
23 Umlenkelement
24, 25 Lichtstrahlen, die nicht umgelenkt sind
26, 27 Lichtstrahlen, die umgelenkt sind
28 Airy-Disk-Durchmesser
29 Distanz zwischen Modulationseinrichtung und Detektoreinrichtung
30 Objekt
32 Azimutwinkel
33 Polarwinkel
10 lens-pupil system
11 light beam
12 modulation device
13 detector device
14 Place of origin of a light beam in the modulation device
15 modulation filters
16 second lens-pupil system
17 imaging detector arrangement
18 filter element or image element
19 detector element
20 archetype of a detector element
21 edge element
22 Device for site-specific diversion
23 deflection element
24 , 25 light rays that are not deflected
26 , 27 light rays that are deflected
28 Airy disk diameters
29 Distance between modulation device and detector device
30 object
32 azimuth angle
33 polar angles

Claims (61)

1. Verfahren und Vorrichtung zur genauen Bestimmung von räumlichen und/oder zeitlichen Abständen im fokussier­ ten Bild eines Linsen-Pupillen-Systemes und/oder von räum­ lichen und/oder zeitlichen Objektparametern, wie z. B. Geschwindigkeit oder Tiefe, insbesondere zum Zweck der genauen und intelligenten Steuerung von Automaten, das den folgenden Schritt umfaßt:
  • (a) Fokussierung der einfallenden elektromagnetischen Strahlen durch ein Linsen-Pupillen-System (10),
1. The method and apparatus for the precise determination of spatial and / or temporal distances in the focussed image of a lens-pupil system and / or of spatial and / or temporal object parameters, such as. B. speed or depth, in particular for the purpose of precise and intelligent control of machines, which comprises the following step:
  • (a) focusing the incident electromagnetic rays by means of a lens-pupil system ( 10 ),
gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:
  • (b) Ortsspezifische Modulation der Ausbreitungsrichtung und/oder Intensität und/oder Wellenlänge und/oder Polarisation und/oder der zeitlichen Modulations­ frequenz der elektromagnetischen Strahlen (11) durch eine Modulationseinrichtung (12) hinter dem Linsen- Pupillen-System (10) in oder nahe bei der Fokusebene des Linsen-Pupillen-Systems (10).
  • (c) Erfassung der modulierten elektromagnetischen Strahlen durch eine Detektoreinrichtung (13), welche sich hinter der Modulationseinrichtung (12) befindet.
  • (d) Berechnung der räumlichen und/oder zeitlichen Abstände (14) der elektromagnetischen Strahlen in der Modulations­ einrichtung (12) durch Bestimmung der Modulation und/oder Berechnung räumlicher und/oder zeitlicher Objektparameter.
characterized by the following steps:
  • (b) Location-specific modulation of the direction of propagation and / or intensity and / or wavelength and / or polarization and / or the temporal modulation frequency of the electromagnetic rays ( 11 ) by a modulation device ( 12 ) behind the lens-pupil system ( 10 ) in or close to the focal plane of the lens-pupil system ( 10 ).
  • (c) Detection of the modulated electromagnetic rays by a detector device ( 13 ) which is located behind the modulation device ( 12 ).
  • (d) Calculation of the spatial and / or temporal distances ( 14 ) of the electromagnetic rays in the modulation device ( 12 ) by determining the modulation and / or calculation of spatial and / or temporal object parameters.
