DE69312117T2

DE69312117T2 - Prozessor optischer Informationen

Info

Publication number: DE69312117T2
Application number: DE69312117T
Authority: DE
Inventors: Atsushi Hukui; Masami Ito; Kanji Nishii
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1992-01-30
Filing date: 1993-01-19
Publication date: 1998-02-26
Anticipated expiration: 2013-01-20
Also published as: US5363455A; EP0557709B1; CA2087888C; CA2087888A1; KR0130961B1; KR930016846A; JPH05210141A; DE69312117D1; EP0557709A1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein eine visuelle Erkennungsvorrichtung zum Gebrauch in beispielsweise einem Roboter und spezieller einen Prozessor optischer Informationen, der in einer visuellen Erkennungsvorrichtung gebraucht wird, um auf optischem Wege eine Bildverarbeitung oder eine Bilderkennung durchzuführen.

Beschreibung des Standes der Technik

In letzter Zeit bestand eine starke Nachfrage auf dem Gebiet der Bildverarbeitung oder Bilderkennung nach einer größeren Verarbeitungsgeschwindigkeit für eine große Zahl von Bildpunkten, als bisher erreicht wurde. Zu diesem Zweck ist die Entwicklung eines Prozessors optischer Informationen vorangetrieben worden, indem ein schneller Parallelbetrieb von Licht verwendet wurde.
Die JP-B-2-1 32412 offenbart einen Prozessor optischer Informationen wie in Fig. 1 gezeigt. In Fig. 1 bezeichnet Bezugszeichen 20 eine TV-Kamera; Bezugszeichen 21 bezeichnet eine erste Flüssigkristallanzeige zum Anzeigen eines Bildes, das von der TV-Kamera 20 aufgenommen wurde; Bezugszeichen 22 bezeichnet eine Laserdiode; Bezugszeichen 23 bezeichnet eine Kollimatorlinse zum Kollimieren von Licht von der Laserdiode 22; und Bezugszeichen 24 bezeichnet eine erste Linse.
Die erste Flüssigkristallanzeige 21 ist in einer ersten Brennpunktebene der ersten Linse 24 nahe der Kollimatorlinse 23 angeordnet. Bezugszeichen 25 bezeichnet eine zweite Flüssig kristallanzeige, die in einer zweiten Brennpunktebene der ersten Linse 24 der ersten Brennpunktebene gegenüber angeordnet ist.
Weiterhin bezeichnet Bezugszeichen 26 einen ROM-Speicher (Read-Only-Memory); Bezugszeichen 27 bezeichnet eine zweite Linse; und Bezugszeichen 28 bezeichnet einen Fotodetektor. In dem ROM-Speicher 26 werden Daten von computergenerierten, Fourier-transformierten Hologrammen gespeichert, die als Ergebnis von Rechnungen erhalten werden, die unter Verwendung von Bildpunkten der zweiten Flüssigkristallanzeige als Abtastpunkte im Vergleich zu einer Vielzahl von Referenzmustern durchgeführt werden. Diese Daten weisen auf Daten von angelegten Spannungen hin, die dem Lichtdurchlaßgrad der einzelnen Bildpunkte der zweiten Flüssigkristallanzeige 25 entsprechen. Die zweite Flüssigkristallanzeige 25 und der Fotodetektor 28 sind in einer ersten bzw. zweiten, sich gegenüberliegenden Ebene der zweiten Linse 27 angeordnet.
Der bekannte Prozessor optischer Informationen mit dem oben beschriebenen Aufbau arbeitet wie folgt.
Ein von der TV-Kamera 20 aufgenommenes Bild eines Objekts wird anfänglich auf der ersten Flüssigkristallanzeige 21 angezeigt. Die Laserdiode 22 bestrahlt die erste Flüssigkristallanzeige 21 mit einem kohärenten Strahl, der mittels der Kollimatorlinse 23 kollimiert wird. Da die erste Flüssigkristallanzeige 21 in einer ersten Brennpunktebene der ersten Linse 24 nahe der Kollimatorlinse 23 angeordnet ist, wird ein Fourier-transformiertes Bild des Objekts, das optisch mittels der ersten Linse 24 transformiert ist, in der zweiten Brennpunktebene der ersten Linse 24 und somit auf der zweiten Flüssigkristallanzeige 25 gebildet.
