DE3635688A1 - Device and method for the optically coherent correlation of two images - Google Patents

Device and method for the optically coherent correlation of two images

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Abstract

The invention relates to a device for the optically coherent correlation of two images, namely of an original image and of a reference image representing an object to be found, with the aid of at least two optically coherent Fourier transforms. To be able to carry out all correlations, even triple invariant and multi-spectral correlations, it is proposed to connect an optical Fourier system (22) for optical Fourier transformation with an electronic digital image and transformation system (23). The core of the image and transformation system (23) is a digital computer (31) followed by a digital transformation circuit (34). The computer can be supplied with the image data of the original image, the image data of the reference image, the image data of the image transformed in the optical Fourier system (22) and, if necessary, with further external image or correction data. The digital computer controls the digital transformation circuit, in which image coordinate transformations are carried out for achieving a position, scale and rotation invariance of the correlation. <IMAGE>

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung und ein Verfahren zur kohärent-optischen Korrelation zweier Bilder gemäß den Oberbegriffen der Patentansprüche 1 und 5.The invention relates to a device and a Method for the coherent optical correlation of two images according to the preambles of claims 1 and 5.

Unter kohärent-optischer Korrelation versteht man Verfahren, die mit Hilfe mehrerer mit kohärentem Licht durchgeführten Fourier-Transformationen auf optischem Wege und mit Lichtgeschwindigkeit einen Bildvergleich, d. h. Korrelationen durchführen und die Orte bestimmen, an denen ein gesuchtes Objekt, vorgegeben durch ein Referenzbild, in einem zu untersuchenden Bild enthalten ist.Coherent-optical correlation means methods those performed with the help of several with coherent light Fourier transforms by optical means and an image comparison at the speed of light, d. H. Perform correlations and determine the locations where a searched object, specified by a reference image, is contained in an image to be examined.

Es sind bisher zwei verschiedene kohärent-optische Korrelationsverfahren bekannt.So far there are two different coherent-optical correlation methods known.

Bei dem einen Verfahren werden angepaßte räumliche Filter, das sind holographische Vergleichsfilter verwendet; vgl. etwa die DE-OS 32 34 123.One method uses adapted spatial filters, holographic comparison filters are used; see. such as DE-OS 32 34 123.

Bei den anderen Verfahren werden für beide zu vergleichenden Bilder gemeinsame Transformationsanordnungen benutzt. Das Prinzip eines derartigen kohärent-optischen Korrelators ist in Topics in Applied Physics, Band 23, 1978, Seite 12 beschrieben. Eine Prinzipanordnung ist in Fig. 1 dargestellt. In einer Eingangsebene P 1 sind das zu untersuchende Bild g und das Referenzbild h nebeneinander angeordnet, z. B. auf einem transparenten Film. Beide Bilder werden gemeinsam von parallelem Licht λ 1 durchstrahlt und mit Hilfe einer Linse L 1 in eine Ebene P 2 fouriertransformiert und dort z. B. auf einer Filmschicht aufgezeichnet. Zur Ausführung der Fouriertransformation ist es notwendig, daß die Ebenen P 1 und P 2 jeweils im Brennpunkt vor bzw. hinter der Linse L 1 liegen. Wird die Filmschicht in der Ebene P 2 entwickelt, erneut in der Ebene P 2 angeordnet und über einen Strahlteiler BS mit prallelem kohärenten Licht λ 2 durchstrahlt, dann entsteht nach einer zweiten Fouriertransformation durch eine zweite Linse L 2 in einer weiteren wiederum im Brennpunkt hinter der Linse L 2 angeordneten Ebene P 3 die Korrelation g*h sowie h*g der Bilder g und h. Auf der optischen Achse sind in der Ebene P 3 ferner die Autokorrelationssignale g*g und h*h abgebildet. Die Positionen der Lichtpunkte g*h und h*g geben jeweils den Ort des durch das Referenzbild h definierten Objektes im zu untersuchenden Bild g an.In the other methods, common transformation arrangements are used for both images to be compared. The principle of such a coherent-optical correlator is described in Topics in Applied Physics, Volume 23, 1978, page 12. A basic arrangement is shown in Fig. 1. The image g to be examined and the reference image h are arranged next to one another in an input plane P 1 , z. B. on a transparent film. Both images are irradiated together by parallel light λ 1 and Fourier transformed using a lens L 1 in a plane P 2 and there z. B. recorded on a film layer. To carry out the Fourier transformation, it is necessary that the planes P 1 and P 2 are each in the focal point in front of and behind the lens L 1 . If the film layer developed in the plane P 2, again placed in the plane P 2 and λ via a beam splitter BS with prallelem coherent light 2 irradiated, then formed by a second Fourier transform by a second lens L 2 in a further turn in the focal point behind the Lens L 2 arranged plane P 3 the correlation g * h and h * g of the images g and h . The autocorrelation signals g * g and h * h are also shown in the plane P 3 on the optical axis. The positions of the light points g * h and h * g each indicate the location of the object defined by the reference image h in the image g to be examined.

Die beschriebene Prinzipanordnung ist natürlich nicht für eine Korrelation in Echtzeit zu verwenden, da Filmschichten als Bilddatenträger hierfür wegen der erforderlichen Filmentwicklungszeit nicht geeignet sind.The principle arrangement described is of course not for to use a real-time correlation since film layers as image data carriers for this because of the necessary Film development time are not suitable.

Für Echtzeit-Korrelatoren sind jedoch Bilddatenträger in Form von Flüssigkristall-Lichtmodulatoren vorhanden. Ein solcher Lichtmodulator ist in Fig. 2 dargestellt und mit LM bezeichnet. Dieses Bauelement kann vereinfacht beschrieben werden als eine planparallele Scheibe mit einer Eingangsseite I und einer Ausgangsseite O. Die Eingangsseite weist in Folge eine Glasschicht 1, eine transparente leitende Elektrode 2 und eine fotoelektrische Sensorschicht 3 auf. Hieran schließt sich eine optische Sperrschicht 4 sowie ein dielektrischer Spiegel 5 an, wodurch die Eingangsseite von der sich daran anschließenden Ausgangsseite optisch vollständig isoliert ist. Die sich an den dielektrischen Spiegel 5 anschließende Ausgangsseite O weist eine Flüssigkristallschicht 6 auf, die zwischen zwei Isolierschichten 7 gelegen ist. Daran schließen sich eine transparente leitende Gegenelektrode 8, eine Glasschicht und schließlich ein Antireflexbelag 9 als ausgangsseitige Oberfläche an. Auf die Eingangsseite I des Lichtmodulators LM fallendes Licht L moduliert die fotoelektrische Sensorschicht 3, gelangt aber nicht auf die Ausgangsseite O. Durch eine elektrische Strömung zwischen beiden Elektroden 2 und 8 wird die Belichtung der Eingangsseite I durch dabei entstehende elektrische Felder auf die Flüssigkristallschicht 6 der Ausgangsseite übertragen und moduliert dort die Flüssigkristallschicht so, daß das lokale Reflektionsvermögen der mit einem Projektionslicht L p bestrahlten Ausgangsseite abhängig ist von der lokalen Beleuchtungsstärke der Eingangsseite durch das Licht L. Damit ersetzt dieser Lichtmodulator LM die oben erwähnten Filmschichten als Bilddatenträger, ohne daß irgendwelche zeitraubende Zwischenschritte, wie Bildentwicklung notwendig sind.However, image data carriers in the form of liquid crystal light modulators are available for real-time correlators. Such a light modulator is shown in Fig. 2 and labeled LM . This component can be described in a simplified manner as a plane-parallel disk with an input side I and an output side O. The input side consequently has a glass layer 1 , a transparent conductive electrode 2 and a photoelectric sensor layer 3 . This is followed by an optical barrier layer 4 and a dielectric mirror 5 , as a result of which the input side is completely optically isolated from the adjoining output side. The output side O adjoining the dielectric mirror 5 has a liquid crystal layer 6 , which is located between two insulating layers 7 . This is followed by a transparent conductive counterelectrode 8 , a glass layer and finally an anti-reflective coating 9 as a surface on the output side. Light L falling on the input side I of the light modulator LM modulates the photoelectric sensor layer 3 , but does not reach the output side O. An electrical flow between the two electrodes 2 and 8 transfers the exposure of the input side I to the liquid crystal layer 6 of the output side, thereby modulating the liquid crystal layer so that the local reflectivity of the output side irradiated with a projection light L p is dependent on the local illuminance of the input side by the light L. This light modulator LM thus replaces the film layers mentioned above as image data carriers without any time-consuming intermediate steps, such as image development, being necessary.

