DE3925799C2 - Camera for optical multi-character image analysis - Google Patents
Camera for optical multi-character image analysisInfo
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- H—ELECTRICITY
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- H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
- H04N5/00—Details of television systems
- H04N5/30—Transforming light or analogous information into electric information
Description
Die Erfindung betrifft eine vorzugsweise kameraartige Anord nung zur optischen Verarbeitung zweidimensionaler Bildinforma tionen mittels multicharakteraler Analyse. Sie findet Anwen dung auf dem Gebiet der Biologie, Medizin, des Umweltschutzes und deren Grenzgebieten zur Beurteilung biologischer und medi zinischer Präparate, indem sie z. B. als Mikroskopkameraauf satz eingesetzt wird. Weiterhin ist sie als optischer Sen sor in der Robotertechnik geeignet, um verschiedenartige Bau elemente und sonstige Teile zu unterscheiden, und im Bauwesen zur schnellen optischen Beurteilung von Gebäuden verwendbar. Als weiteres Anwendungsgebiet ist die Sicherungstechnik denk bar.The invention relates to a preferably camera-like arrangement for optical processing of two-dimensional image information tion using multicharacterial analysis. It finds users in the fields of biology, medicine, environmental protection and their border areas for the assessment of biological and medi zinischer preparations by z. B. as a microscope camera sentence is used. Furthermore, it is an optical sensor sor in robot technology suitable for various types of construction distinguish elements and other parts, and in construction usable for quick visual assessment of buildings. Security technology is a further area of application bar.
Bekanntlich kann elektromagnetische Strahlung sowohl in Betrag und Phase, Wellenlänge sowie Polarisationsrichtung charakte ristische Informationen enthalten, die geeignet sind, unter schiedliche Objektbilder voneinander zu unterscheiden. Dabei haben sich verschiedene Methoden der optischen Bildverarbei tung, die sich jeweils nach der als Informationsträger ausge nutzten Eigenschaft der elektromagnetischen Wellen unterschei den, durchgesetzt:As is well known, electromagnetic radiation can both in amount and phase, wavelength and polarization direction contain statistical information that is suitable at distinguish different object images from each other. Here have different methods of optical image processing tion, which each emerged according to the information carrier used property of electromagnetic waves the, enforced:
- - strukturzonale Bildanalyse- structural zone image analysis
- - multispektrale Bildanalyse- multispectral image analysis
- - polarisationsoptische Bilduntersuchung.- polarization-optical image examination.
Die strukturzonale Bildanalyse kann sowohl kohärent (Bei spiele hierfür sind von PERNICK et al. in Appl. Opt. 17 (1) 1978, 21 und von KRÜGER et al. in Appl. Opt. 16 (10) 1977, 2637 angegeben) als auch inkohärent (Beispiele hierfür sind veröffentlicht von CARTWRIGT et al. in Proc. of SPIE, Vol. 422, N. Y. 1 983 und in der DD-PS 2 46 466).Structural zone image analysis can be both coherent (at Games for this are from PERNICK et al. in Appl. Opt. 17 (1) 1978, 21 and by KRÜGER et al. in Appl. Opt. 16 (10) 1977, 2637) and incoherent (examples of which are published by CARTWRIGT et al. in proc. of SPIE, vol. 422, N. Y. 1 983 and in DD-PS 2 46 466).
Im Gegensatz zur strukturzonalen Analyse nutzt die Multispek traltechnik nicht die örtliche Verteilung von Betrag und Phase der elektromagnetischen Welle, sondern deren spektrale Zusammen setzung als Informationsträger aus.In contrast to structural zone analysis, the Multispek uses traltechnik not the local distribution of amount and phase the electromagnetic wave, but its spectral combination exposure as an information carrier.