Wenn zu diesem Zeitpunkt die in dem ROM-Speicher 26 gespeicherten Daten an die zweite Flüssigkristallanzeige 25 angelegt werden, wird der Lichtdurchlaßgrad jeder der Bildpunkte der zweiten Flüssigkristallanzeige 25 räumlich moduliert. Die Folge ist, daß jedes der computergenerierten, Fourier-transformierten Hologramme der spezifischen Referenzmuster, welche als optische Filter wirken, auf der zweiten Flüssigkristallanzeige 25 angezeigt werden.
Demgemäß wird auf der zweiten Flüssig kristallanzeige 25 das Fourier-transformierte Bild, das optisch mittels der ersten Linse 24 vom auf der ersten Flüssigkristall anzeige 21 angezeigten Bild des Objekts transformiert wurde, jedem der Fouriertransformierten Bilder überlagert.
Da weiterhin die zweite Flüssigkristallanzeige 25 in der ersten Brennpunktebene der zweiten Linse 27 nahe der Anzeige 25 angeordnet ist, erscheint ein heller Punkt in der zweiten Brennpunktebene der zweiten Linse 27 gegenüber der ersten Brennpunktebene und wird nachfolgend durch den Fotodetektor 28 detektiert, wenn das Fourier-transformierte Bild des Objekts mit demjenigen eines spezifischen Referenzmusters übereinstimmt, d.h., wenn beide das gleiche Objekt darstellen. Hierdurch wird eine optische Bildverarbeitung durchgeführt, bei der ein optischer Filter, der die Form eines computergenerierten Hologramms einnimmt und auf der zweiten Flüssigkristallanzeige 25 angezeigt wird, als signalangepaßter Filter wirkt.
Der obige Prozessor optischer Informationen weist jedoch das Problem auf, daß der Strahlengang aufgrund der folgenden Gründe verlängert ist, und somit eine entsprechende Größe der Vorrichtung erfordert. Die Wellenlänge der Laserdiode 22, die Bildpunktdichte der ersten Flüssigkristallanzeige 21 und der Durchmesser eines Fourier-transformierten Bildes, das auf der zweiten Flüssigkristallanzeige 25 angezeigt wird, seien mit λ, P und D bezeichnet. In diesem Fall ist die Brennweite f der ersten Linse 24 gegeben durch f=D P/λ. Wenn P=50µm, λ=0,8µm und D = 60mm beträgt, ist eine Linse mit einer Brennweite von 3125mm nötig. Demgemäß beläuft sich der Abstand zwischen der ersten Flüssigkristallanzeige 21 und der zweiten Flüssigkristallanzeige 25 auf 2 f = 6250mm (s. Fig. 1), was extrem lang ist. Kurz gesagt ist die Bildpunktdichte P eines räumlichen Lichtmodulators wie beispielsweise eine Flüssigkristallanzeige im allgemeinen um das 10-fache oder mehr größer als bei einer fotografischen Trockenplatte, und deshalb ist ein vergrößerter Strahlengang erforderlich. Selbstverständlich vergrößert der verlängerte Strahlengang die Prozessoren optischer Informationen.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung wurde entwickelt, um die oben beschriebenen Nachteile zu beseitigen, und ist darauf gerichtet, einen Prozessor optischer Informationen mit kleinen Abmessungen zur Verfügung zu stellen, bei der das optische System einen verkürzten Strahlengang aufweist.
Um die obigen und andere Ziele zu erreichen wird gemäß der Erfindung ein Prozessor optischer Informationen zur Verfügung gestellt, der umfaßt:
einen ersten räumlichen Lichtmodulator, der durch eine Lichtquelle kohärent beleuchtet wird, um ein Eingangsbild anzuzeigen;
eine erste Linse mit einander gegenüberliegenden ersten und zweiten Brennpunktebenen, wobei der erste räumliche Lichtmodulator in der ersten Brennpunktebene der ersten Linse angeordnet ist;
ein Speichermittel zum Speichern von mindestens einem computergenerierten Hologramm;
einen zweiten räumlichen Lichtmodulator, der durch die Lichtquelle kohärent beleuchtet wird und funktional mit dem Speichermittel verbunden ist, um mindestens einen optischen Filter darzustellen, der die Form des Hologramms aufnimmt; eine zweite Linse, mit einander gegenüberliegenden ersten und zweiten Brennpunktebenen, wobei der zweite räumliche Lichtmodulator in der ersten Brennpunktebene der zweiten Linse angeordnet ist;