In Fig. 3 ist eine bekannte Einrichtung 11 zur kohärent- optischen Korrelation gezeigt, bei der das Prinzip gemäß Fig. 1 verwendet ist. Das Originalbild g und das Referenzbild h werden aus einer Fernsehkamera 12 bzw. einem Referenzbildspeicher 13 auf einer Faseroptikanzeige 14 (Faseroptik-Kathodenstrahlröhre) nebeneinander ausgegeben und über die Faseroptik direkt in die Eingangsseite eines ersten Lichtmodulators LM 1 gemäß Fig. 2 eingekoppelt. Die beiden Bilder werden mit Hilfe kohärenten Lichtes λ 1, eines polarisierenden Strahlteilers 15 und einer Fourierlinse 16 fouriertransformiert. Am Eingang eines zweiten Lichtmodulators LM 2 wird die Intensität der Fouriertransformation aufgezeichnet. Mit Hilfe eines weiteren kohärenten Lichtbündels λ 2 werden die Informationen an der Ausgangsseite des Lichtmodulators LM 2 mit Hilfe eines weiteren polarisierenden Strahlteilers 17 ausgelesen, anschließend mit einer weiteren Fourierlinse 18 fouriertransformiert. Das Ergebnis in der Korrelationsebene entsprechend P 3 in Fig. 1 wird von einer zweiten Fernsehkamera 19 aufgezeichnet. Ein nachgeschalteter Korrelationssignaledetektor 20 bestimmt die Bildpunktkoordinaten der Korrelationssignale zur Ortung des gesuchten Objektes. FIG. 3 shows a known device 11 for coherent-optical correlation, in which the principle according to FIG. 1 is used. The original image g and the reference image h are output from a television camera 12 or a reference image memory 13 on a fiber optic display 14 (fiber optic cathode ray tube) next to one another and coupled directly via the fiber optics into the input side of a first light modulator LM 1 according to FIG. 2. The two images are Fourier transformed using coherent light λ 1 , a polarizing beam splitter 15 and a Fourier lens 16 . The intensity of the Fourier transformation is recorded at the input of a second light modulator LM 2 . With the aid of a further coherent light bundle λ 2 , the information on the output side of the light modulator LM 2 is read out with the aid of a further polarizing beam splitter 17 , and then Fourier transformed with a further Fourier lens 18 . The result in the correlation plane corresponding to P 3 in FIG. 1 is recorded by a second television camera 19 . A downstream correlation signal detector 20 determines the pixel coordinates of the correlation signals for locating the object sought.

Dieses System ist zwar zur schnellen optischen Korrelation in Echtzeit geeignet, ist jedoch nur ortsinvariant. Dies bedeutet, daß das gesuchte Objekt im untersuchten Bild zwar gefunden wird, und zwar gleichgültig wo es sich befindet, aber nur dann, wenn das Referenzbild im Originalbild bei gleicher Größe und unter dem gleichen Sichtwinkel enthalten ist. Bei geringer Maßstabsänderung bereits zwischen 1 und 3% oder schon bei kleinen Rotationswinkeln ist eine Objektortung nicht mehr erfolgreich. Demgemäß ist das System weder maßstabs- noch rotationsinvariant.This system is for fast optical correlation suitable in real time, but is only location-invariant. This means that the searched object in the examined picture is found, no matter where it is but only if the reference image is in the Original image with the same size and under the same Viewing angle is included. With a small change in scale already between 1 and 3% or even with small ones Rotation angles are no longer successful in locating objects. Accordingly, the system is neither scale nor rotation invariant.

Dieses bekannte System hat außerdem eine erhebliche Baulänge von einigen Metern und entsprechendes Gewicht. Außerdem sind die Kosten sehr hoch und liegen zur Zeit bei mindestens DM 400.000,-. Dieses System kann zwar dahingehend erweitert werden, daß es auch maßstabs- und rotationsinvariant ist, d. h. ein dreifach invariantes System. Dies erfolgt mit Hilfe von sogenannten Mellin- Transformationen der Bildpunktkoordinaten. Hierdurch wird der Aufwand für das System jedoch noch erheblich größer.This known system also has a significant one Overall length of a few meters and corresponding weight. In addition, the costs are very high and are currently included at least DM 400,000. This system can do so be expanded to scale and is rotationally invariant, d. H. a triple invariant System. This is done with the help of so-called Mellin Pixel coordinate transformations. This will however, the effort for the system is considerably greater.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung und ein Verfahren zur kohärent-optischen Korrelation der in Rede stehenden Art anzugeben, mit der die gängigen optischen Korrelationen, insbesondere auch dreifach invariante optische Korrelationen mit minimalem Materialaufwand bei größtmöglicher Flexibilität der Einrichtung ausgeführt werden können.The invention has for its object a device and a method for coherent-optical correlation of the Specify the type in question with which the usual  optical correlations, especially triple invariant optical correlations with minimal material expenditure with the greatest possible flexibility of the facility can be executed.

Diese Aufgabe ist gemäß der Erfindung durch die in den kennzeichnenden Teilen der Patentansprüche 1 und 5 angegebenen Merkmale gelöst.This object is according to the invention by the in the characterizing parts of claims 1 and 5 specified features solved.

Bei der Einrichtung gemäß der Erfindung handelt es sich demnach um eine Hybridanordnung aus einem optischen Fouriertransformationssystem und einem digitalen Bild- und Transformationssystem. Das optische Fouriertransformationssystem gleicht im wesentlichen der ersten Einrichtung zur Fouriertransformation in Fig. 3, wobei jedoch anstelle des zweiten Lichtmodulators LM 2 eine Aufzeichnungseinrichtung, z. B. eine hochauflösende CCD-Kamera oder eine hochauflösende Röhrenkamera mit einer Faseroptik-Bildaufnahmeröhre verwendet wird.The device according to the invention is therefore a hybrid arrangement comprising an optical Fourier transformation system and a digital image and transformation system. The optical Fourier transform system is essentially the same as the first Fourier transform device in FIG. 3, but instead of the second light modulator LM 2, a recording device, e.g. B. a high-resolution CCD camera or a high-resolution tube camera with a fiber optic imaging tube is used.