Nach der Zerlegung in verschiedene Spektralkanäle mittels einer Multispektralkamera (beispielsweise MKF 6, MSK-4 vom Kombinat VEB Carl Zeiss JENA) wird über einen Multispektral projektor (z. B. MSP 4C vom gleichen Hersteller) oder eine spezielle elektronische Datenverarbeitungseinrichtung eine Bewertung des Bildinhaltes auf Grund der spektralen Anteile in einzelnen Bildteilen vorgenommen. Diese Methode hat vor allem den Nachteil, daß die Aufnahme und die Auswertung zeitlich auseinanderfallen und die Auswertung relativ aufwendig ist. Die Bildinformation kann auch ausschließlich oder zusätzlich in der örtlichen Verteilung der Polarisationsrichtung der elektromagnetischen Welle enthalten sein. Ein typisches Beispiel dafür ist in der Polarisationsmikroskopie gegeben, bei der die zu untersuchende Probe mit linear polarisiertem Licht beleuch tet, die Polarisationsrichtung örtlich entsprechend der Stoff verteilung der zu untersuchenden Probe geändert wird und die elektromagnetische Welle bildseitig durch einen Analysator (Polarisationsfilter) untersucht und bewertet wird (vgl. z. B. BEYER: Handbuch der Mikroskopie, Verlag Technik, Berlin). Der Stand der Technik ist im wesentlichen dadurch gekennzeich net, daß die zur Objektklassifikation genutzte Bildinformation entweder nur strukturzonal oder nur multispektral oder nur polarisationsoptisch verarbeitet wird. Ein erster Ansatz zur Kopplung strukturzonaler und multispektraler Verarbeitung wird von ZIMAN ("O Strukturzonalnej Metodike" in "Isledowanie Zemli iz Kosmosa" (1980) 4) angegeben. Dabei werden die zur Klassi fikation genutzten strukturzonalen Parameter durch mehrere multispektrale Parameter ergänzt, die jeweils einen über den gesamten, erfaßten Bildausschnitt (Operationseinheit) gemittel ten Intensitätswert in je einem Spektralkanal repräsentieren. After splitting into different spectral channels using a multispectral camera (e.g. MKF 6, MSK-4 from Kombinat VEB Carl Zeiss JENA) is over a multispectral projector (e.g. MSP 4C from the same manufacturer) or a special electronic data processing device Evaluation of the image content based on the spectral components made in individual parts of the picture. Above all, this method has the disadvantage that the recording and evaluation time fall apart and the evaluation is relatively complex. The image information can also exclusively or additionally in the local distribution of the polarization direction of the electromagnetic wave may be included. A typical example this is the case in polarization microscopy, in which the Illuminate the sample to be examined with linearly polarized light tet, the polarization direction locally according to the substance distribution of the sample to be examined is changed and the electromagnetic wave on the image side through an analyzer (Polarization filter) is examined and evaluated (see e.g. BEYER: Handbook of Microscopy, Verlag Technik, Berlin). The state of the art is essentially characterized by this net that the image information used for object classification either only structurally or only multispectrally or only is processed polarization-optically. A first approach to Coupling structure-zonal and multispectral processing by ZIMAN ("O Strukturzonalnej Metodike" in "Isledowanie Zemli iz Kosmosa "(1980) 4). The classi structural zone parameters used by several multispectral parameters, each one over the entire, captured image section (operation unit) averaged represent th intensity value in each spectral channel.
Es handelt sich hierbei also um eine Hinzunahme zusätzlicher Parameter und damit um eine Erhöhung der Anzahl der elektronisch zu bewertenden Meßwerte, die voneinander unabhängig sind und somit den Auswerteaufwand materiell und zeitlich vergrößern.So this is an addition of additional ones Parameters and thus an increase in the number of electronically Measured values to be assessed, which are independent of one another and thus increase the evaluation effort materially and temporally.