eine dritte Linse mit einander gegenüberliegenden ersten und zweiten Brennpunktebenen, wobei die zweite Brennpunktebene der zweiten Linse in der ersten Brennpunktebene der dritten Linse liegt;
Mittel, um Licht zusammenzuführen, welches durch die erste Linse übertragen ist, mit dem Licht, welches durch die dritte Linse übertragen ist; und
eine vierte Linse mit einander gegenüberliegenden ersten und zweiten Brennpunktebenen, wobei beide, die zweite Brennpunktebene der ersten Linse und die zweite Brennpunktebene der dritten Linse, im wesentlichen in der ersten Brennpunktebene der vierten Linse liegen, wobei die zweite Brennpunktebene der vierten Linse derart angeordnet ist, daß Fotoaufnahmemittel im wesentlichen in dieser Ebene angeordnet werden können.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ebenfalls ein Prozessor optischer Informationen zur Verfügung gestellt, der umfaßt:
einen ersten räumlichen Lichtmodulator, der durch eine Lichtquelle kohärent beleuchtet wird, um ein Eingangsbild anzuzeigen;
eine erste Linse mit einander gegenüberliegenden ersten und zweiten Brennpunktebenen, wobei der erste räumliche Lichtmodulator in der ersten Brennpunktebene der ersten Linse angeordnet ist;
eine zweite Linse mit einander gegenüberliegenden ersten und zweiten Brennpunktebenen, wobei die zweite Brennpunktebene der ersten Linse im wesentlichen in der ersten Brennpunktebene der zweiten Linse angeordnet ist;
eine dritte Linse mit einander gegenüberliegenden ersten und zweiten Brennpunktebenen, wobei die zweite Brennpunktebene der zweiten Linse im wesentlichen in der ersten Brennpunktebene der dritten Linse liegt;
ein Speichermittel zum Speichern von mindestens einem computergenerierten Hologramm;
einen zweiten räumlichen Lichtmodulator, der kohärent durch die Lichtquelle beleuchtet ist und funktional mit dem Speichermittel verbunden ist, um mindestens einen optischen Filter darzustellen, der die Form des Hologramms aufnimmt;
eine vierte Linse mit einander gegenüberliegenden ersten und zweiten Brennpunktebenen, wobei der zweite räumliche Lichtmodulator in der ersten Brennpunktebene der vierten Linse angeordnet ist;
eine fünfte Linse mit einander gegenüberliegenden ersten und zweiten Brennpunktebenen, wobei die zweite Brennpunktebene der vierten Linse in der ersten Brennpunktebene der fünften Linse liegt;
Mittel, um das Licht zusammenzuführen, welches durch die dritte Linse und welches durch die fünfte Linse übertragen ist; und
eine sechste Linse, mit einander gegenüberliegenden ersten und zweiten Brennpunktebenen, wobei beide, die zweite Brennpunktebene der dritten Linse und die zweite Brennpunktebene der fünften Linse, im wesentlichen in der ersten Brennpunktebene der sechsten Linse liegen, wobei die zweite Brennpunktebene der sechsten Linse derart angeordnet ist, daß die Fotoaufnahmemittel im wesentlichen in dieser Ebene angeordnet werden können.
Da der Prozessor optischer Informationen den oben beschriebenen Aufbau aufweist, wird der erforderliche Strahlengang erheblich reduziert, wodurch die Größe des Prozessors optischer Informationen reduziert wird.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Die obigen und andere Ziele und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden durch die folgende Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen deutlicher, wobei gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind.
Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung des bekannten Prozessors optischer Informationen;
Fig. 2 eine schematische Darstellung eines Prozessors optischer Informationen gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und
Fig. 3 eine der Fig. 2 ähnliche Darstellung, jedoch gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