2. Verfahren nach Anspruch 1, das die folgenden Schritte umfaßt:2. The method of claim 1, comprising the following steps includes: (b-1) Ortsspezifische Modulation der elektromagnetischen Strahlen durch eine Modulationseinrichtung (12) mit einem Modulationsfilter (15) in der Fokusebene des Linsen-Pupil­ len-Systems (10), welcher einen einfallenden elektromagne­ tischen Strahl durch ortsspezifische, mit i indizierte Filterelemente (18) moduliert, wobei die Filterelemente (18) relativ abwechslungsreich im Hinblick auf die Lösbar­ keit von Gleichungssystemen zur Durchführung von Schritt (d) modulierend bzw. nicht modulierend gewählt sind. (b-1) Location-specific modulation of the electromagnetic rays by a modulation device ( 12 ) with a modulation filter ( 15 ) in the focal plane of the lens-pupil system ( 10 ), which an incident electromagnetic beam by location-specific, with i-indexed filter elements ( 18 ) modulated, the filter elements ( 18 ) being selected to be relatively varied with regard to the solvability of equation systems for performing step (d) modulating or non-modulating. (c-1) Fokussierung innerhalb der Detektoreinrichtung (13) durch ein zweites Linsen-Pupillen-System (16).(c-1) focusing within the detector device ( 13 ) by a second lens-pupil system ( 16 ). (c-2) Messung der modulierten elektromagnetischen Strahlen in der Fokusebene der Detektoreinrichtung (13) durch eine bildgebende Detektorenanordnung (17) von mit j indizierten Detektorelementen (19), in welche die Filterelemente (18) mit Index i aus einer zugehörigen Indexmenge Ij projiziert werden.(c-2) Measurement of the modulated electromagnetic beams in the focal plane of the detector device ( 13 ) by an imaging detector arrangement ( 17 ) of detector elements ( 19 ) indexed with j, into which the filter elements ( 18 ) with index i from an associated index set I j be projected. (d-1) Berechnung der genauen Position einer durch Parame­ ter bestimmten Intensitätsverteilung im Strahlengang un­ mittelbar vor der Modulationseinrichtung (12) im Urbild (20) eines j-ten Detektorelementes (19) aus den Messungen im j-ten Detektorelement (19), wobei die Berechnung so ausgeführt wird, daß die Zahl der Meßergebnisse die Zahl der zu bestimmenden Parameter aufgrund der Modulationsmes­ sungen übersteigt und ein möglichst unabhängiges Gleichungssystem auftritt.(d-1) calculation of the exact position of an intensity distribution in the beam path determined by parameters immediately before the modulation device ( 12 ) in the original image ( 20 ) of a j-th detector element ( 19 ) from the measurements in the j-th detector element ( 19 ), the calculation being carried out in such a way that the number of measurement results exceeds the number of parameters to be determined on the basis of the modulation measurements and an independent system of equations occurs. 3. Verfahren nach Anspruch 2, das den folgenden Schritt umfaßt:3. The method of claim 2, comprising the following step includes: (d-1-1) Durchführung der Berechnung an einem Kantenelement (21) parametrisiert durch Steigung m und y-Achsenabschnitt b in der x-y-Ebene der Modulationseinrichtung (12) gemäß y = mx+b.(d-1-1) Carrying out the calculation on an edge element ( 21 ) parameterized by slope m and y intercept b in the xy plane of the modulation device ( 12 ) according to y = mx + b. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 oder 3, gekenn­ zeichnet durch die Verwendung von j-ten Detektorelementen (19) zusammen mit benachbarten Detektorelementen (19). 4. The method according to any one of claims 2 or 3, characterized by the use of j-th detector elements ( 19 ) together with adjacent detector elements ( 19 ). 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 2-4, gekennzeichnet durch die Verwendung linear wirkender Filterelemente (18).5. The method according to any one of claims 2-4, characterized by the use of linear filter elements ( 18 ). 6. Verfahren nach Anspruch 1, das die folgenden Schritte umfaßt:6. The method of claim 1, comprising the following steps includes: (b-1) Ortsspezifische Modulation durch eine Modulations­ einrichtung (12) in Form einer Einrichtung zur ortsspezi­ fischen Umlenkung (22) mit Umlenkelementen (23) und ggfs. auch zur Modulation von Intensität, Wellenlänge, Polarisa­ tion und Modulationsfrequenz von elektromagnetischen Strahlen in oder nahe bei der Fokusebene des Linsen-Pupil­ len-Systems (10).