Dieses optische System ist verkoppelt mit einem elektronischen Datenverarbeitungssystem, dessen Kernstücke ein schneller Digitalrechner und eine digitale Transformationseinrichtung sind. Dem Digitalrechner können als Eingangsdaten Bilddaten des Originalbildes, z. B. über eine Fernsehkamera, die Bilddaten des Referenzbildes, z. B. aus einem Referenzbildspeicher, die Bilddaten der Aufzeichnungseinrichtung des optischen Fouriersystems und schließlich gegebenenfalls weitere externe Bild- oder Korrekturdaten zugeführt werden.This optical system is coupled to an electronic one Data processing system, the core of which is fast digital computer and a digital transformation device are. The digital computer can be used as Input data Image data of the original image, e.g. B. about a television camera, the image data of the reference image, for. B. from a reference image memory, the image data of the Fourier optical system recording device and finally, if necessary, further external image or Correction data are supplied.

In der digitalen Transformationseinrichtung werden die Bildpunktkoordinaten von eingegebenen Bildern entsprechend einer Funktionsvorgabe des Digitalrechners transformiert, und zwar hinsichtlich einer Drehung der Bildpunktkoordinaten um einen vorgegebenen Winkel, einer Translation der Bildpunktkoordinaten um einen vorgegebenen Vektor, was einer Bildverschiebung entspricht, hinsichtlich einer Maßstabsänderung der Bildpunktkoordinaten, was einer Vergrößerung oder Verkleinerung entspricht, und schließlich hinsichtlich einer Rotationsinvarianz mit Hilfe einer Mellin-Transformation. Ebenso ist eine 1 : 1-Transformation möglich, d. h. die Bildpunktkoordinaten werden nicht verändert.In the digital transformation facility, the Corresponding pixel coordinates of input images transformed a functional specification of the digital computer, with respect to a rotation of the pixel coordinates by a predetermined angle, a translation of the  Pixel coordinates around a given vector what corresponds to an image shift with respect to one Change in scale of the pixel coordinates, which one Corresponds to enlargement or reduction, and finally regarding a rotational invariance with the help of a Mellin transformation. There is also a 1: 1 transformation possible, d. H. the pixel coordinates are not changed.

Die einfache ortsinvariante Korrelation zweier Bilder erfolgt vereinfacht so, daß dem Digitalrechner das Originalbild und das Referenzbild gleichzeitig eingegeben werden. In der Transformationseinrichtung wird das eine Bild, z. B. das Originalbild hinsichtlich Drehung, Maßstabsveränderung und Translation, das Referenzbild hinsichtlich Translation transformiert. Die beiden Bilder werden dann nebeneinander auf der Faseroptikanzeige ausgegeben, durch das optische Fourier-Transformationssystem fouriertransformiert und mit Hilfe der Fernsehkamera aufgenommen. Die Bilddaten des fouriertransformierten Bildes werden erneut dem Digitalrechner eingegeben und in der Regel ohne weitere Bildpunktkoordinaten-Transformation bzw. nach einer Transformation hinsichtlich einer Maßstabsveränderung erneut auf der Faseroptikanzeige als Bild dargestellt. Dieses Bild wird in dem optischen Fouriersystem erneut fouriertransformiert, von der Fernsehkamera aufgenommen und anschließend an den Digitalrechner übertragen. Diese Bilddaten sind bereits das Ergebnis der kohärent-optischen Korrelation. Dieses Ergebnis wird im Digitalrechner ausgewertet. Das Korrelationsergebnis wird ausgegeben.The simple invariant correlation of two images is simplified so that the digital computer The original image and the reference image are entered at the same time will. In the transformation facility, this becomes one Image, e.g. B. the original image for rotation, Scale change and translation, the reference image transformed for translation. The two pictures are then displayed side by side on the fiber optic display output by the Fourier optical transformation system Fourier transformed and with the help of the television camera added. The image data of the Fourier transform Images are re-entered into the digital computer and usually without further pixel coordinate transformation or after a transformation regarding a change in scale again on the fiber optic display shown as picture. This picture is in the optical Fourier system again Fourier transformed, from recorded on the television camera and then to the Transfer digital computer. This image data is already the result of the coherent-optical correlation. This The result is evaluated in the digital computer. The correlation result is issued.

Sämtliche erwägten Korrelationen zweier Bilder, d. h auch dreifach invariante Korrelationen sowie multispektrale dreifach invariante Korrelationen können mit Hilfe von 5 Standardoperationen durchgeführt werden. All considered correlations between two images, i. h too triple invariant correlations and multispectral Triple invariant correlations can be calculated using 5 Standard operations are performed.  

Die wesentlichen Vorteile des angegebenen in Echtzeit arbeitenden Hybrid-Korrelators gegenüber den bekannten Systemen bestehen in seiner Flexibilität. Es wird sowohl die hohe Rechengeschwindigkeit kohärent-optischer Verfahren benutzt als auch die Flexibilität digitaler elektronischer Rechner bei geringstem Aufwand an optischen Komponenten.The main advantages of the specified in real time working hybrid correlator compared to the known Systems are flexible. It will be both the high computing speed of coherent optical processes used as well as the flexibility of digital electronic Computer with minimal optical effort Components.

Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.Further advantages and refinements of the invention go from the subclaims.

Die Erfindung ist in einem Ausführungsbeispiel anhand der Fig. 4 näher erläutert, in der schematisch eine Einrichtung 21 zur kohärent-optischen Korrelation dargestellt ist.The invention is explained in more detail in an exemplary embodiment with reference to FIG. 4, in which a device 21 for coherent-optical correlation is shown schematically.

Die Einrichtung 21 ist zusammengesetzt aus einer Einrichtung 22 zur optischen Fouriertransformation, d. h. einem optischen Fouriersystem, und einem digitalen Bild- und Transformationssystem 23. Das Fouriersystem 22 besteht aus einer Faseroptikanzeige 24, die mit einem räumlichen Lichtmodulator 25 entsprechend Fig. 2 gekoppelt ist, ferner einem polarisierenden Strahlteiler 26, einer Lichtquelle 27 für kohärentes Licht L, einer Fourierlinse 28 und einer hochauflösenden Fernsehkamera 29. Direkt vor dem Target der Fernsehkamera 29 kann noch ein Ortsfrequenzfilter 30 angeordnet sein. Dieser Filter dient dazu, bestimmte Frequenzanteile des fouriertransformierten Bildes vor der Aufzeichnung durch die Fernsehkamera 29 zu dämpfen oder ganz auszufiltern, so z. B. die Intensität der Ortsfrequenz Null. Der Ortsfrequenzfilter 30 besteht z. B. aus einer Filmschicht, die an den zu filternden Ortsfrequenzstellen die gewünschte Schwärzung oder Lichtundurchlässigkeit aufweist. The device 21 is composed of a device 22 for optical Fourier transformation, ie an optical Fourier system, and a digital image and transformation system 23 . The Fourier system 22 consists of a fiber optic display 24 , which is coupled to a spatial light modulator 25 according to FIG. 2, a polarizing beam splitter 26 , a light source 27 for coherent light L , a Fourier lens 28 and a high-resolution television camera 29 . A spatial frequency filter 30 can also be arranged directly in front of the target of the television camera 29 . This filter serves to attenuate or completely filter out certain frequency components of the Fourier-transformed image before the recording by the television camera 29 , for. B. the intensity of the spatial frequency zero. The spatial frequency filter 30 consists, for. B. from a film layer which has the desired blackening or opacity at the spatial frequency points to be filtered.