In Bezugnahme auf die Zeichnungen ist in Fig. 2 ein Prozessor optischer Informationen gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt. Der Prozessor optischer Informationen der Fig. 2 umfaßt eine Laserdiode 1, eine Kollimatorlinse 2 zum Kollimieren von Licht von der Laserdiode 1 V einen ersten Strahlenteiler 3 zum Aufteilen des kollimierten Lichts von der Kollimatorlinse 2 in reflektiertes Licht und durchgelassenes Licht, eine TV-Kamera 5 und einen ersten räumlichen Lichtmodulator 4 zum Anzeigen eines von der TV-Kamera 5 aufgenommenen Bildes. Der erste räumliche Lichtmodulator 4 ist in einer vorderen Brennpunktebene einer ersten Linse 6 angeordnet. Der Strahlengang für Licht, das durch die erste Linse 6 getreten ist, wird mittels eines ersten Spiegels 7 verändert. Der Strahlengang des mittels des ersten Strahlenteilers 3 reflektierten Lichts wird mittels eines zweiten Spiegels 8 verändert. Das vom zweiten Spiegel 8 reflektierte Licht wird zu einem zweiten räumlichen Lichtmodulator 9 gelenkt. Der zweite räumliche Lichtmodulator 9 ist funktional mit einem Speicher 10 verbunden. Dieser Speicher 10 speichert Daten von computergenerierten, Fourier-transformierten Hologrammen, die als Ergebnis von Rechnungen erhalten werden, die unter Verwendung von Bildpunkten des zweiten räumlichen Lichtmodulators 9 als Abtastpunkte im Vergleich zu einer Vielzahl von Referenzmustern durchgeführt werden. Diese Daten weisen auf Daten von angelegten Spannungen hin, die dem Lichtdurchlaßgrad von einzelnen Bildpunkten des zweiten räumlichen Lichtmodulators 9 entsprechen.
Der zweite räumliche Lichtmodulator 9 ist in einer vorderen Brennpunktebene einer zweiten Linse 11 angeordnet, von der eine hintere Brennpunktebene im wesentlichen in einer vorderen Brennpunktebene einer dritten Linse 12 liegt. Die zweite und dritte Linse 11, 12 sind derart gewählt, daß eine Brennweite f2 der zweiten Linse 11 größer ist als eine Brennweite f3 der dritten Linse 12. Demgemäß stellen die zweite und dritte Linse 11, 12 ein optisches Reduktionssystem mit einem Reduktionsverhältnis von f3/f2 dar.
Ein zweiter Strahlenteiler 13 ist als Zusammenführmittel zum Zusammenführen von Licht, das durch die erste Linse 6 durchgelassen wird, und Licht, das durch die dritte Linse 12 durchgelassen wird, vorgesehen. Eine hintere Brennpunktebene der ersten Linse 6 und eine der dritten Linse 12 liegen im wesentlichen in derselben Ebene hinter dem zweiten Strahlenteiler 13. Hinter den hinteren Brennpunkte benen der ersten und dritten Linse 6, 12 sind eine vierte Linse 14 und ein Fotodetektor 1 5 angeordnet, die in einer hinteren Brennpunktebene der vierten Linse 14 liegen. Der Prozessor optischer Informationen mit dem oben beschriebenen Aufbau arbeitet wie folgt.
Ein von der TV-Kamera 5 aufgenommenes Bild eines Objekts wird anfänglich auf dem ersten räumlichen Lichtmodulator 4 angezeigt. Ein von der Laserdiode 1 emittierter, kohärenter Strahl wird von der Kollimatorlinse 2 kollimiert und dann teilweise zum ersten räumlichen Lichtmodulator 4 via dem ersten Strahlenteiler 3 geleitet. Als Folge wird ein optisches Fourier-transformiertes Bild des Objekts auf dem ersten räumlichen Lichtmodulator 4 in der hinteren Brennpunktebene der ersten Linse 6 angezeigt.
Andererseits sind Fourier-transformierte Bilder von spezifischen Referenzmustern als optische Filter in dem Speicher 10 gespeichert. Wenn daher diese Daten dem zweiten räumlichen Lichtmodulator 9 zugeführt werden, wird der Lichtdurchlaßgrad jeder der Bildpunkte räumlich moduliert, wodurch jedes der computergenerierten, Fourier-transformierten Hologramme der spezifischen Referenzmuster in einem Bereich mit einem Durchmesser von D angezeigt wird. Die in diesem Bereich angezeigten computergenerierten, Fourier-transformierten Hologramme werden in einem verkleinerten Maßstab auf einen anderen Bereich mit einem Durchmesser von D×(f3/f2) in der hinteren Brennpunktebene der dritten Linse 12 mittels des optischen Reduktionssystems projiziert, welches von der zweiten und dritten Linse 11 bzw. 12 gebildet ist.
