DE2125889A1

DE2125889A1 - Kohärent-optischer Vielkanal-Korrelator

Info

Publication number: DE2125889A1
Application number: DE19712125889
Authority: DE
Inventors: Horst Dr. 8000 München. P GOIk 5-50 Kiemle
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1971-05-25
Filing date: 1971-05-25
Publication date: 1972-11-30
Also published as: BE783971A; US3802762A; FR2138887A1; NL7206841A; LU65404A1; FR2138887B3; IT955789B

Description

Kohärent-optischer Vielkanal-Korrelator

Die vorliegende Erfindung betrifft einen kohärent-optischen Yielkanal-Korrelator, der aus einer kohärente Strahlung erzeugenden Lichtquelle zur Beleuchtung des zu untersuchenden Objekts, einem Fouriertransformationselement, mehreren Filterhologrammen, sowie optischen Sensoren besteht.

Zum Nachweis und zur Identifikation ein- oder zweidlmensionaler Signale, wie alphanumerischer Zeichen, Fingerabdrucke, geome- · tr is eher Figuren und Luftbilder, wurde bereits kohärentoptische Korrelation vorgeschlagen (siehe unsere ältere Anmeldung P 20 36 630.7). Man versteht darunter, daß das zu identifizierende Signal in eine Ortsfunktion umgewandelt wird, die*als Lichttransmissionsverteilung, beispielsweise als Diapositiv, dargestellt wird. Dieses Objekt wird mit kohärentem Licht durchstrahlt und die durchgehende Lichtvorteilimg, die Objektwelle, auf ein sog. Filterhologramm projiziert, das ein Vergleichssignal gespeichert enthält. Bei Identität der beiden Signale wird die Bezugswelle des Filterhologramms rekonstruiert und zur Anzeige benutzt.

Voraussetzung für eine derartige Korrelationsanalyse ist jedoch, daß das zu erkennende Signal und das im Filterhologramm gespeicherte Vergleichssignal die gleiche räumliche Orientierung haben, wie bei der Aufnahme des Filterholograrams.

Um eine Korrelationsanalyse unabhängig von Parallelverschiebungen des Objektes innerhalb des beleuchtenden Strahles zu ermöglichen, wird die vom Objekt ausgehende Lichtverteilung einer "Ouriertranaformation unterworfen.

Eine Fouriertransformation läßt £5ich beispielsweise durch

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fokussieren der Objektwelle mittels einer Sammellinse realisieren. Befindet sich dabei das Objekt in der einen Brennebene der Linse, so erhält man in der anderen Brennebene das amplituden- und phasenrichtige Fourierspektrum der Objektwelle.

Eür technische Anwendungen muß aber auch Invarianz gegenüber Drehungen des Objektes um die optische Achse, gegenüber unterschiedlichem Maßstab zwischen Eingangs- lind Tergleiehssignal, sowie gegenüber Variationen des Signals selbst (z.B. verschiedene Schriftarten bei Buchstaben) erreicht werden, damit Korrelationsvorgänge mit in der Praxis vorkoiHsaenden Signalen mit hoher Geschwindigkeit durchgeführt werden können.

Es ist bereits eine Anordnung bekannt (Optics Communications, Vol. 1 (4.1970), S. 454 - 456) bei der ein im Strahlengang nach dem zu untersuchenden Objekt aufgestelltes Hologramm eine Vielzahl von gleichen, aber rämalieh getrennten BiXU.-punkten erzeugt, die je auf ein Filterholograraia treifen. Die Herstellung eines solchen Holograenis erfordert jedoch einen erheblichen Aufwand.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen kohärent-optischen Vielkanal-Korrelator anzugeben, der ohne hohen zeitlichen oder apparativen Auf v/and die geforderte Invarianz aufweist,

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst_s daß das Fouriertransformatiönselement ein SasKselXInsenraster ist, das mehrere nicht zusammenfallende Brennpunkte aufweist.

Eine andere vorzugsweise Ausgestaltimg des Fouriertransformation; elementes besteht in einem Raster aus Fresnel—Zonsnlinson.

Die nicht zusammenfallenden Brennpunkte des Fouriertransformationselemenbes können vorzugsweise in einer aur optischen Achse senkrechten Ebene liegen.

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BAD ORIGINAL

Bei einer anderen vorzugsweisen Ausgestaltung des erfindungsgetaäßen kohärent-optischen Vielkanal-Korrelators liegen die nicht zusammenfallenden Brennpunkte des Fouriertransformationselementes in verschiedenen zur optischen Achse senkrechten Ebene.

Die verschiedenen PiIterholοgramme werden vorzugsweise in den Brennpunkten des Fouriertransformationselementes aufgestellt. Dabei können sowohl jedem Filterhologramm ein eigener optischer Sensor zugeordnet werden, als auch der Gesamtheit der Filterhologramme ein einziger optischer Sensor.

Die Umsetzung einer ebenen Objektwelle in mehrere konvergente ■ Kugclwellen mit nicht zusammenfallenden Brennpunkten ermöglicht die zeitsparende, gleichzeitige Verwendung vieler Filterhologrs^une, die in eben diesen Brennpunkten angebracht werden. Jedc3 Filterhologramm kann dabei einer unterschiedlichen Form oder Lage des zu identifizierenden Signales entsprechen.

Die Peststellung der im Falle einer vollständigen Korrelation von den Filterhologrammen rekonstruierten Bezugswellen ist besonders günstig, wenn die Bezugswellen konvergent sind. In den Brennpunkten der einzelnen Bezugswellen werden optische Sensoren angebracht, die durch das einfallende Licht ein zur Weiterverarbeitung geeignetes Signal abgeben. Jede einzelne Bezugswelle schafft also einen unabhängigen zweidimensionalen Parallelkanal.