Das digitale Bild- und Transformationssystem 23 weist einen Digitalrechner 31 mit einer Korrelationsanzeige 32, einem Bildspeicher 33, eine digitale Transformationsschaltung 34 sowie eine dieser nachgeschaltete Korrekturstufe 35 zur Korrektur der Bildgeometrie mit einem Korrekturenspeicher 36 auf. Der Ausgang der Korrekturstufe 35 ist mit dem Eingang der Faseroptikanzeige 24 verbunden.The digital image and transformation system 23 has a digital computer 31 with a correlation display 32 , an image memory 33 , a digital transformation circuit 34 and a correction stage 35 connected downstream thereof for correcting the image geometry with a correction memory 36 . The output of the correction stage 35 is connected to the input of the fiber optic display 24 .

Eingangsseitig ist der Digitalrechner 31 verbunden mit dem Ausgang der Fernsehkamera 29 des Fouriersystems 22, einer zweiten Fernsehkamera 37, einem Referenzbildspeicher 38 und einer zusätzlichen Eingabeeinheit 39 zur Eingabe von externen Bild- oder Korrekturdaten.On the input side, the digital computer 31 is connected to the output of the television camera 29 of the Fourier system 22 , a second television camera 37 , a reference image memory 38 and an additional input unit 39 for inputting external image or correction data.

Mit der Fernsehkamera 37 können in Echtzeit zu untersuchende Bilder, also Originalbilder, oder auch Bilder des gesuchten Objektes, demnach Referenzbilder eingegeben werden. In dem Referenzbildspeicher werden Bilddaten von gesuchten Objekten abgespeichert und abgerufen.The television camera 37 can be used to enter images to be examined in real time, that is to say original images, or else images of the object sought, and accordingly reference images. Image data of searched objects are stored and called up in the reference image memory.

Die vom Digitalrechner aufgenommenen Bilddaten werden entweder unverändert weitergegeben oder nach an dem Eingangsbild durchgeführten Bildtransformationen bzw. nach Durchführung von digitalen Bildverarbeitungsalgorithmen weitergegeben.The image data recorded by the digital computer are either passed on unchanged or after on the Image transformation performed after input image or after Implementation of digital image processing algorithms passed on.

Ausgangsseitig weist der Digitalrechner einen Bildausgang 40 und einen Funktionsausgang 41 auf. Über den Bildausgang 40 werden an den Eingang des Bildspeichers 33 Bilddaten geliefert, welcher seinerseits die gespeicherten Daten an die Transformationsschaltung 34 liefert. Der Funktionsausgang 41 des Digitalrechners 31 steuert die Transformationsschaltung 34 hinsichtlich der auszuführenden, weiter unten erläuterten Bildkoordinaten-Transformationen. On the output side, the digital computer has an image output 40 and a function output 41 . Image data is supplied via the image output 40 to the input of the image memory 33 , which in turn supplies the stored data to the transformation circuit 34 . The function output 41 of the digital computer 31 controls the transformation circuit 34 with regard to the image coordinate transformations to be carried out, which are explained below.

Der angegebene Bildspeicher 33 kann entfallen, wenn eine Bildspeicherung in der Faseroptikanzeige 24 oder im räumlichen Lichtmodulator 25 möglich ist. In diesem Falle werden die Bilddaten des Digitalrechners 31 über dem Bildausgang 40 direkt in die Transformationsschaltung 34 eingegeben, wobei gleichzeitig über den Funktionsausgang 41 die entsprechende Transformationsangabe erfolgt.The specified image memory 33 can be omitted if image storage in the fiber optic display 24 or in the spatial light modulator 25 is possible. In this case, the image data of the digital computer 31 are entered directly into the transformation circuit 34 via the image output 40 , the corresponding transformation being indicated simultaneously via the function output 41 .

Der Digitalrechner 31 ermittelt ferner nach durchgeführter Korrelation die folgenden Korrelationsergebnisse:The digital computer 31 also determines the following correlation results after the correlation has been carried out:

  • - gesuchtes Objekt vorhanden? JA/NEIN?
    - Koordinaten des gesuchten Objektes
    - Größe des gesuchten Objektes
    - Rotationswinkel des gesuchten Objektes
    - searched object available? YES NO?
    - coordinates of the searched object
    - Size of the searched object
    - Rotation angle of the searched object

Diese Korrelationsergebnisse werden an der Korrelationsanzeige 32 ausgegeben.These correlation results are output on the correlation display 32 .

Die digitale Transformationsschaltung 34 übernimmt die Bildpunkte des auf der Faseroptikanzeige 24 auszugebenden Bildes aus dem Bildspeicher 33 bzw. - wie oben als weitere Möglichkeit angegeben - direkt vom Digitalrechner 31 und führt mit den Bildpunktkoordinaten entsprechend der Funktionsvorgabe des Digitalrechners 31 eine oder mehrere der folgenden Funktionen aus:The digital transformation circuit 34 accepts the pixels of the image to be output on the fiber optic display 24 from the image memory 33 or - as indicated as a further possibility above - directly from the digital computer 31 and performs one or more of the following functions with the pixel coordinates in accordance with the function specification of the digital computer 31 :

F O keine Bildpunktkoordinatenänderung F R Drehung der Bildpunktkoordinaten um einen vorgegebenen Winkel F G Maßstabsveränderungen der Bildpunktkoordinaten, d. h Vergrößerung oder Verkleinerung F T Translation der Bildpunktkoordinaten, d. h. Bildverschiebung auf der Faseroptikanzeige um einen vorgegebenen Vektor F M Transformation der Koordinaten (x, y) eines Bildpunktes in neue Koordinaten (x′, y′), wobei gilt F O no change of pixel coordinates F R rotation of the pixel coordinates by a predetermined angle F G scale changes of the pixel coordinates, i. h enlargement or reduction F T translation of the pixel coordinates, ie image shift on the fiber optic display by a predetermined vector F M transformation of the coordinates (x, y) of a pixel into new coordinates (x ′, y ′) , where

Dies sind karthesische Bildpunktkoordinaten (x′, y′), gewonnen aus den ursprünglichen karthesischen Koordinaten (x, y) nachThese are Cartesian pixel coordinates (x ′, y ′) , obtained from the original Cartesian coordinates (x, y)

  • 1) Transformation der karthesischen Koordinaten (x, y) in Polarkoordinaten (ν, ϕ) um den Pol P (x₀, y₀) und1) Transformation of the Cartesian coordinates (x, y) into polar coordinates ( ν , ϕ ) around the pole P (x ₀, y ₀) and
  • 2) Mellin-Transformation der Koordinaten (ν, ϕ) in die neuen Koordinaten ν′= ln (ν) ϕ′= ϕ 2) Mellin transformation of the coordinates ( ν , ϕ ) into the new coordinates ν ′ = ln ( ν ) ϕ ′ = ϕ
  • 3) Interpretation der polaren Koordinaten ν′, ϕ′ als neue karthesische Koordinaten x′= νy′= ϕ3) Interpretation of the polar coordinates ν ′, ϕ ′ as new Cartesian coordinates x ′ = νy ′ = ϕ

Die neuen Bildpunktkoordinaten (x′, y′) werden an die Korrekturstufe 35 weitergegeben.The new pixel coordinates (x ′, y ′) are passed on to correction stage 35 .