Da die hintere Brennpunktebene der ersten Linse 6 und diejenige der dritten Linse 12 im wesentlichen in derselben Ebene liegen, ist das Fourier-transformierte Bild, welches optisch mittels der ersten Linse 6 von auf dem ersten räumlichen Lichtmodulator 4 angezeigten Objektbild transformiert wurde, jedem der Fourier-transformierten Bilder überlagert, die als Ergebnis von Berechnungen bezüglich der spezifischen Referenzmuster erhalten werden. Dies findet in der gemeinsamen Brennpunktebene der ersten und dritten Linse 6 bzw. 12 statt.
Da die gemeinsame Brennpunktebene in der vorderen Brennpunktebene der vierten Linse 14 liegt, erscheint ein heller Punkt auf der hinteren Brennpunktebene der vierten Linse 14 und wird von dem Fotodetektor 15 detektiert, wenn das Fouriertransformierte Bild des Objekts und dasjenige eines spezifischen Referenzmusters miteinander übereinstimmen, d.h., wenn beide das gleiche Objekt darstellen. Auf diese Weise wird eine optische Bildverarbeitung durchgeführt, bei der ein optischer Filter, der die Form eines computergenerierten Hologramms aufweist und auf dem zweiten räumlichen Lichtmodulator 9 angezeigt wird, als Signal angepaßter Filter wirkt.
Wie oben beschrieben kann gemäß dieser Ausführungsform die Größe des optischen Filters im wesentlichen Maße auf f3/f2 reduziert werden, und die Brennweite der ersten Linse 6 zum optischen Durchführen der Fourier-Transformation kann auf f3/f2 gekürzt werden.
Wenn z.B. f2=200mm (F No.=3,3) und f3=50mm (F No.=3,3), beträgt das Reduktionsverhältnis 1/4. Demgemäß kann die Brennweite f1 der ersten Linse 6, die gemäß dem Stand der Technik 3125mm betragen mußte, auf 781 mm, 1/4 von 3125mm verkürzt werden. In diesem Fall beläuft sich der Abstand zwischen dem zweiten räumlichen Lichtmodulator 9 und der hinteren Brennpunktebene der dritten Linse 12 auf 2×(200mm+50mm)=500mm. Da diese zwei Strahlengänge parallel verlaufen (s. Fig. 2), kann der Prozessor optischer Informationen gemäß dieser Ausführungsform beträchtlich in der Größe im Vergleich zu dem bekannten reduziert werden.
Das optische Reduktionssystem, das von der zweiten und dritten Linse 11, 12 gebildet ist, hat eine longitudinale Vergrößerung von (f3/f2)². Wenn z.B. f2 = 200mm und f3 = 50mm, beträgt die longitudinale Vergrößerung 1/16. In diesem Fall können Fluktuationen des Laserstrahls in einer zur optischen Achse eines optischen Systems parallelen Richtung, die beispielsweise von einem astigmatischen Unterschied der Laserdiode herrühren, auf 1/16 reduziert werden. Eine Reduktion solcher Fluktuationen trägt zur Herstellung eines sehr präzisen Prozessors optischer Informationen bei.
Fig. 3 zeigt einen Prozessor optischer Informationen gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Dieser Prozessor umfaßt eine Laserdiode 51, eine Kollimatorlinse 52 zum Kollimieren von Licht von der Laserdiode 51, einen ersten Strahlenteiler 53 zum Aufteilen des kollimierten Lichts von der Kollimatorlinse 52 in reflektiertes Licht und durchgelassenes Licht, eine TV-Kamera 55 und einen ersten räumlichen Lichtmodulator 54 zum Anzeigen eines von der TV-Kamera 55 aufgenommenen Bildes.
Der erste räumliche Lichtmodulator 54 ist in einer vorderen Brennpunktebene einer ersten Linse 56 angeordnet. Eine hintere Brennpunktebene der ersten Linse 56 liegt im wesentlichen in derselben Ebene wie eine vordere Brennpunktebene einer zweiten Linse 57. Die erste und zweite Linse 56 bzw. 57 sind derart gewählt, daß eine Brennweite f1 der ersten Linse 56 größer ist als eine Brennweite f2 der zweiten Linse 57. Demgemäß stellen die erste und zweite Linse 56 bzw. 57 ein optisches Reduktionssystem mit einem Reduktionsverhältnis von f2/f1 dar.