(b-1) Site-specific modulation by a modulation device ( 12 ) in the form of a device for location-specific deflection ( 22 ) with deflection elements ( 23 ) and possibly also for modulating the intensity, wavelength, polarization and modulation frequency of electromagnetic rays in or close to the focal plane of the lens-pupil system ( 10 ). (d-1) Berechnung des Ursprungsortes (14) eines betrachte­ ten elektromagnetischen Strahles in der Modulationsein­ richtung (12) anhand der in Detektorelementen (19) erfaß­ ten Signale, und der daraus resultierenden räumlichen und/oder zeitlichen Abstände im fokussierten Bild des Lin­ sen-Pupillen-Systemes (10) und/oder räumlichen und/oder zeitlichen Objektparameter.(d-1) Calculation of the origin ( 14 ) of a considered electromagnetic beam in the modulation device ( 12 ) on the basis of the signals detected in detector elements ( 19 ), and the resulting spatial and / or temporal distances in the focused image of the lens Pupil system ( 10 ) and / or spatial and / or temporal object parameters. 7. Verfahren nach Anspruch 1, das die folgenden Schritte umfaßt:7. The method of claim 1, comprising the following steps includes: (b-1) Ortsspezifische Modulation der elektromagnetischen Strahlen durch eine Modulationseinrichtung (12) in Form eines gekrümmten 3D-Beugungsgitters in oder nahe bei der Fokusebene des Linsen-Pupillen-Systems (10), wobei die gebeugten Strahlen entsprechend der Reflexion an geneig­ ten Netzebenen des gekrümmten 3D-Beugungsgitters orien­ tiert und/oder entsprechend den Gitteraperturbedingungen in ihrer Intensität moduliert und/oder entsprechend der Bragg-Bedingung in der Wellenlänge moduliert und/oder ent­ sprechend den Anisotropien des Beugungsgitters polarisiert und/oder entsprechend einer möglichen aufgeprägten zeitli­ chen Schwingung zeitlich moduliert sind, wobei die orts­ spezifische Krümmung und die anderen Beugungsgittereigen­ schaften im Hinblick auf die ortsspezifische Modulierung im Hinblick auf die Lösbarkeit von Gleichungssystemen zur Durchführung von Schritt (d) hinreichend abwechslungsreich sind.(b-1) Location-specific modulation of the electromagnetic rays by a modulation device ( 12 ) in the form of a curved 3D diffraction grating in or near the focal plane of the lens-pupil system ( 10 ), the diffracted rays corresponding to the reflection on inclined network planes of the curved 3D diffraction grating oriented and / or modulated in intensity according to the grating aperture conditions and / or modulated in wavelength according to the Bragg condition and / or polarized in accordance with the anisotropies of the diffraction grating and / or temporally according to a possible impressed temporal vibration are modulated, the location-specific curvature and the other diffraction grating properties with regard to the location-specific modulation with regard to the solvability of equation systems for carrying out step (d) being sufficiently varied. (d-1) Berechnung des Ursprungsortes (14) eines betrachte­ ten elektromagnetischen Strahles in der Modulationsein­ richtung (12) anhand der in Detektorelementen (19) erfaß­ ten Signale und der daraus resultierenden räumlichen und/ oder zeitlichen Abstände im fokussierten Bild des Linsen- Pupillen-Systemes (10) und/oder räumlichen und/oder zeit­ lichen Objektparameter.(d-1) Calculation of the origin ( 14 ) of a considered electromagnetic beam in the modulation device ( 12 ) on the basis of the signals detected in detector elements ( 19 ) and the resulting spatial and / or temporal distances in the focused image of the lens pupils -System ( 10 ) and / or spatial and / or temporal object parameters. 8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1, 6 oder 7, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:8. The method according to any one of claims 1, 6 or 7, characterized by the following steps: (c′) Unterscheidung der in ein Detektorelement (19) ein­ laufenden elektromagnetischen Strahlen in solche, die aus einer 0. Beugungsordnung (24 und 25), und solche, die aus einer höheren Beugungsordnung (26 und 27) stammen, anhand der spezifischen Wellenlänge der gebeugten elektromagneti­ schen Strahlen gemäß der Bragg-Bedingung und/oder mit Hil­ fe richtungsspezifischer Detektorelemente (19). (c ') Differentiation of the electromagnetic rays running into a detector element ( 19 ) into those that come from a 0 diffraction order ( 24 and 25 ) and those that come from a higher diffraction order ( 26 and 27 ), based on the specific wavelength the diffracted electromagnetic rays according to the Bragg condition and / or with the help of direction-specific detector elements ( 19 ). (d′) Berechnung des Ursprungsortes (14) eines betrachteten elektromagnetischen Strahles in der Modulationseinrichtung (12) anhand der in Detektorelementen (19) erfaßten Signa­ le, und der daraus resultierenden räumlichen und/oder zeitlichen Abstände im fokussierten Bild des Linsen-Pupil­ len-Systemes (10) und/oder räumlichen und/oder zeitlichen Objektparameter.