In der Korrekturstufe 35 ist die ganze Fläche der Faseroptikanzeige 24 matrixartig in n Felder unterteilt. Für jedes dieser Felder ist ein mittlerer Koordinaten- Wiedergabefehler Δ x i , Δ y i (1 ≦ in) gespeichert. Diese Koordinaten-Wiedergabefehler entstehen durch mangelnde Qualität der Faseroptikanzeige und der gekoppelten Faserplatten, z. B. Bildverzeichnung, Faserfehlordnung und der geometrischen Verzeichnung der Fernsehkamera 29 des Fouriersystems, etc. Die Korrekturstufe 35 bestimmt aus den Koordinaten x′, y′, in welchem Koordinatenfeld i der Bildpunkt liegt und führt dann die FehlerkorrekturtransformationIn the correction stage 35 , the entire area of the fiber optic display 24 is divided into n fields in a matrix. An average coordinate reproduction error Δ x i , Δ y i (1 ≦ in) is stored for each of these fields. These coordinate reproduction errors arise from poor quality of the fiber optic display and the coupled fiber plates, e.g. B. image distortion, fiber disorder and the geometric distortion of the television camera 29 of the Fourier system, etc. The correction stage 35 determines from the coordinates x ', y' in which coordinate field i the pixel is located and then performs the error correction transformation

x′′ = x′ + Δ x i y′′ = y′ + Δ y i x ′ ′ = x ′ + Δ x i y ′ ′ = y ′ + Δ y i

durch, um auf der Faseroptikanzeige eine geometrisch verzerrungsfreie Wiedergabe zu erzielen durch Positionierung des Bildpunktes auf den Koordinaten (x′′, y′′).to achieve a geometrically distortion-free reproduction on the fiber optic display by positioning the pixel on the coordinates (x ′ ′, y ′ ′) .

Die Korrelation zweier Bilder mit dem beschriebenen Korrelator erfolgt unter Zuhilfenahme von fünf Standardoperationen OP1 bis OP5, die folgendermaßen definiert sind:The correlation of two pictures with the one described Correlator is done using five standard operations OP1 to OP5 defined as follows are:

Standardoperation OP1Standard operation OP1

  • a) Eingabe eines Bildes X in den Digitalrechner, aus der ersten Fernsehkamera 29, der zweiten Fernsehkamera 37, dem Referenzspeicher 38 bzw. der Eingabeeinheit 39.
    • a1) Transformation des Bildes X in ein Ausgangsbild X′ in dem Digitalrechner, wobei diese Transformation eine 1 : 1-Transformation oder eine andere Transformation zur Verbesserung der Korrelationseigenschaften sein kann.
    a) Input of an image X into the digital computer, from the first television camera 29 , the second television camera 37 , the reference memory 38 or the input unit 39 .
    • a1) Transformation of the image X into an output image X ' in the digital computer, this transformation can be a 1: 1 transformation or another transformation to improve the correlation properties.
  • b) Abspeichern des Ausgangsbildes X′ im Bildspeicher 33.b) storing the output image X ' in the image memory 33rd
Standardoperation OP2Standard operation OP2

  • a) Ausgabe eines Bildes aus der ersten Fernsehkamera, der zweiten Fernsehkamera, dem Referenzbildspeicher, der externen Eingabe oder dem Bildspeicher an die Faseroptikanzeige des Fouriersystems nach vorheriger rechnergesteuerter Koordinaten- Transformation in der digitalen Transformationsschaltunga) output of an image from the first television camera, the second television camera, the reference image memory, external input or image memory to the fiber optic display of the Fourier system after previous computer-controlled coordinate Transformation in the digital transformation circuit
  • b) Aufzeichnen der kohärent-optischen Fouriertransformation mit der Fernsehkamera des Fouriersystemsb) recording the coherent-optical Fourier transformation with the Fourier system television camera
  • c) Übertragen des fouriertransformierten Bildes in den Digitalrechner
    • c1) gegebenenfalls eine Transformation entsprechend dem Schritt a1) in OP1
    c) transfer of the Fourier-transformed image into the digital computer
    • c1) optionally a transformation corresponding to step a1) in OP1
  • d) Abspeichern im Bildspeicherd) storing in the image memory
Standardoperation OP3Standard operation OP3

  • a) Gleichzeitige Ausgabe zweier Bilder aus der Fernsehkamera des digitalen Bild- und Transformationssystemes, dem Referenzbildspeicher oder der externen Eingabeeinheit an die Faseroptikanzeige in räumlich vorgegebenem Abstand nach vorhergehender rechnergesteuerter, gegebenenfalls unterschiedlicher Koordinatentransformation beider Bilder in der digitalen Transformationsschaltunga) Simultaneous output of two images from the Television camera of the digital image and transformation system,  the reference image memory or the external input unit to the fiber optic display at a spatially predetermined distance after the previous one computer-controlled, possibly different Coordinate transformation of both images in the digital transformation circuit
  • b) Aufzeichnen der gemeinsamen kohärent-optischen Fouriertransformation mit der Fernsehkamera des Fouriersystemsb) recording the common coherent-optical Fourier transformation with the television camera of the Fourier systems
  • c) Übertragen des fouriertransformierten Bildes in den Digitalrechner
    • c1) gegebenenfalls eine Transformation entsprechend dem Schritt a1) in OP1
    c) transfer of the Fourier-transformed image into the digital computer
    • c1) optionally a transformation corresponding to step a1) in OP1
  • d) Abspeichern im Bildspeicherd) storing in the image memory
Standardoperation OP4Standard operation OP4

  • a) Ausgabe eines bereits fouriertransformierten Bildes aus der Fernsehkamera des Fouriersystems bzw. dem Bildspeicher oder der externen Eingabeeinheit des digitalen Bild- und Transformationssystemes an die Faseroptikanzeige des Fouriersystems nach vorhergehender rechnergesteuerter Koordinaten-Transformation in der digitalen Transformationsschaltunga) Output of an already Fourier-transformed image from the television camera of the Fourier system or the image memory or the external input unit of the digital image and transformation system the fiber optic display of the Fourier system previous computer-controlled coordinate transformation in the digital transformation circuit
  • b) Aufzeichnen der kohärent-optischen Fouriertransformation mit der Fernsehkamera des Fouriersystems, so daß dieses aufgezeichnete, jetzt doppelt fouriertransformierte Bild eine Transformationskorrelation darstellt b) recording the coherent-optical Fourier transformation with the Fourier system television camera, so this recorded, now double Fourier-transformed image a transformation correlation represents  
  • c) Übertragen des doppelt fouriertransformierten Bildes an den Digitalrechnerc) transferring the double Fourier transform Image to the digital computer
  • d) Berechnen der Korrelationsergebnissed) Calculate the correlation results
  • e) Ausgabe der Korrelationsergebnissee) Output of the correlation results
Standardoperation OP5 (für multispektrale Korrelation)Standard operation OP5 (for multispectral correlation)