Ziel der Erfindung ist es, eine Möglichkeit zur schnellen op tischen Bildverarbeitung zu finden, mit einfachen Mitteln in Quasi-Echtzeit zu sicheren Aussagen über die betrachteten Objekte zu gelangen.The aim of the invention is to provide a quick op table image processing, with simple means in Quasi-real time to make reliable statements about the viewed Objects.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine kameraartige Anordnung zur optischen Bildverarbeitung mittels multicharak teraler Analyse zu realisieren, die zur Erhöhung der Klassi fikationswahrscheinlichkeit keinen höheren Aufwand für die elektronisch zu verarbeitenden Meßwerte benötig.The invention has for its object a camera-like Arrangement for optical image processing using multicharak to realize teral analysis that increase the classi fiction probability no higher effort for the Measured values to be processed electronically.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei einer Kamera zur optischen, multicharakteralen Bildanalyse mit einem Aufnahmestrahlengang, der ein herkömmliches Kameraobjektiv und ein Bildaufzeichnungs medium in der Bildebene des Kameraobjektives beinhaltet, mit einem Auswertestrahlengang, der aufeinanderfolgend eine Strahlungsquelle, eine in beliebige Maskenform und -lagen schaltbare Blendenanordnung, ein optisch brechendes System, daß das Bildaufzeichnungsmedium des Aufnahmestrahlenganges und einen optoelektronischen Empfänger enthält, wobei der Aus wertestrahlengang mittels eines halbdurchlässigen Spiegels ab gewinkelt ist und die Blendenanordnung über das optisch bre chende System scharf in die Empfängerebene abgebildet ist, und mit einer an den Empfänger gekoppelten Auswerteeinheit für strukturzonale Werte dadurch gelöst, daß die schaltbare Blen denanordnung ein Flüssigkristalldisplay ist, daß das Bildauf zeichnungsmedium ein opto-optischer Bildwandler ist, daß eine optische Filteranordnung vor dem Bildwandler im Aufnahme strahlengang angeordnet ist und daß eine Steuereinheit zur wahlweisen Ansteuerung der Blendenanordnung und der Filteran ordnung sowie zur Informationsübergabe der gewählten Blenden- Filter-Kombination an die Auswerteeinheit für strukturzonale Werte vorhanden ist.According to the invention, the task for a camera for optical, multi-character image analysis with one exposure beam path, which is a conventional camera lens and image recording medium in the image plane of the camera lens, with an evaluation beam path, the one successively Radiation source, one in any mask shape and position switchable aperture arrangement, an optically refractive system, that the image recording medium of the exposure beam path and contains an optoelectronic receiver, the off value ray path by means of a semi-transparent mirror is angled and the aperture arrangement over the optically bre system is clearly shown in the receiver plane, and with an evaluation unit coupled to the receiver for Structural zone values solved in that the switchable Blen The arrangement of a liquid crystal display is that the image on drawing medium is an opto-optical image converter that a optical filter arrangement in front of the image converter in the picture beam path is arranged and that a control unit for optional control of the aperture arrangement and the filter order and for the information transfer of the selected aperture Filter combination to the evaluation unit for structural zones Values exists.
Vorteilhaft läßt sich als Blendenanordnung ein Flüssigkristall display mit vorgeordnetem Polarisator und nachgeordnetem Ana lysator einsetzen, um beliebige, geeignete Maskenformen und -lagen realisieren zu können. Der Bildwandler ist vorzugsweise ein in Reflexion auslesbarer LC-Bildwandler.A liquid crystal can advantageously be used as the diaphragm arrangement display with upstream polarizer and downstream Ana Use the analyzer to create any suitable mask shapes and locations. The imager is preferred a reflection-readable LC image converter.
Die schaltbare Filteranordnung kann aus einer Farbfilterein heit und/oder einem linearen, drehbaren Polarisator bestehen. Dabei ergeben sich für die Farbfiltereinheit verschiedene Realisierungsmöglichkeiten.The switchable filter arrangement can be a color filter unit and / or a linear, rotatable polarizer. This results in different for the color filter unit Realization options.
Die Farbfiltereinheit besteht zweckmäßig aus Interferenzerschei nungen erzeugenden, nematischen Flüssigkristallen, die sich zwischen gekreuzten Polarisatoren befinden, so daß sich durch Variationen der Ansteuerspannung verschiedene Interferenzfar ben ergeben.The color filter unit suitably consists of interference nematic liquid crystals, which generate between crossed polarizers, so that by Variations in the drive voltage different interference color ben result.
Eine andere Möglichkeit für die Farbfiltereinheit besteht in dem Aufbau aus zwei Twist-Zellen und zwei Phasenplättchen, die von einem Polarisator gefolgt werden, wodurch mit der Kombina tion von einzelnen Schaltzuständen vier Grundwellenlängen einstellbar sind.Another possibility for the color filter unit is in the structure of two twist cells and two phase plates, the followed by a polarizer, which means with the Kombina tion of individual switching states four basic wavelengths are adjustable.