Eine hintere Brennpunktebene der zweiten Linse 57 liegt im wesentlichen in derselben Ebene wie eine vordere Brennpunktebene einer dritten Linse 58. Der Strahlengang des von der dritten Linse 58 durchgelassenen Lichts ist mittels eines ersten Spiegels 59 verändert. Der Strahlengang von durch den ersten Strahlenteiler 53 durchgelassenen Licht ist mittels eines zweiten Spiegels 60 verändert. Von dem zweiten Spiegel 60 reflektiertes Licht wird zu einem zweiten räumlichen Lichtmodulator 61 geleitet. Der zweite räumliche Lichtmodulator 61 ist funktional mit einem Speicher 62 verbunden, der Daten von computergenerierten, Fourier-transformierten Hologrammen speichert, die als Ergebnis von Berechnungen erhalten wurden, die unter Verwendung von Bildpunkten des zweiten räumlichen Lichtmodulators 61 als Abtastpunkte im Vergleich zu einer Vielzahl von Referenzmustern erhalten werden, wie dies auch der Fall bei der ersten, in Fig. 2 gezeigten Ausführungsform der Fall ist. Diese Daten sind für Daten von angelegten Spannungen bezeichnend, die dem Lichtdurchlaßgrad einzelner Bildpunkte des zweiten räumlichen Lichtmodulators 61 entsprechen.
Der zweite räumliche Lichtmodulator 61 ist in einer vorderen Brennpunktebene einer vierten Linse 63 angeordnet, von der eine hintere Brennpunktebene im wesentlichen in derselben Ebene wie eine vordere Brennpunktebene einer fünften Linse 64 liegt. Die vierte und fünfte Linse 63, 64 sind derart gewählt, daß eine Brennweite f4 der vierten Linse 63 größer ist als eine Brennweite f5 der fünften Linse 64. Demgemäß bilden die vierte und fünfte Linse 63, 64 ein optisches Reduktionssystem mit einem Reduktionsverhältnis von f4/f5.
Ein zweiter Strahlenteiler 65 ist als Zusammenführmittel zum Zusammenführen von Licht, das durch die dritte Linse 58 hindurchtritt, und Licht, das durch die fünfte Linse 64 durchgelassen wird, vorgesehen. Eine hintere Brennpunktebene der dritten Linse 58 und diejenige der fünften Linse 64 liegen im wesentlichen in derselben Ebene hinter dem zweiten Strahlenteiler 65. Hinter dem zweiten Strahlenteiler 65 ist eine sechste Linse 66 mit einer vorderen Brennpunktebene angeordnet, die im wesentlichen in der gemeinsamen hinteren Brennpunktebene der dritten und fünften Linse 58, 64 liegt. Ein Fotodetektor 67 ist in einer hinteren Brennpunktebene der sechsten Linse 66 angeordnet.
Der Prozessor optischer Informationen mit dem oben beschriebenen Aufbau arbeitet wie folgt.
Ein von der TV-Kamera aufgenommenes Bild eines Objekts wird anfänglich auf dem ersten räumlichen Lichtmodulator 54 angezeigt. Ein von der Laserdiode 51 emittierter, kohärenter Strahl wird mittels der Kollimatorlinse 52 kollimiert. Das kollimierte Licht wird seinerseits teilweise zum ersten räumlichen Lichtmodulator 54 via des ersten Strahlenteilers 53 geleitet. Das optische Reduktionssystem, bestehend aus der ersten und zweiten Linse 56, 57, reduziert den Maßstab des Objektbildes, und das reduzierte Bild wird in der hinteren Brennpunktebene der zweiten Linse 57 in einem Reduktionsverhältnis von f2/f1 projiziert. In anderen Worten wird die Bildpunktdichte P des ersten räumlichen Lichtmodulators 54 im wesentlichen auf P×(f2/f1) reduziert. Die dritte Linse 58 bildet ein optisches Fourier-transformiertes Bild des reduzierten Objektbildes in ihrer hinteren Brennpunktebene ab.
Andererseits sind Fourier-transformierte Bilder von spezifischen Referenzmustern als optische Filter in dem Speicher 62 gespeichert. Wenn diese Daten an den zweiten räumlichen Lichtmodulator 61 angelegt werden, wird der Lichtdurchlaßgrad von jedem einzelnen Bildpunkt räumlich moduliert, wodurch jedes der computergenerierten, Fourier-transformierten Hologramme der spezifischen Referenzmuster in einem Bereich mit einem Durchmesser von D angezeigt. Die computergenerierten, Fourier-transformierten Hologramme, die in diesem Bereich angezeigt werden, werden in einem reduzierten Maßstab auf einen anderen Bereich mit einem Durchmesser von D×(f5/f4) in der hinteren Brennpunktebene der fünften Linse 64 mittels des optischen Reduktionssystems projiziert, das durch die vierte und fünfte Linse 63, 64 gebildet ist.