(d ′) calculation of the origin ( 14 ) of an electromagnetic beam under consideration in the modulation device ( 12 ) on the basis of the signals detected in detector elements ( 19 ) and the resulting spatial and / or temporal distances in the focused image of the lens pupil. Systemes ( 10 ) and / or spatial and / or temporal object parameters. 9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1, 6, 7 oder 8, das die folgenden Schritte umfaßt:9. The method according to any one of claims 1, 6, 7 or 8, which includes the following steps: (c′′) Anwendung eines zeitlichen Hochpaßfilters auf die durch ein Detektorelement (19) erfaßten Signale, wobei die durchgelassenen Frequenzen so adaptiv einzustellen sind, daß die bei Bildfolgen auftretende deutlich erhöhte seit­ liche Geschwindigkeit der höheren Beugungsordnungen erfaßt wird, und somit Unterscheidung der in ein Detektorelement (19) einlaufenden elektromagnetischen Strahlen in solche, die nicht umgelenkt sind (24 und 25) bzw. aus einer 0. Beugungsordnung stammen, und solche, die umgelenkt sind (26 und 27) bzw. aus einer höheren Beugungsordnung stammen.(C '') application of a temporal high-pass filter to the signals detected by a detector element ( 19 ), the frequencies passed are to be set so adaptively that the significantly increased speed of the higher diffraction orders occurring in image sequences is detected, and thus differentiation in a detector element ( 19 ) incoming electromagnetic radiation into those that are not deflected ( 24 and 25 ) or come from a 0th diffraction order, and those that are deflected ( 26 and 27 ) or come from a higher diffraction order. (d′′) Berechnung des Ursprungsortes (14) eines betrachte­ ten elektromagnetischen Strahles in der Modulationsein­ richtung (12) anhand der in Detektorelementen (19) erfaß­ ten Signale, und der daraus resultierenden räumlichen und/oder zeitlichen Abstände im fokussierten Bild des Lin­ sen-Pupillen-Systemes (10) und/oder räumlichen und/oder zeitlichen Objektparameter. (d '') Calculation of the origin ( 14 ) of a considered electromagnetic beam in the modulation device ( 12 ) on the basis of the signals detected in detector elements ( 19 ), and the resulting spatial and / or temporal distances in the focused image of the lens Pupil system ( 10 ) and / or spatial and / or temporal object parameters. 10. Verfahren nach Anspruch 1, das die folgenden Schritte umfaßt:10. The method of claim 1, comprising the following steps includes: (b-1) Ortsspezifische Modulation der elektromagnetischen Strahlen durch eine Modulationseinrichtung (12) in Form eines ungekrümmten 3D-Beugungsgitters in oder nahe bei der Fokusebene des Linsen-Pupillen-Systems (10), wobei die gebeugten Strahlen entsprechend der Reflexion an geneig­ ten Netzebenen des ungekrümmten 3D-Beugungsgitters orien­ tiert und/oder entsprechend den Gitteraperturbedingungen in ihrer Intensität moduliert und/oder entsprechend der Bragg-Bedingung in der Wellenlänge moduliert und/oder ent­ sprechend den Anisotropien des Beugungsgitters polarisiert und/oder entsprechend einer möglichen aufgeprägten zeitli­ chen Schwingung zeitlich moduliert sind, wobei die Beu­ gungsgittereigenschaften im Hinblick auf die ortsspezifi­ sche Modulierung im Hinblick auf die Lösbarkeit von Glei­ chungssystemen zur Durchführung von Schritt (d) hinrei­ chend abwechslungsreich sind.