Die günstigste Realisierung für die Farbfiltereinheit ergibt sich bei Verwendung von nematischen LC-Schichten mit eingela gerten unterschiedlichen Farbstoffen, die in ihrer Transmis sion mittels des Guest-Host-Effektes schaltbar sind.The cheapest implementation for the color filter unit results when using nematic LC layers with a produce different dyes in their transmis sion can be switched using the guest-host effect.
Der lineare, drehbare Polarisator läßt sich vorteilhaft aus einem linearen Polarisator und einer 90°-Twist-Zelle zusammen setzen.The linear, rotatable polarizer can be advantageously used a linear polarizer and a 90 ° twist cell put.
Die Arbeitsweise einer solchen erfindungsgemäßen Kamera ist dadurch charakterisiert, daß zyklisch der Ansteuerzustand der unstrukturierten, schaltbaren Farbfiltereinheit und/oder des drehbaren Polarisators geändert wird und während eines festge haltenen Ansteuerzustandes dieser optischen Filteranordnung mittels der bekannten Art und Weise der inkohärent-struktur zonalen Analyse zonenintegrale Meßwerte durch entsprechende Variationen der in der Blendenanordnung erzeugten Maskenformen und -lagen ermittelt werden.The mode of operation of such a camera according to the invention is characterized in that the control state of the unstructured, switchable color filter unit and / or the rotatable polarizer is changed and during a festge held driving state of this optical filter arrangement by means of the known way of incoherent structure zonal analysis zone-integral measured values by appropriate Variations in the mask shapes created in the diaphragm arrangement and positions are determined.
Bei k verschiedenen Zuständen des Farbfilters und l verschie denen Zuständen des Polarisationsfilters sowie m verschiedenen Maskenformen und/oder Maskenlagen der Blendenanordnung ent stehen, mittels der Steuereinheit nacheinander verschieden kombiniert, insgesamt (maximal) N = k · l · m verschiedene multicharakterale Meßwerte, wenn alle Möglichkeiten der erfin dungsgemäßen Anordnung ausgeschöpft werden.With k different states of the color filter and l different the states of the polarization filter and m different Mask shapes and / or mask layers of the diaphragm arrangement ent stand differently one after the other by means of the control unit combined, total (maximum) N = k · l · m different multi-character measurement values if all possibilities of the invent arrangement according to the invention are exhausted.
Die Blendenanordnung ist dabei zur Realisierung verschiedener Maskenformen und -lagen als strahlende Flächen für die an sich bei der inkohärent-strukturzonalen Analyse bekannte Festlegung der Integrationszonen eingesetzt. Es muß gewährleistet werden, daß die strahlenden Flächen polychromatisches bzw. polychro matisches, linear polarisiertes Licht abgeben. Um hinreichende Inkohärenz der Strahlung zu erreichen, kann zwischen der kon ventionellen, thermischen Strahlungsquelle und der Blendenan ordnung noch eine Streuscheibe angeordnet sein. Entscheidende Bedeutung für die Erfüllung der Aufgaben als Echtzeit-Bildverarbeitungskamera hat das eingesetzte Bild speichermedium, das als schneller LC-Bildwandler für einen parallelen Auswertevorgang geeignet ist.The aperture arrangement is different for realizing Mask shapes and layers as radiant surfaces for yourself Known definition in the incoherent structural zone analysis of the integration zones. It must be ensured that the radiating surfaces polychromatic or polychro emit matically, linearly polarized light. To adequate Achieving incoherence of radiation can occur between the con conventional thermal radiation source and the aperture order a lens can be arranged. Crucial for fulfilling the tasks as Real-time image processing camera has the inserted image storage medium that acts as a fast LC image converter for one parallel evaluation process is suitable.