Bei der Ausnutzung der Parallelkanäle sind viele verschiedene Kombinationen möglich. So besteht die Möglichkeit, ein zu erkennendes Zeichen in einer hinreichenden Zahl von Rotationslagen aufzunehmen. Dadurch wird eine Erkennung unabhängig von allen praktisch vorkommenden Lageparametern, ohne daß das Filterhologramm während eines einzelnen Korrelationsvorgangs um die optische Achse gedreht v/erden muß.

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Werden die Filterhologramme so bemessen, daß die rekonstruierten Bezugswellen denselben Brennpunkt haben, in dem der optische Sensor angeordnet ist, dann tritt der Korrelationsfleck für alle Rotationslagen an derselben Stelle auf und zeigt lediglich : die Anwesenheit des gesuchten Zeichens an. Werden die Filterhologramme dagegen so bemessen, daß die rekonstruierten Beaugswellen verschiedene Brennpunkte haben, so zeigt die Lage des Korrelationsflecks die Rotationslage des Signals an.

Bne andere Möglichkeit bei der Erkennung alphanumerischer Zeichen besteht darin, in jedem Filterhologramm eine andere Variante oder Schriftfomn des gleichen Zeichens unterzubringen. In diesem Fall werden die Bezugswellen sämtlicher Kanäle parallel gerichtet.

Kommen Verschiedenheiten von Form und Lage des zu erkennenden Signals nicht vor, dann können alle Bezugswellen auch parallel gerichtet werden. Dabei erreicht man eine Verbesserung des optischen Signal-Rausciiverhältnisses um einen Faktor, der gleich der Zahl η der Kanäle ist. Die Bezugswellen addieren sich dabei amplitudenmäßig und die Intensität im Korrelationsfleck ist η größer als beim Einkanalbetrieb.

Anhand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels soll die Erfindung noch näher erläutert werden.

Die Figur zeigt schematisch einen Vielkanal-Korrelator. Dabei bedeutet 1 eine geeignete Lichtquelle, beispielsweise einen Laser, der eine ebene, kohärente, monochromatische Welle aussendet, die ein Strahlaufweitungssystem 2 durchsetzt. Mit 3 ist ein Beugungegitter bezeichnet, das ein Beleuchtungsv/ellenvielfach erzeugt, und das ein im Korrelator zu erkennendes Objekt 4 derart beleuchtet, daß jeweils ein Strahl ein Element des Linnenrasters 5 ausleuchtet. Jedes Linsenelement erzeugt eine Fouriertransformierte. Die in

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den Brennebenen des Linsenrasters 5 angebrachten Filterhologramme 6 bilden ein dem Linsenraster entsprechendes Easter.

Die optischen Auswerteeinheit 8 kann Einzellinsen, Linsenraster, Hologramme und andere optische Bauelemente enthalten. Die im Falle der Korrelation rekonstruierten Bezugswellen 7 werden von der optischen Auswerteeinheit 8 in eine geeignete Form gebracht und erreichen dann die optischen Sensoren 9, die das optische Ergebnis in elektrische, für die Weiterverarbeitung geeignete Signale, umwandeln. Die optischen Sensoren können dabei parallel oder zeitlich aufeinanderfolgend abgefragt werden.

Die Brennpunkte der vom Linsenraster 5 ausgehenden, konvergenten Kugelwellen müssen dabei nicht notwendigerweise in einer zur optischen Achse senkrechten Ebene liegen, sie können genauso gut in verschiedenen zur optischen Achse senkrechten Ebenen liegen. Statt jedem Filterhologramin einen eigenen optischen Sensor zuzuordnen, ist es genauso gut möglich, für die Gesamtheit der Filterhologramme nur einen einsigen optischen Sensor zu verwenden.

Anstelle des in der Figur dargestellten Sammellinsenrasters kann genauso gut ein Raster aus Fresnel-Zonenlinsen verwendet werden.

7 Patentansprüche
1 Figur

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Claims

Patentansprüche

1J Kohärent-optischer Vielkanal-Korrelator, "bestehend aus einer kohärente Strahlung erzeugenden Lichtquelle zur Beleuchtung des zu untersuchenden Objekts, einem Fouriertransformationselement, mehreren Pilterhologranimen, sowie optischen Sensoren, dadurch gekennzeichnet , daß das louriertransformationselement ein Sammeln linsenraster ist.
2. Kohärent-optischer Tielkanal-Korrelator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das Fouriertransformationselement ein Fresnel-Zonenlinsenraster ist.
3. Kohärent-optischer Vielkanal-Korrelator nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet , daß die nicht zusammenfallenden Brennpunkte des Poux-iertransformationselementes in einer zur optischen Achse senkrechten Ebene liegen.
4· Kohärent-optischer Vielkanal-Korrelator nach einein der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet , daß die nicht zusammenfallenden Brennpunkte des Pouriertransformationselementes in verschiedenen zur optischen Achse senkrechten Ebenen liegen.
5. Kohärent-optischer Tielkanal-Korrelator nach einem (äer mehreren der Ansprüche 1 bis 4* dadurch gekennzeichnet , daß die Filterhologranune in den Brennpunkten des Fouriertransformationselementes angebracht sind.
6. Kohärent-optischer Vielkanal-Korrelator'nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5_t dadurch g e k e η η zeichnet , daß jedem Eilterhologramm ein optischer Sensor zugeordnet i3t.

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7. Kohärent-optischer Vielkanal-rKorrelator nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 "bis 5» dadurch gekennzeichnet , daß sämtlichen Filterhologrammen nur ein optischer Sensor zugeordnet ist.

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