(b-1) Site-specific modulation of the electromagnetic rays by a modulation device ( 12 ) in the form of an uncurved 3D diffraction grating in or near the focal plane of the lens-pupil system ( 10 ), the diffracted rays corresponding to the reflection on inclined network planes of the uncurved 3D diffraction grating oriented and / or modulated in intensity according to the grating aperture conditions and / or modulated in wavelength in accordance with the Bragg condition and / or polarized in accordance with the anisotropies of the diffraction grating and / or temporally according to a possible impressed temporal vibration are modulated, the diffraction grating properties with regard to the site-specific modulation with regard to the solvability of equation systems for carrying out step (d) being sufficiently varied. (d-1) Berechnung des Ursprungsortes (14) eines betrachte­ ten elektromagnetischen Strahles in der Modulationsein­ richtung (12) anhand der in Detektorelementen (19) erfaß­ ten Signale und der daraus resultierenden räumlichen und/oder zeitlichen Abstände im fokussierten Bild des Linsen-Pu­ pillen-Systemes (10) und/oder räumlichen und/oder zeit­ lichen Objektparameter.(d-1) Calculation of the origin ( 14 ) of a considered electromagnetic beam in the modulation device ( 12 ) on the basis of the signals detected in detector elements ( 19 ) and the resulting spatial and / or temporal distances in the focused image of the lens pu pills system ( 10 ) and / or spatial and / or temporal object parameters. 11. Verfahren nach einem der Ansprüche 7-10, gekennzeich­ net durch die Durchführung der Schritte (c) und (d) im Fraunhoferschen Fernfeld. 11. The method according to any one of claims 7-10, characterized net by performing steps (c) and (d) in Fraunhofer Fernfeld.   12. Verfahren nach einem der Ansprüche 7-11, gekennzeich­ net durch die Durchführung der Schritte (c) und (d) in Talbot- oder Fresnel-Ebenen im Nahfeld des 3D-Beugungs­ gitters.12. The method according to any one of claims 7-11, characterized net by performing steps (c) and (d) in Talbot or Fresnel planes in the near field of 3D diffraction lattice. 13. Verfahren nach Anspruch 12, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:
  • - Registrierung der Tiefenlage des Fokus in Talbot- und/oder Fresnel-Ebenen im Nahfeld hinter einem 3D-Beugungs­ gitter mit einem tiefenempfindlichen Detektorelement (19).
  • - Berechnung der Differenz zwischen zwei benachbarten Ent­ fernungen von Objekten (30).
13. The method according to claim 12, characterized by the following steps:
  • - Registration of the depth of focus in Talbot and / or Fresnel planes in the near field behind a 3D diffraction grating with a depth-sensitive detector element ( 19 ).
  • - Calculation of the difference between two adjacent distances from objects ( 30 ).
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-13, das die fol­ genden Schritte umfaßt:14. The method according to any one of claims 1-13, the fol steps include: (a′-1) Vorab Festlegen von markanten 3D-Merkmalen oder Mustern in Form von Bildelementen, zusammen mit einem aus­ gezeichneten Positionsbildelement als Ursprung eines lo­ kalen Koordinatensystems für jedes Muster bzw. für jedes 3D-Merkmal.(a′-1) Preliminary definition of distinctive 3D features or Patterns in the form of picture elements, together with one drawn position picture element as the origin of a lo cal coordinate system for each pattern or for each 3D feature. (a′-2) Durchführung einer sogenannten Lernphase, wobei jedes 3D-Merkmal in jede 3D-Position und 3D-Orientierung gebracht wird, bzw. jedes Muster in jede Position und Ori­ entierung gebracht wird,
sodann das Detektorelement (19) j bestimmt wird, auf wel­ ches das Positionsbildelement projiziert wird,
nachfolgend das zugehörige Signalmuster, einschließlich Signalmuster der Modulationen, der Detektorelemente (19) in der Umgebung des j-ten Detektorelementes (19) bestimmt wird,
und anschließend die Zuordnung von j-tem Detektorelement (19) mitsamt Signalmuster der umgebenden Detektorelemente (19) zu Muster bzw. 3D-Merkmal, Position des Positions­ bildelementes und Orientierung in ein assoziatives neuro­ nales Netzwerk eingespeichert wird.
(a′-2) carrying out a so-called learning phase, each 3D feature being brought into every 3D position and 3D orientation, or every pattern being brought into every position and orientation,
then the detector element ( 19 ) j is determined, onto which the position picture element is projected,
subsequently the associated signal pattern, including signal pattern of the modulations, of the detector elements ( 19 ) in the vicinity of the j-th detector element ( 19 ) is determined,
and then the assignment of the j-th detector element ( 19 ) together with the signal pattern of the surrounding detector elements ( 19 ) to the pattern or 3D feature, position of the position image element and orientation is stored in an associative neuronal network.