Wesentlich für die Funktionsweise der Kamera ist - wie bei der strukturzonalen Analyse üblich - der sogenannte Programmierungs bzw. Lernprozeß für die erforderlichen Vergleichswerte in der Auswerteeinheit, der trotz der Hinzunahme von verschiedenen anderen charakteristischen Eigenschaften der Strahlung keinen zusätzlichen Programmieraufwand erfordert. Wellenlänge und/oder Polarisationszustand der betrachteten Objekte werden damit in den strukturzonalen Auswerteprozeß direkt integriert und steigern die Zuverlässigkeit der Aussagen über die Objekte. Es ist ergänzend zu erwähnen, daß die Grundidee der Erfindung bei nicht geforderter Echtzeitbildverarbeitung auch an Bild speichermedien, die einem Zwischenbearbeitungsprozeß unterlie gen, realisierbar ist, indem der Aufnahmestrahlengang vom Auswertestrahlengang getrennt wird. Ebenso lassen sich Objekt aufnahmen, die nicht multispektral oder polarisationsoptisch zerlegt wurden, in dem erfindungsgemäßen Auswertestrahlengang durch nachträgliches Einbringen von Farb- und/oder Polarisations filtern, möglichst in der Nähe des Empfängers, noch multicharak teral auswerten.It is essential for the functioning of the camera - as with the Structural zone analysis common - the so-called programming or learning process for the required comparative values in the Evaluation unit that despite the addition of various no other characteristic properties of radiation requires additional programming effort. Wavelength and / or The state of polarization of the objects under consideration are thus in directly integrates the structure-zonal evaluation process and increase the reliability of the statements about the objects. It should also be mentioned that the basic idea of the invention if real-time image processing is not required, also on the image storage media that are subject to an intermediate processing process gene, can be realized by taking the exposure beam path from Evaluation beam path is separated. Likewise, object recordings that are not multispectral or polarization-optical were disassembled in the evaluation beam path according to the invention through the subsequent introduction of color and / or polarization filter, as close as possible to the receiver, still multicharak evaluate terally.
Mit der erfindungsgemäßen Kamera ist mit einfachen Mitteln eine in Quasi-Echtzeit arbeitende Anordnung entstanden, die eine multicharakterale Bildverarbeitung auf der Basis von struktur zonaler, multispektraler und polarisationsoptischer Analyse ermöglicht, ohne den Aufwand für die elektronische Bewertung der Meßwerte zu erhöhen. Die erreichbaren Klassifikationswahr scheinlichkeiten lassen sich steigern, oder es kann mit weniger Meßwerten die Auswertezeit gesenkt werden.With the camera according to the invention is a simple means an arrangement that worked in quasi real time multi-character image processing based on structure zonal, multispectral and polarization-optical analysis enables without the hassle of electronic evaluation to increase the measured values. The achievable classification true Probabilities can be increased, or it can be done with less Measured values the evaluation time can be reduced.
Die Erfindung soll nachstehend anhand zweier Ausführungsbei spiele näher erläutert werden. Die Zeichnungen zeigen:The invention is based on two exemplary embodiments games are explained in more detail. The drawings show:
Fig. 1 die erfindungsgemäße Kamera in ihrem Grundaufbau, Fig. 1, the camera according to the invention in its basic structure,
Fig. 2 den Aufbau einer Farbfiltereinheit und Fig. 2 shows the structure of a color filter unit and
Fig. 3 eine Variante der Bildverarbeitung. Fig. 3 shows a variant of the image processing.
Die erfindungsgemäße Anordnung besteht in ihrem Grundaufbau, wie in Fig. 1 dargestellt, aus einem Aufnahmestrahlengang mit einem Kameraobjektiv 1, einer optischen Filteranordnung 2 und einem Bildwandler 3 sowie einem Auswertestrahlengang mit einer thermischen Strahlungsquelle 4, einer Blendenanordnung 5, einem optisch brechenden System 6, dem Bildwandler 3 und einem opto elektronischen Empfänger 7.In its basic structure, the arrangement according to the invention, as shown in FIG. 1, consists of a recording beam path with a camera lens 1 , an optical filter arrangement 2 and an image converter 3 and an evaluation beam path with a thermal radiation source 4 , an aperture arrangement 5 , and an optically refractive system 6 , the image converter 3 and an opto-electronic receiver 7 .