  • a) Eingabe zweier Bilder X und Y mit jeweils n × m Bildpunkten PX i, j und PY i, j (1 = i = n, 1 = j = m) aus zwei Bildquellen in den Digitalrechnera) Input of two images X and Y with n × m pixels PX i, j and PY i, j (1 = i = n , 1 = j = m) from two image sources in the digital computer
  • b) Berechnen der Bildpunktwerte PXY ÿ des Bildes XY nach folgender Formel PZ ÿ = FT(PX ÿ /PY ÿ )Der Wert PZ ÿ stellt bei in verschiedenen Spektralbereichen aufgenommenen Teilbildern X, Y einen Meßwert für die Farbe des Bildpunktes i, j dar, FT stellt eine Farbtemperaturkonversionstransformation dar, welche die Farbtemperaturverhältnisse der Beleuchtung bei der Bildaufnahme berücksichtigt, und kann auch die identische Transformation sein. PXY ÿ ist definiert als MIN: Wert für kleinste Bildpunkthelligkeit
    MAX: Wert für größte Bildpunkthelligkeit
    F(PZ ÿ , R₁, R₂, MIN, MAX): Transformationsfunktion für die Helligkeitscodierung der Bildpunkte PXY ÿ . Im Falle linearer Codierung kann z. B. gesetzt werden, wobei
    R₁, R₂ Grenzwerte für das selektierte und neu kodierte Intervall sind,
    b) Calculating the pixel values PXY ÿ of the image XY using the following formula PZ ÿ = FT (PX ÿ / PY ÿ ) The value PZ ÿ represents a measured value for the color of the pixel i, j in the case of partial images X, Y recorded in different spectral ranges, FT represents a color temperature conversion transformation which takes the color temperature conditions of the lighting into account when taking the image, and can also be the identical transformation. PXY ÿ is defined as MIN : Value for the smallest pixel brightness
    MAX : Value for maximum pixel brightness
    F (PZ ÿ , R ₁, R ₂, MIN, MAX) : transformation function for the brightness coding of the pixels PXY ÿ . In the case of linear coding, e.g. B. be set, whereby
    R ₁, R ₂ are limit values for the selected and newly coded interval,
  • c) Abspeichern des Bildes XY im Bildspeicher.c) storing the image XY in the image memory.

Im folgenden seien Korrelationsprozesse mit einfarbigen Bildern beschrieben, und zwar die Prozeßschritte einer dreifachinvarianten Korrelation und die Prozeßschritte einer einfachen ortsinvarianten Korrelation:The following are correlation processes with monochrome Described images, namely the process steps of a triple invariant correlation and the process steps a simple invariant correlation:

A Vorarbeiten für die angegebenen KorrelationenA Preparatory work for the specified correlations

  • 1. Die Standardoperation OP1 wird auf das Referenzbild, d. h. auf das Bild des gesuchten Objektes angewandt. Dieses Referenzbild kann von der Fernsehkamera 37, dem Referenzbildspeicher oder der externen Eingabeeinheit 39 dem Digitalrechner 31 zugeführt werden. In dem Digitalrechner wird gegebenenfalls noch der Schritt a1) durchgeführt, um die Korrelationsergebnisse zu verbessern.1. The standard operation OP1 is applied to the reference image, ie to the image of the object sought. This reference image can be fed from the television camera 37 , the reference image memory or the external input unit 39 to the digital computer 31 . If necessary, step a1) is also carried out in the digital computer in order to improve the correlation results.
  • 2. Die Korrekturwerte Δ x i und Δ y i (1 ≦ in) werden im Korrekturspeicher 36 der Korrekturstufe 35 abgespeichert.2. The correction values Δ x i and Δ y i (1 ≦ in) are stored in the correction memory 36 of the correction stage 35 .
  • 3. Die Standardoperation OP1 wird auf das Originalbild angewendet, d. h. auf das Bild, das nach dem gesuchten Objekt zu untersuchen ist.3. The standard operation OP1 is on the original image applied, d. H. on the picture that you are looking for  Object to be examined.
B Prozeßschritte der dreifachinvarianten KorrelationB Process steps of the triple invariant correlation

  • 1. Die Standardoperation OP2 wird auf das Originalbild angewendet, wobei im Operationsschritt a) eine Kombination der oben genannten Transformationsfunktionen F O , F R , F G und F T angewandt werden kann.1. The standard operation OP2 is applied to the original image, and a combination of the above-mentioned transformation functions F 0 , F R , F G and F T can be used in operation step a).
  • 2. Die Standardoperation OP2 wird auf das Referenzbild angewandt, wobei eine Bildkoordinaten-Transformation mit den Funktionen F O , F R , F G und F T vorgenommen werden kann.2. The standard operation OP2 is applied to the reference image, whereby an image coordinate transformation can be carried out with the functions F O , F R , F G and F T.
  • 3. Mit Hilfe der Standardoperation OP3 erfolgt jetzt der erste Schritt zur gemeinsamen Fouriertransformation des bearbeiteten Originalbildes und des bearbeiteten Referenzbildes, wobei sowohl auf das bearbeitete Originalbild und das bearbeitete Referenzbild jeweils die Transformationsfunktionen F M und F T angewandt werden.3. With the help of the standard operation OP3, the first step for the common Fourier transformation of the processed original image and the processed reference image now takes place, the transformation functions F M and F T being applied to both the processed original image and the processed reference image.
  • 4. Das derart fouriertransformierte Bild wird mit der Standardoperation OP4 behandelt, wobei im Operationsschritt a) entweder keine Bildkoordinatentransformation oder eine Maßstabsveränderung vorgenommen wird, d. h. die Transformationsfunktionen F O der F G angewandt werden. Ein erstes Ergebnis E1 der Korrelation ist dann:
    • 1. Gesuchtes Objekt ist in dem gesuchten Bild vorhanden:
      JA oder NEIN.
      Wenn JA:
    • 2. der Rotationswinkel Δ ϕ, um den das gesuchte Objekt im Originalbild gegenüber seinem Referenzbild gedreht ist, wird angezeigt.
    • 3. Außerdem wird der Maßstabskorrekturfaktor Δ m angezeigt, um den die Größe des gesuchten Objektes im Originalbild gegen sein Referenzbild abweicht.
      Wenn NEIN, d. h. das gesuchte Objekt ist im gesuchten Bild nicht vorhanden, dann wird die Korrelation beendet, gegebenenfalls erfolgt ein Rücksprung zu dem Prozeßschritt 1.
    4. The Fourier-transformed image is treated with the standard operation OP4, wherein in operation step a) either no image coordinate transformation or a change in scale is carried out, ie the transformation functions F O or F G are used. A first result E1 of the correlation is then:
    • 1. The searched object is present in the searched image:
      Yes or no.
      If so:
    • 2. The rotation angle Δ ϕ by which the object sought in the original image is rotated relative to its reference image is displayed.
    • 3. In addition, the scale correction factor Δ m is displayed, by which the size of the searched object in the original image deviates from its reference image.
      If NO, that is to say the object sought is not present in the image sought, then the correlation is ended and, if necessary, a return is made to process step 1 .
  • 5. Die Standardoperation OP3 wird erneut, aber auf das Originalbild und das Referenzbild angewandt, wobei für das Originalbild die Transformationsfunktionen F R (Drehung um den Winkel -Δ ϕ, F G (Vergrößerung/Verkleinerung um den Faktor 1/Δ m) und F T und auf das Referenzbild die Transformationsfunktion F angewandt werden.5. The standard operation OP3 is applied again, but to the original image and the reference image, whereby for the original image the transformation functions F R (rotation by the angle - Δ ϕ , F G (enlargement / reduction by a factor 1 / Δ m) and F T and the transformation function F can be applied to the reference image.
  • 6. Auf die erhaltene Fouriertransformation wird die Standardoperation OP4 angewandt, wobei wiederum im Programmschritt a) die Transformation F O oder F G vorgenommen wird.6. The standard operation OP4 is applied to the obtained Fourier transformation, the transformation F 0 or F G again being carried out in program step a).