Wie vorerwähnt, liegen die hintere Brennpunktebene der dritten Linse 58 und diejenige der fünften Linse 64 im wesentlichen in derselben Ebene. Demgemäß ist das Fourier-transformierte Bild, das optisch mittels der dritten Linse 58 von dem auf dem ersten räumlichen Lichtmodulator 4 angezeigten Objektbild transformiert und in reduziertem Maßstab durch die erste und zweite Linse 56, 57 projiziert wurde, jedem der Fourier-transformierten Bilder überlagert, die als Ergebnis von Berechnungen bezüglich der spezifischen Referenzrnuster erhalten und in ähnlicher Weise in einem reduzierten Maßstab durch die vierte und fünfte Linse 63, 64 projiziert wurden/sind. Eine solche Überlagerung findet in der gemeinsamen Brennpunktebene der dritten und fünften Linse 58, 64 statt.
Da die gemeinsame Brennpunktebene in der vorderen Brennpunktebene der sechsten Linse 66 liegt, erscheint ein heller Punkt in der hinteren Brennpunktebene der sechsten Linse 66 und wird von dem Fotodetektor 67 detektiert, wenn das Fouriertransformierte Bild des Objekts und dasjenige eines spezifischen Referenzmusters miteinander übereinstimmen, d.h., wenn beide das gleiche Objekt darstellen. Auf diese Weise wird eine optische Bildverarbeitung durchgeführt, bei der ein optischer Filter, der die Form eines computergenerierten Hologramms aufweist und auf dem zweiten räumlichen Lichtmodulator 61 angezeigt wird, als signalangepaßter Filter wirkt.
Wie oben beschrieben kann gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die Größe D des optischen Filters im wesentlichen Maße auf f5/f4 mittels des optischen Reduktionssystems reduziert werden, welches von der vierten und fünften Linse 63, 64 gebildet ist, wobei die Bildpunktdichte P des ersten räumlichen Lichtmodulators 54 wesentlich auf f2/f1 mittels des optischen Reduktionssystems reduziert ist, welches durch die erste und zweite Linse 56, 57 gebildet ist. Demgemäß kann die Brennweite der dritten Linse 58 zur optischen Durchführung der Fourier-Transformation auf (f2/f1 )×(f5/f4) verkürzt werden. Wenn z.B. f1=160mm, f2=40mm, f4=160mm und f5=40mm betragen, wird das Reduktionsverhältnis 1/16. Demgemäß kann die Brennweite f1 der ersten Linse 56, die gemäß dem Stand der Technik 3125mm betragen muß, auf 1gsmm verkürzt werden, d.h. auf 1/16 von 3125mm.
In diesem Fall beläuft sich der Abstand zwischen dem zweiten räumlichen Lichtmodulator 61 und der hinteren Brennpunktebene der fünften Linse 64 auf 2×(160mm+40mm)=400mm, wobei der Abstand zwischen dem ersten räumlichen Lichtmodulator 54 und der hinteren Brennpunktebene der dritten Linse 58 2(l60mm+40mm)+195mm=595mm beträgt. Weil, wie in Fig. 3 gezeigt, diese zwei Strahlengänge parallel zueinander verlaufen, kann der Prozessor optischer Informationen gemäß der zweiten Ausführungsform beträchtlich in der Größe im Vergleich zu dem bekannten reduziert werden,
Das optische Reduktionssystem, das von der ersten und zweiten Linse 56 und 57 gebildet ist, hat eine longitudinale Vergrößerung von (f2/f 1)2, während das optische Reduktionssystem, das von der vierten und fünften Linse 63, 64 gebildet ist, eine longitudinale Vergrößerung von (f5/f4)² aufweist. Wenn z.B. f1 = 1 60mm =f4 und f2=40mm=f5 beträgt, beläuft sich die longitudinale Vergrößerung auf 1/16. In diesem Fall können Fluktuationen des Laserstrahls in zur optischen Achse eines optischen Systems parallelen Richtung, welche von Astigmatisrnen der Optik herrühren, auf 1/1 6 reduziert werden. Eine Reduktion solcher Fluktuationen trägt zur Herstellung eines hochpräzisen Prozessors optischer Informationen bei. Obwohl in den obigen beiden Ausführungsformen jede Linse als Einzellinse dargestellt ist, können sie auch Doppellinsen sein oder durch eine Gruppe von Linsen ersetzt sein. Obwohl weiterhin jeder räumliche Lichtmodulator als Durchgangstyp dargestellt ist, kann statt dessen jeder andere geeignete räumliche Lichtmodulator, wie beispielsweise eine Flüssigkristallanzeige vom Reflektionstyp, verwendet werden.