(a′-3) Anwendung der gelernten und gespeicherten Zuordnung auf das gemessene j-te Detektorelement (19) mit­ samt Signalmuster der umgebenden Detektorelemente (19) zu Muster bzw. 3D-Merkmal, Position des Positionsbildelemen­ tes und Orientierung durch ein assoziatives neuronales Netzwerk.(a'-3) application of the learned and stored assignment to the measured j-th detector element ( 19 ) with the signal pattern of the surrounding detector elements ( 19 ) to pattern or 3D feature, position of the position picture element and orientation by an associative neural network . 15. Verfahren nach Anspruch 14, gekennzeichnet durch die Verwendung von Mustern in Form von Bildelementen basierend auf Intensitätsmustern in der Fokusebene des Linsen-Pupil­ len-Systems (10) und/oder Bewegungsmustern und/oder Fre­ quenzmustern und/oder Farb- bzw. Wellenlängenmustern und/oder Polarisationsmustern und/oder Intensitätsmaxima und/oder 3D-Formen.15. The method according to claim 14, characterized by the use of patterns in the form of picture elements based on intensity patterns in the focal plane of the lens-pupil len system ( 10 ) and / or movement patterns and / or frequency patterns and / or color or wavelength patterns and / or polarization patterns and / or intensity maxima and / or 3D shapes. 16. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 oder 15, gekennzeichnet durch die Verwendung von neuronalen Netz­ werken, die mit Hilfe der Hopfield-Regel oder einer Per­ zeptron-Lernregel oder einer Back-Propagation-Lernregel lernen und die Kopplungen zwischen zwei Neuronen und/oder Kopplungen zwischen drei Neuronen und/oder Kopplungen zwi­ schen vier Neuronen und/oder Kopplungen zwischen einer Maximalzahl von Neuronen, welche an die Komplexität der Signalmuster angepaßt ist, und die bei komplizierten Lern­ aufgaben einen Perzeptron-Lernalgorithmus zusammen mit Kopplungen mit einer Maximalzahl von Neuronen, welche an die Komplexität der Signalmuster angepaßt ist, enthalten, so daß eine Lösung der Lernaufgabe entsprechend einem Kon­ vergenzbeweis sichergestellt ist.16. The method according to any one of claims 14 or 15, characterized by the use of neural network works that use the Hopfield rule or a Per zeptron learning rule or a back propagation learning rule learn and the couplings between two neurons and / or  Couplings between three neurons and / or couplings between four neurons and / or couplings between one Maximum number of neurons that depend on the complexity of the Signal pattern is adapted, and that with complicated learning tasked a perceptron learning algorithm together with Couplings with a maximum number of neurons, which on the complexity of the signal pattern is adjusted, so that a solution of the learning task according to a Kon evidence of vergence is ensured. 17. Verfahren nach einem der Ansprüche 14-16, gekennzeichnet durch den folgenden Schritt:17. The method according to any one of claims 14-16, characterized by the following step: (a′-2-1) Speicherung der Zuordnung durch einen elektroni­ schen oder optischen Speicher.(a'-2-1) Storage of the assignment by an electronic or optical storage. 18. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-17, gekennzeichnet durch die Ausführung der Berechnungsschrit­ te und/oder neuronalen Netzwerke vor oder nach der Detek­ torebene durch einen korrelatoroptischen Aufbau.18. The method according to any one of claims 1-17, characterized by the execution of the calculation step te and / or neural networks before or after the detection gate level through a correlator-optical structure. 19. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1-18 mit einem Linsen-Pupillen-System (10) zur Abbildung einer Szene und einer dahinter im Abbil­ dungsstrahlengang befindlichen Detektoreinrichtung (13), gekennzeichnet durch eine Modulationseinrichtung (12) zur ortsspezifischen Modulation der Ausbreitungsrichtung und/oder Intensität und/oder Wellenlänge und/oder Polarisation und/oder Modulationsfrequenz der elektromagnetischen Strahlen, die sich hinter dem Linsen-Pupillen-System (10) in oder nahe bei der Fokusebene des Linsen-Pupillen-System (10) befindet.19. Device for performing the method according to one of claims 1-18 with a lens-pupil system ( 10 ) for imaging a scene and a detector beam ( 13 ) located behind it in the imaging beam path, characterized by a modulation device ( 12 ) for location-specific modulation the direction of propagation and / or intensity and / or wavelength and / or polarization and / or modulation frequency of the electromagnetic rays, which is located behind the lens-pupil system ( 10 ) in or near the focal plane of the lens-pupil system ( 10 ) . 20. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Modulationseinrichtung (12) einen Modulationsfil­ ter (15) in der Fokusebene des Linsen-Pupillen-Systems umfaßt, welcher Umlenkelemente (23) in Form von Spiegel­ elementen enthält.20. The apparatus according to claim 19, characterized in that the modulation device ( 12 ) comprises a Modulationsfil ter ( 15 ) in the focal plane of the lens-pupil system, which contains deflection elements ( 23 ) in the form of mirror elements. 21. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Modulationseinrichtung (12) ein gekrümmtes 3D-Beu­ gungsgitter umfaßt, das einfallende elektromagnetische Strahlen in gebeugte elektromagnetische Strahlen umsetzt, wobei die gebeugten Strahlen entsprechend der Reflexion an geneigten Netzebenen des gekrümmten 3D-Beugungsgitters orientiert und/oder entsprechend den Gitteraperturbedin­ gungen in ihrer Intensität moduliert und/oder entsprechend der Bragg-Bedingung in der Wellenlänge moduliert und/oder entsprechend den Anisotropien des Beugungsgitters polari­ siert und/oder entsprechend einer möglichen aufgeprägten zeitlichen Schwingung zeitlich moduliert sind.21. The apparatus according to claim 19, characterized in that the modulation device ( 12 ) comprises a curved 3D diffraction grating which converts incident electromagnetic rays into diffracted electromagnetic beams, the diffracted beams being oriented in accordance with the reflection on inclined network planes of the curved 3D diffraction grating and / or in accordance with the lattice aperture conditions modulated in their intensity and / or in accordance with the Bragg condition in the wavelength modulated and / or polarized in accordance with the anisotropies of the diffraction grating and / or modulated in time in accordance with a possible impressed temporal oscillation. 22. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Modulationseinrichtung (12) ein ungekrümmtes 3D-Beugungsgitter umfaßt, wobei die gebeugten Strahlen entsprechend der Reflexion an geneigten Netzebenen des gekrümmten 3D-Beugungsgitters orientiert und/oder entspre­ chend den Gitteraperturbedingungen in ihrer Intensität mo­ duliert und/oder entsprechend der Bragg-Bedingung in der Wellenlänge moduliert und/oder entsprechend den Anisotro­ pien des Beugungsgitters polarisiert und/oder entsprechend einer möglichen aufgeprägten zeitlichen Schwingung zeit­ lich moduliert sind.22. The apparatus according to claim 19, characterized in that the modulation device ( 12 ) comprises an uncurved 3D diffraction grating, wherein the diffracted rays are oriented according to the reflection on inclined network planes of the curved 3D diffraction grating and / or accordingly the grating aperture conditions in their intensity mo dulated and / or modulated in the wavelength according to the Bragg condition and / or polarized according to the anisotropy of the diffraction grating and / or modulated in time according to a possible impressed temporal oscillation. 23. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 21 oder 22, da­ durch gekennzeichnet, daß das 3D-Beugungsgitter eines der 231 möglichen periodischen 3D-Kristallgitter darstellt.23. Device according to one of claims 21 or 22, there characterized in that the 3D diffraction grating is one of the Represents 231 possible periodic 3D crystal lattice. 24. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 21 oder 22, da­ durch gekennzeichnet, daß das 3D-Beugungsgitter nicht pe­ riodisch ist.24. Device according to one of claims 21 or 22, there characterized in that the 3D diffraction grating is not pe is periodic. 25. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 21-24, dadurch gekennzeichnet, daß das 3D-Beugungsgitter mehrere Schich­ ten von 2D-Gittern umfaßt.25. The device according to any one of claims 21-24, characterized characterized in that the 3D diffraction grating several layers 2D grids. 26. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 21-24, dadurch gekennzeichnet, daß das 3D-Beugungsgitter akustooptische Zellen umfaßt.26. Device according to one of claims 21-24, characterized characterized that the 3D diffraction grating acousto-optical Cells includes. 27. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 21-24, dadurch gekennzeichnet, daß das 3D-Beugungsgitter Wignerkristalle umfaßt.27. The device according to any one of claims 21-24, characterized characterized in that the 3D diffraction grating Wigner crystals includes. 28. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 21-25, dadurch gekennzeichnet, daß das 3D-Beugungsgitter Polymerlatices umfaßt.28. The device according to any one of claims 21-25, characterized characterized in that the 3D diffraction grating polymer latices includes. 29. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 21-25, dadurch gekennzeichnet, daß das 3D-Beugungsgitter holographisch hergestellte Schichten umfaßt. 29. Device according to one of claims 21-25, characterized characterized in that the 3D diffraction grating is holographic produced layers comprises.   30. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 19-29, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektoreinrichtung (13) spektrale Empfindlichkeit aufweist.30. Device according to one of claims 19-29, characterized in that the detector device ( 13 ) has spectral sensitivity. 31. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 19-30, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektoreinrichtung (13) Rich­ tungsempfindlichkeit aufweist.31. Device according to one of claims 19-30, characterized in that the detector device ( 13 ) Rich direction sensitivity. 32. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 19-31, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektoreinrichtung (13) minde­ stens einen Polarisationsfilter enthält.32. Device according to one of claims 19-31, characterized in that the detector device ( 13 ) contains at least one polarization filter. 33. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 21-32, dadurch gekennzeichnet, daß im abbildenden optischen Strahlengang zusätzlich zu dem 3D-Beugungsgitter weitere Gitter ange­ bracht sind, welche den Kohärenzgrad steigern.33. Device according to one of claims 21-32, characterized characterized in that in the imaging optical beam path In addition to the 3D diffraction grating, additional gratings are added are brought, which increase the degree of coherence. 34. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 19-33, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektoreinrichtung (13) ein CCD-Array enthält.34. Device according to one of claims 19-33, characterized in that the detector device ( 13 ) contains a CCD array. 35. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 19-34, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektorelemente (19) Wellenleiter enthalten.35. Device according to one of claims 19-34, characterized in that the detector elements ( 19 ) contain waveguides. 36. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 19 bis 35, da­ durch gekennzeichnet, daß das Linsen-Pupillen-System (10) und die Modulationseinrichtung (12) für elektromagnetische Wellen, einschließlich Röntgenstrahlen, außerhalb des sichtbaren Lichtes ausgelegt sind. 36. Device according to one of claims 19 to 35, characterized in that the lens-pupil system ( 10 ) and the modulation device ( 12 ) are designed for electromagnetic waves, including X-rays, outside the visible light. 37. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 19 bis 36, da­ durch gekennzeichnet, daß die Modulationseinrichtung (12) trägerfrequent schwingt.37. Device according to one of claims 19 to 36, characterized in that the modulation device ( 12 ) vibrates carrier frequency. 38. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 19-37, gekenn­ zeichnet durch ein neuronales Netzwerk.38. Device according to one of claims 19-37, characterized characterized by a neural network. 39. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 19-38, gekenn­ zeichnet durch einen korrelatoroptischen Aufbau vor oder hinter der Detektorebene zur Durchführung der Verrechnungen.39. Device according to one of claims 19-38, characterized characterized by a correlator-optical structure or behind the detector level to perform the Offsets. 40. Vorrichtung nach Anspruch 39, dadurch gekennzeichnet, daß der korrelatoroptische Aufbau eine 4f-Optik umfaßt.40. Device according to claim 39, characterized in that the correlator-optical structure comprises 4f optics. 41. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 19-40, dadurch gekennzeichnet, daß in der Modulationseinrichtung (12) Filterelemente (18) und/oder Umlenkelemente (23) und/oder Gitterelemente mittels eines Zufallszahlengenera­ tors relativ abwechslungsreich angeordnet sind.41. Device according to one of claims 19-40, characterized in that in the modulation device ( 12 ) filter elements ( 18 ) and / or deflection elements ( 23 ) and / or grating elements are arranged in a relatively varied manner by means of a random number generator.
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