Die Ergebnisse E2 dieser Korrelation werden angezeigt, das sind die Ortskoordinaten x, y des gesuchten Objektes im untersuchten Originalbild.The results E2 of this correlation are displayed, that is the location coordinates x, y of the object sought in the examined original image.

Die dreifachinvariante Korrelation ist damit abgeschlossenThe triple invariant correlation is now complete

C Prozeßschritte der einfachen ortsinvarianten KorrelationC process steps of the simple invariant correlation

  • 1. Auf das Originalbild und das Referenzbild wird die Standardoperation OP3 angewandt, wobei das Originalbild mit den Transformationsfunktionen F R , F G und F T und das Referenzbild mit der Transformationsfunktion F T behandelt werden; wiederum ist nach der Aufzeichnung der gemeinsamen kohärent-optischen Fouriertransformation durch die Fernsehkamera in dem Digitalrechner der Operationsschritt c1 der Standardoperation OP3 möglich, d. h. eine 1 : 1-Transformation oder eine zur Verbesserung der Korrelation geeignete Transformation.1. The standard operation OP3 is applied to the original image and the reference image, the original image being treated with the transformation functions F R , F G and F T and the reference image with the transformation function F T ; again after the recording of the common coherent-optical Fourier transformation by the television camera in the digital computer, operation step c1 of the standard operation OP3 is possible, ie a 1: 1 transformation or a transformation suitable for improving the correlation.
  • 2. Auf das fouriertransformierte Bild wird die Standardoperation OP4 angewandt, wobei die Transformationsfunktion F O oder F G in dem Operationsschritt a) angewandt wird, demnach entweder keine Veränderung oder eine Maßstabsänderung.2. The standard operation OP4 is applied to the Fourier-transformed image, the transformation function F O or F G being applied in operation step a), accordingly either no change or a change in scale.

Als Ergebnis E der Korrelation werden die Ortskoordinaten x, y des gesuchten, durch das Referenzbild vorgegebenen Objektes im untersuchten Originalbild angezeigt, falls dieses Objekt dort vorhanden war.As the result E of the correlation, the location coordinates x, y of the object sought and specified by the reference image are displayed in the examined original image if this object was present there.

D Multispektrale KorrelationD Multispectral correlation

Mit dem Hybridkorrelator kann auch eine Korrelation mit multispektralen Bildern bei Ausnutzung von Form und Farbe zur Objekterkennung und Ortung ausgeführt werden. Bei diesem Verfahren wird von der Korrelation zweier einfarbiger Teilbilder ausgegangen, die in voneinander verschiedenen Spektralbereichen aufgenommen sind, und zwar sowohl für das Referenzbild des gesuchten Objektes als auch für das zu untersuchende Originalbild, so daß jeweils zwei Teilbilder vorliegen. Die Intervalle der Spektralbereiche sind so gewählt, daß eine bestmögliche Farbcharakterisierbarkeit der Bildelemente möglich ist.The hybrid correlator can also be used to correlate with multispectral images using shape and color be carried out for object detection and location. At this method is based on the correlation of two monochrome Drawing files proceeded in different from each other Spectral ranges are included, both for the reference image of the searched object as well as for the original image to be examined, so that two There are drawing files. The intervals of the spectral ranges are chosen so that the best possible color characterizability the picture elements is possible.

Die Prozeßschritte für die multispektrale Korrelation sind folgende: The process steps for multispectral correlation are the following:  

  • 1. Anwenden der Standardoperation OP5 auf die beiden Referenzteilbilder, die etwa von der Fernsehkamera 37, dem Referenzbildspeicher 38 oder der externen Eingabeeinheit 39 geliefert werden. Dabei sind R₁ und R₂ die Grenzwerte des für die Korrelation ausgewählten Farbintervalles zur Optimierung der Erkennbarkeit des gesuchten Objektes. Als Transformation wird entweder die identische Transformation oder die angegebene Farbtemperatur-Korrektur-Transformation F T vorgenommen.1. Apply the standard operation OP5 to the two reference partial images, which are supplied by the television camera 37 , the reference image memory 38 or the external input unit 39 . R ₁ and R ₂ are the limit values of the color interval selected for the correlation in order to optimize the recognizability of the object sought. Either the identical transformation or the specified color temperature correction transformation F T is carried out as the transformation.
  • 2. Abspeichern der Koordinatenkorrekturwerte Δ x i , Δ y i (1 = 1 = n) im Speicher der Korrekturstufe 35.2. Store the coordinate correction values Δ x i , Δ y i (1 = 1 = n) in the memory of the correction stage 35 .
  • 3. Anwenden der Standardoperation OP5 auf die Teiloriginalbilder, die entweder von der Fernsehkamera 37 oder der externen Eingabeeinheit 39 geliefert werden. Es wird wiederum eine identische oder die Farbtemperaturkorrektur-Transformation vorgenommen.3. Apply the standard operation OP5 to the partial original images provided by either the television camera 37 or the external input unit 39 . An identical or the color temperature correction transformation is carried out again.
E Prozeßschritte der multispektralen und dreifachinvarianten KorrelationE process steps of the multispectral and triple invariants correlation

  • 1. Durchführen der Vorarbeiten wird im Punkt D beschrieben.1. Performing the preparatory work is described in point D.
  • 2. Durchführen der dreifachinvarianten Korrelation entsprechend dem obigen Abschnitt B.2. Perform the triple invariant correlation accordingly section B above.
F Prozeßschritte der einfach ortsinvarianten multispektralen KorrelationF process steps of the simply locally invariant multispectral correlation

  • 1. Durchführen der Vorarbeiten gemäß Abschnitt D1.Performing the preliminary work in accordance with Section D
  • 2. Durchführen der Prozeßschritte der einfachen ortsinvarianten Korrelation gemäß Abschnitt C.2. Carrying out the process steps of the simple site invariants  Correlation according to section C.

Aus dem Vorhergehenden ist ersichtlich, daß sämtliche Korrelationen mit nur wenigen Standardoperationen in Echtzeit durchgeführt werden können. Die Vorteile des schnellen optischen Fouriersystemes und des flexiblen elektronischen Bild- und Transformationssystems werden optimal ausgenutzt.From the foregoing it can be seen that all Correlations with just a few standard operations in Can be done in real time. The advantages of fast optical Fourier system and flexible electronic image and transformation system optimally used.