Claims

1. Prozessor optischer Informationen enthaltend:

einen ersten räumlichen Lichtmodulator (4), der durch eine Lichtquelle (1) kohärent beleuchtet wird, um ein Eingangsbild anzuzeigen;

eine erste Linse (6) mit einander gegenüberliegenden ersten und zweiten Brennpunktebenen, wobei der erste räumliche Lichtmodulator (4) in der ersten Brennpunktebene der ersten Linse (6) angeordnet ist;

ein Speichermittel (10) zum Speichern von mindestens einem computergenerierten Hologramm;

einen zweiten räumlichen Lichtmodulator (9), der durch die Lichtquelle (1) kohärent beleuchtet wird und funktional mit dem Speichermittel (10) verbunden ist, um mindestens einen optischen Filter darzustellen, der die Form des Hologramms aufnimmt;

eine zweite Linse (11), mit einander gegenüberliegenden ersten und zweiten Brennpunktebenen, wobei der zweite räumliche Lichtmodulator (9) in der ersten Brennpunktebene der zweiten Linse (11) angeordnet ist;

eine dritte Linse (12) mit einander gegenüberliegenden ersten und zweiten Brennpunktebenen, wobei die zweite Brennpunktebene der zweiten Linse (11) in der ersten Brennpunktebene der dritten Linse (12) liegt;

Mittel (13), um Licht zusammenzuführen, welches durch die erste Linse (6) übertragen ist, mit dem Licht, welches durch die dritte Linse (12) übertragen ist; und

eine vierte Linse (14) mit einander gegenüberliegenden ersten und zweiten Brennpunktebenen, wobei beide, die zweite Brennpunktebene der ersten Linse (6) und die zweite Brennpunktebene der dritten Linse (12), im wesentlichen in der ersten Brennpunktebene der vierten Linse (14) liegen, wobei die zweite Brennpunktebene der vierten Linse (14) derart angeordnet ist, daß Fotoaufnahmemittel (15) im wesentlichen in dieser Ebene angeordnet werden können.

2. Prozessor optischer Informationen, enthaltend:

einen ersten räumlichen Lichtmodulator (54), der durch eine Lichtquelle (1) kohärent beleuchtet wird, um ein Eingangsbild anzuzeigen;

eine erste Linse (56) mit einander gegenüberliegenden ersten und zweiten Brennpunktebenen, wobei der erste räumliche Lichtmodulator (54) in der ersten Brennpunktebene der ersten Linse (56) angeordnet ist;

eine zweite Linse (57) mit einander gegenüberliegenden ersten und zweiten Brennpunktebenen, wobei die zweite Brennpunktebene der ersten Linse (56) im wesentlichen in der ersten Brennpunktebene der zweiten Linse (57) angeordnet ist;

eine dritte Linse (58) mit einander gegenüberliegenden ersten und zweiten Brennpunktebenen, wobei die zweite Brennpunktebene der zweiten Linse (57) im wesentlichen in der ersten Brennpunktebene der dritten Linse (58) liegt;

ein Speichermittel (62) zum Speichern von mindestens einem computergenerierten Hologramm;

einen zweiten räumlichen Lichtmodulator (61), der kohärent durch die Lichtquelle (1) beleuchtet ist und funktional mit dem Speichermittel (62) verbunden ist, um mindestens einen optischen Filter darzustellen, der die Form des Hologramms aufnimmt;

eine vierte Linse (63) mit einander gegenüberliegenden ersten und zweiten Brennpunktebenen, wobei der zweite räumliche Lichtmodulator (61) in der ersten Brennpunktebene der vierten Linse (63) angeordnet ist;

eine fünfte Linse (64) mit einander gegenüberliegenden ersten und zweiten Brennpunktebenen, wobei die zweite Brennpunktebene der vierten Linse (63) in der ersten Brennpunktebene der fünften Linse (64) liegt;

Mittel (65), um das Licht zusammenzuführen, welches durch die dritte Linse (58) und welches durch die fünfte Linse (64) übertragen ist; und

eine sechste Linse (66), mit einander gegenüberliegenden ersten und zweiten Brennpunktebenen, wobei beide, die zweite Brennpunktebene der dritten Linse (58) und die zweite Brennpunktebene der fünften Linse (64), im wesentlichen in der ersten Brennpunktebene der sechsten Linse (66) liegen, wobei die zweite Brennpunktebene der sechsten Linse (66) derart angeordnet ist, daß die Fotoaufnahmemittel (67) im wesentlichen in dieser Ebene angeordnet werden können.