Dabei sind Aufnahme- und Auswertestrahlengang im wesentlichen auf einer gemeinsamen optischen Achse 9 angeordnet. Lediglich der Empfänger 7 ist über einen halbdurchlässigen Spiegel 8 mit der gemeinsamen optischen Achse 9 gekoppelt.The recording and evaluation beam path are essentially arranged on a common optical axis 9 . Only the receiver 7 is coupled to the common optical axis 9 via a semi-transparent mirror 8 .
Die Blendenanordnung 5 ist dabei aus einer Flüssigkristall zelle 51, und Polarisatoren 52, 53 zusammengesetzt, wobei die Flüssigkristallzelle 51 zwischen den gekreuzten Polarisatoren angeordnet ist.The baffle arrangement 5 is cell of a liquid crystal 51, and polarizers 52, composed 53, wherein the liquid crystal cell 51 is arranged between the crossed polarizers.
Der Bildwandler 3 ist in dieser Anordnung ein in Reflexion arbeitender Bildwandler, beispielsweise auf LC-Basis. Übliche Bildwandler 3 stellen im Sinne der strukturzonalen Analyse nur Bilder zur ausleseseitigen Auswertung zur Verfügung, die lediglich die Information über die einschreibseitig durch das Kameraobjektiv 1 auf den Bildwandler 3 belichtete örtliche Intensitätsverteilung enthalten. Die in der örtlichen Spektral- und Polarisationsverteilung der Objektszene 10 enthaltene Bildinformation ist dadurch nicht erfaßbar. Deshalb wird die Filteranordnung 2, die sich vor dem Bildwandler 3 befindet, zur Wandlung der Spektral- und Polarisationsanteile der Strahlung in Intensitätsverteilungen eingesetzt.In this arrangement, the image converter 3 is an image converter operating in reflection, for example based on LC. In the sense of the structure-zone analysis, customary image converters 3 only provide images for evaluation on the readout side, which only contain the information about the local intensity distribution exposed on the image converter 3 by the camera lens 1 on the write-in side. As a result, the image information contained in the local spectral and polarization distribution of the object scene 10 cannot be detected. Therefore, the filter arrangement 2 , which is located in front of the image converter 3, is used to convert the spectral and polarization components of the radiation into intensity distributions.
Die Filteranordnung 2 kann aus einer Farbfiltereinheit 21 und/oder aus einem drehbaren Polarisator bestehen. Das gewähl te Ausführungsbeispiel soll beide als Kombination beinhalten. Die Farbfiltereinheit kann sehr verschieden realisiert sein. So ist eine Möglichkeit dadurch gegeben, eine magazinierte und mechanisch schaltbare Anordnung verschiedener Festfilter zu verwenden. Für tragbare Kameras ist es jedoch bereits aus Massegründen günstiger, auf Medien mit elektrooptischen Effekten zurückzugreifen. Die farbselektiven Filter können mit Interfe renzerscheinungen erzeugenden, nematischen LC-Schichten zwischen gekreuzten Polarisatoren realisiert werden, wobei durch Vari ation der Ansteuerspannung verschiedene Interferenzfarben er zeugt werden.The filter arrangement 2 can consist of a color filter unit 21 and / or a rotatable polarizer. The selected te embodiment should include both as a combination. The color filter unit can be implemented in very different ways. There is thus a possibility of using a collated and mechanically switchable arrangement of different fixed filters. For portable cameras, however, it is cheaper for mass reasons to use media with electro-optical effects. The color-selective filters can be realized with interference-generating nematic LC layers between crossed polarizers, whereby different interference colors are generated by varying the control voltage.
Eine weitere Realisierungsmöglichkeit ist eine Anordnung aus zwei Twist-Zellen und zwei Phasenplättchen, die sich jeweils zwischen den Twistzellen und einem nachgeordneten Polarisator befinden. Durch Kombination der einzelnen Schaltzustände sind vier Grundwellenlängen mit einer Breite von ca. 100 nm einstell bar.Another possible implementation is an arrangement two twist cells and two phase plates, each one between the twist cells and a downstream polarizer are located. By combining the individual switching states set four basic wavelengths with a width of approx. 100 nm bar.