Claims (5)

1. Einrichtung zur kohärent-optischen Korrelation zweier Bilder, und zwar eines ersten, zu untersuchenden Bildes (Originalbild) und eines ein gesuchtes Objekt darstellenden zweiten Bildes (Referenzbild) mit Hilfe zumindest zweiter kohärent-optischer Fouriertransformationen, gekennzeichnet durch
  • a) ein optisches Fouriersystem (22) bestehend aus einer Anzeigeeinrichtung, vorzugsweise einer Faseroptikanzeige (24), auf der die beiden Bilder darstellbar sind, und einem der Anzeige zugeordneten räumlichen Lichtmodulator (25), einer Lichtquelle (27) zum Aussenden kohärenten Lichtes auf einen Strahlteiler (26) zwischen dem Lichtmodulator (25) und einer Fourierlinse (28) sowie einer ersten Aufzeichnungseinheit (29) zum Aufzeichnen der fouriertransformierten Bilder;
  • b) ein digitales Bild- und Transformationssystem (23) mit
    • b1) einem Digitalrechner (31), der eingangsseitig verbunden ist mit
      • - einer zweiten Aufzeichnungseinrichtung (37), die Bilddaten des Originalbildes und/oder des Referenzbildes an den Digitalrechner (31) liefert,
      • - einem Referenzbildspeicher (38), der Bilddaten des Referenzbildes an den Digitalrechner (31) liefert und solche von diesem übernimmt,
      • - der ersten Aufzeichnungseinrichtung (29), die Bilddaten der fouriertransformierten Bilder an den Digitalrechner (31) liefert und
      • - gegebenenfalls einer Eingabeeinheit (39) zur externen Eingabe von weiteren Bild- oder Korrekturdaten in den Digitalrechner
    • b2) zumindest einem Bildspeicher (33) zum Abspeichern von bearbeiteten Bildsignalen
    • b3) einer digitalen Transformationsschaltung (34), die von dem Digitalrechner (31) bzw. dem Bildspeicher (33) gelieferte Bildsignale nach Maßgabe einer von dem Digitalrechner (31) vorgegebenen Transformation, (F O , F R , F G , F T , F M ) hinsichtlich der Bildkoordinaten transformiert (Koordinatentransformation) und diese transformierten Bildsignale an die Anzeigeeinrichtung (24, 25) des optischen Fouriersystemes (22) liefert;
  • c) die Maßnahme, daß durch den Digitalrechner (31) gesteuert, die zu vergleichenden Bilder in einem ersten Kreisprozeß durch das digitale Bild- und Transformationssystem (23) und das optische Fouriersystem (22) fouriertransformiert und anschließend in einem zweiten Kreisprozeß korreliert werden, wobei die Korrelationsergebnisse im Digitalrechner (31) ausgewertet und an einer Korrelationsanzeige (32) angezeigt werden.
1. Device for the coherent-optical correlation of two images, namely a first image to be examined (original image) and a second image representing a searched object (reference image) with the aid of at least second coherent-optical Fourier transformations, characterized by
  • a) an optical Fourier system ( 22 ) consisting of a display device, preferably a fiber optic display ( 24 ) on which the two images can be displayed, and a spatial light modulator ( 25 ) assigned to the display, a light source ( 27 ) for emitting coherent light onto one Beam splitter ( 26 ) between the light modulator ( 25 ) and a Fourier lens ( 28 ) and a first recording unit ( 29 ) for recording the Fourier-transformed images;
  • b) a digital image and transformation system ( 23 ) with
    • b1) a digital computer ( 31 ) which is connected on the input side to
      • a second recording device ( 37 ) which supplies image data of the original image and / or of the reference image to the digital computer ( 31 ),
      • a reference image memory ( 38 ), which supplies image data of the reference image to the digital computer ( 31 ) and accepts such data from the latter,
      • - The first recording device ( 29 ) which supplies image data of the Fourier-transformed images to the digital computer ( 31 ) and
      • - If necessary, an input unit ( 39 ) for the external input of further image or correction data into the digital computer
    • b2) at least one image memory ( 33 ) for storing processed image signals
    • b3) a digital transformation circuit ( 34 ), the image signals supplied by the digital computer ( 31 ) or the image memory ( 33 ) in accordance with a transformation predetermined by the digital computer ( 31 ), (F O , F R , F G , F T , F M ) transformed with respect to the image coordinates (coordinate transformation) and delivers these transformed image signals to the display device ( 24, 25 ) of the Fourier optical system ( 22 );
  • c) the measure that controlled by the digital computer ( 31 ), the images to be compared in a first cycle through the digital image and transformation system ( 23 ) and the Fourier optical system ( 22 ) Fourier transformed and then correlated in a second cycle, wherein the correlation results are evaluated in the digital computer ( 31 ) and displayed on a correlation display ( 32 ).
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Aufzeichnungseinrichtungen (29, 37) im optischen Fouriersystem (22) bzw. im digitalen Bild- und Transformationssystem (23) hoch auflösende Fernsehkameras, vorzugsweise CCD-Kameras sind.2. Device according to claim 1, characterized in that the two recording devices ( 29, 37 ) in the optical Fourier system ( 22 ) or in the digital image and transformation system ( 23 ) are high-resolution television cameras, preferably CCD cameras. 3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß unmittelbar vor dem Target der Fernsehkamera (29) des optischen Fouriersystems (22) ein Ortsfrequenzfilter (30) vorgesehen ist.3. Device according to claim 2, characterized in that a spatial frequency filter ( 30 ) is provided directly in front of the target of the television camera ( 29 ) of the optical Fourier system ( 22 ). 4. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der digitalen Transformationsschaltung (34) eine Korrekturstufe (35) zur Korrektur der Bildgeometrie mit einem Korrekturenspeicher (36) nachgeschaltet ist, und daß der Ausgang dieser Korrekturstufe (35) mit dem Eingang der Anzeigeeinrichtung (24) des optischen Fouriersystemes (22) verbunden ist.4. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the digital transformation circuit ( 34 ) is followed by a correction stage ( 35 ) for correcting the image geometry with a correction memory ( 36 ), and that the output of this correction stage ( 35 ) with the input of Display device ( 24 ) of the Fourier optical system ( 22 ) is connected. 5. Verfahren zur kohärent-optischen Korrelation zweier Bilder mit einer Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Bilder elektronisch erfaßt und als Folge von Bildsignalen abgespeichert werden, daß auf die Bildsignale elektronisch Bildkoordinaten-Transformationen zur Erzielung einer geometrischen Invarianz der Korrelation angewandt werden, daß die transformierten Bilder optisch fouriertransformiert werden, daß das Ergebnis der Fouriertransformation elektronisch aufgezeichnet, abgespeichert und - gegebenenfalls nach erneuter Bildkoordinaten-Transformation - wiederum optisch fouriertransformiert wird, und daß das Ergebnis der zweiten optischen Fouriertransformation als Korrelationsergebnis elektronisch aufgezeichnet, abgespeichert und ausgewertet wird.5. Method for the coherent-optical correlation of two Images with a device according to one of the preceding Claims, characterized in that the Images captured electronically and as a sequence of image signals that are stored on the image signals electronic image coordinate transformations to achieve a geometric invariance of the correlation applied that the transformed images be optically Fourier transformed that the result the Fourier transform recorded electronically, saved and - if necessary after renewed Image coordinate transformation - again optically Fourier transformed and that the result of second optical Fourier transformation as a correlation result electronically recorded, saved and is evaluated.
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