Die aussichtsreichste Variante von schaltbaren Farbfiltern beruht auf der Ausnutzung des Guest-host-Effektes, wobei mit nematischen Flüssigkristallen und eingelagerten Farbstoffen bei Spannungsänderung eine Absorptionsänderung erreicht wird. Fig. 2 zeigt dazu den Aufbau der gesamten Farbfiltereinheit. Zwischen mit transparenten Elektroden 121 beschichteten Glasträgern 122 wird durch bekannte Orientierungstechniken eine planare Orientierung der mit Farbstoff dotierten, nema tischen LC-Schicht 123 erreicht. Bestrahlt man diese aus drei derartigen Zellen bestehende Anordnung, wobei jede Zelle einen anderen Farbstoff enthält, mit dem den Polarisator 124 pas sierenden, linear polarisierten Licht, können in verschiedenen Ansteuerzuständen unterschiedliche Farben selektiert werden. Diese Farbselektion ist beispielsweise auf die Farben blau, gelb, rot einstellbar.The most promising variant of switchable color filters is based on the use of the guest-host effect, whereby an absorption change is achieved with nematic liquid crystals and embedded dyes when the voltage changes. Fig. 2 shows to the structure of the entire color filter unit. Between glass substrates 122 coated with transparent electrodes 121, planar orientation of the dye-doped, nematic LC layer 123 is achieved by known orientation techniques. If one irradiates this arrangement consisting of three such cells, each cell containing a different dye with which the polarizer 124 is used, linearly polarized light, different colors can be selected in different control states. This color selection can be set to the colors blue, yellow and red, for example.
Für die Analyse des Polarisationszustandes mittels des dreh baren linearen Polarisators 22 ist es vorteilhaft, eine 90°- Twist-Zelle in Verbindung mit einem linearen Polarisator einzu setzen.For the analysis of the polarization state by means of the rotatable linear polarizer 22 , it is advantageous to use a 90 ° twist cell in conjunction with a linear polarizer.
In der Twist-Zelle erfolgt eine Drehung der Polarisationsrich tung um 90°, wenn diese mit einer der Achsen des LC-Direktors übereinstimmt. Legt man eine Spannung an den Flüssigkristall, wird die Verdrillung der LC-Moleküle und damit die Drehung der Polarisationsrichtung aufgehoben. Damit ist beispielsweise im spannungslosen Zustand die x- und im angesteuerten Zustand die y-Komponente auswertbar.The polarization direction is rotated in the twist cell 90 ° if this is with one of the axes of the LC director matches. If you put a voltage on the liquid crystal, is the twisting of the LC molecules and thus the rotation of the Polarization direction canceled. So for example in the de-energized state the x and in the activated state the y component can be evaluated.
Weitere Elemente in Fig. 1, die die Auswertung verbessern sind eine Steuerscheibe 41, die der Strahlungsquelle 4 zuzuordnen ist, damit das von ihr abgegebene Licht ausreichende Inkohärenz aufweist, sowie eine Blende 71, die z. B. als pinhole-Blende auf der abgewickelten optischen Achse direkt dem Empfänger 7 vorgeordnet ist.Further elements in FIG. 1 which improve the evaluation are a control disk 41 which is to be assigned to the radiation source 4 so that the light emitted by it has sufficient incoherence, and an aperture 71 which, for. B. is directly upstream of the receiver 7 as a pinhole aperture on the developed optical axis.
Die Farbfiltereinheit 21 und der drehbare lineare Polarisator 22 erhalten ihre Ansteuersignale von einer Ansteuereinheit 11, die mit der Auswerteeinheit 12 über Synchron- und Rückmeldesig nale in Verbindung steht. Außerdem erfolgt von der Ansteuer einheit 11 die Ansteuerung der Blendenanordnung 5, so daß für jeweils eine festgehaltene Filterkombination der Farbfilter einheit 21 und des drehbaren linearen Polarisators 22 verschie dene Maskenformen und -lagen realisiert werden, die jeweils einen multicharakteralen Meßwert am Ausgang des optoelektro nischen Empfängers 7 zur Folge haben. Die Auswerteeinheit 12 führt mit dieser Meßwertfolge genau dieselben Operationen aus, wie sie für die strukturzonale Analyse erforderlich sind. Damit bleibt der Programmierungs- und Auswerteaufwand prinzi piell im gleichen Umfang wie bei der ausschließlich struktur zonalen Analyse erhalten.The color filter unit 21 and the rotatable linear polarizer 22 receive their control signals from a control unit 11 which is connected to the evaluation unit 12 via synchronous and feedback signals. In addition, the control unit 11 controls the diaphragm arrangement 5 , so that different mask forms and positions are realized for a fixed filter combination of the color filter unit 21 and the rotatable linear polarizer 22 , each of which has a multicharacterial measured value at the output of the optoelectronic African receiver 7 result. The evaluation unit 12 uses this sequence of measured values to carry out exactly the same operations as are required for the structure-zone analysis. In this way, the programming and evaluation effort is principally retained to the same extent as with the purely structural zonal analysis.
In Fig. 3 ist zur Erläuterung eine weniger anspruchsvolle Bildverarbeitungsvariante gemäß der Grundidee der Erfindung angegeben. Hierbei wird angenommen, daß die Objektszene 10 in einem bereits abgeschlossenen Aufnahmeprozeß auf ein Bild speichermedium 33 gebracht wurde, wobei Farb- und Polarisations verteilung der Objektszene 10 mit enthalten sind. Für diesen Fall vereinfacht sich die Anordnung und Filteranordnung 2 mit Farbfiltereinheit 21 und drehbarem linearem Polarisator 22 muß mit in den Auswertestrahlengang gebracht werden, wobei die Notwendigkeit der Abknickung der gemeinsamen optischen Achse gemäß Fig. 1 nicht (oder nur im Ausnahmefall: nicht transparentes Bildspeichermedium 33) notwendig ist. Die Filter anordnung 2, die in gleicher Weise, wie im ersten Beispiel beschrieben, aufgebaut ist und in gleicher Art angesteuert wird, wird vorteilhaft in unmittelbarer Nähe des Empfängers 7 ange ordnet. Die Ansteuerung, Synchronisation und Auswertung der wiederum multicharakteralen Meßwerte erfolgt analog dem ersten Ausführungsbeispiel.A less demanding image processing variant according to the basic idea of the invention is given in FIG. 3 for explanation. Here, it is assumed that the object scene 10 was placed on an image storage medium 33 in an already completed recording process, with color and polarization distribution of the object scene 10 being included. In this case, the arrangement and filter arrangement 2 with color filter unit 21 and rotatable linear polarizer 22 must be brought into the evaluation beam path, the need to bend the common optical axis according to FIG. 1 not (or only in exceptional cases: non-transparent image storage medium 33 ) necessary is. The filter arrangement 2 , which is constructed in the same way as described in the first example and is controlled in the same way, is advantageously arranged in the immediate vicinity of the receiver 7 . The control, synchronization and evaluation of the multicharacterial measured values takes place analogously to the first embodiment.
BezugszeichenlisteReference list
1 Kameraobjektiv
2 Filteranordnung
21 Farbfiltereinheit
22 drehbarer, linearer Polarisator
3 Bildwandler
33 Bildspeichermedium
4 thermische Strahlungsquelle
41 Streuscheibe
5 Blendenanordnung
51 Flüssigkristallzelle
52, 53 gekreuzte Polarisatoren
6 optisch brechendes System
7 Empfänger
71 Blende
8 halbdurchlässiger Spiegel
9 gemeinsame optische Achse
10 Objektszene
11 Ansteuereinheit
12 Auswerteeinheit
121 Elektroden
122 Glasträger
123 LC-Schicht
124 Polarisator 1 camera lens
2 filter arrangement
21 color filter unit
22 rotatable, linear polarizer
3 image converter
33 Image storage medium
4 thermal radiation source
41 lens
5 aperture arrangement
51 liquid crystal cell
52 , 53 crossed polarizers
6 optically refractive system
7 receivers
71 aperture
8 semi-transparent mirror
9 common optical axis
10 object scene
11 control unit
12 evaluation unit
121 electrodes
122 glass supports
123 LC layer
124 polarizer
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