DE2354661C3 - Vorrichtung zur optischen Identifizierung von geometrischen Figuren - Google Patents

Description

60

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur optischen ;ntifizierung von in einer Eingabestruktur enthalten geometrischen Figuren gemäß dem Oberbegriff des ispruches 1.

Eine derartige Vorrichtung ist beispielsweise aus der Γ-OS 20 45 781 bekanntgeworden. Die verschiedenen im Filter dieser bekannten Vorrichtung einander überlagerten Hologramme sind jeweils die Fourier-Transformierten einer diskreten geometrischen Figur, moduliert mittels des jeweiligen Referenzbündels. Diese Filter sind also angepaßte Filter mit dem Nachteil daß für jede zu identifizierende geometrische Figur ein besonderes Hologramm benötigt wird, bei N zu unterscheidenden geometrischen Figuren also wenigstens N Hologramme, in dem konkreten, in der älteren Schrift beschriebenen Beispiel sogar 2N Hologramme. Die Überlagerung so vieler Hologramme bereitet Schwierigkeiten, wenn sehr viele geometrische Figuren voneinander unterschieden werden sollen. Schon bei 50 2:u überlagernden Hologrammen entsprechend z. B. 50 zn unterscheidenden geometrischen Figuren bereitet es Schwierigkeiten, ein aus diesen vielen Hologrammen überlagertes Filter herzustellen, das die nötige Trennschärfe zur sicheren Unterscheidung der zu identifizierenden Figuren voneinander aufweist. Ein Ausweg hieraus wäre, in einem ersten Filter nur einen Teil der benötigten Hologramme, in weiteren Filtern die übrigen Hologramme unterzubringen. Dies würde jedoch erfordern, mehrere Filter entweder gleichzeitig oder nacheinander dem durch die Eingabestruktur beeinflußten Lichtbündel auszusetzen. Bei gleichzeitiger Auswertung durch mehrere Filier erhöht sich jedoch dann der Aufwand erheblich, während bei zeitlich nacheinander erfolgender Auswertung notwendigerweise die Auswertegeschwindigkeit verringert wird. Ein weiterer Machteil dieser angepaßten Filter ist, daß ein bestimmter Satz voneinander im Filter überlagerten Hologrammen nur für eine zur Zeit der Herstellung des Filters vorgegebene Grundgesamtheit von diskreten geometrischen Figuren brauchbar ist. Stellt sich während des Gebrauchs der Einrichtung heraus, daß eine weitere geometrische Figur zusätzlich identifizierbar sein soll, muß ein völlig neuer Filter hergestellt werden.

Aus der DT-OS 19 45 085 ist eine Anordnung zur Identifizierung geometrischer Figuren bekanntgeworden, bei der auf einer Platte überlagerte Punkthologramme als Pupillenvervielfacher verwendet werden, um das von der Eingabestruktur beeinflußte Lichtbündel vervielfacht auf eine entsprechende Anzahl angepaßter Filter zu lenken. Diese befinden sich auf einem vom Träger der Punkthologramme getrennten Träger nebeneinander, so daß keine Überlagerung der angepaßten Filter notwendig ist. Jedoch ist es hier erforderlich, eine der Anzahl der angepaßten Filter entsprechende Anzahl von Punkthologrammen einander zu überlagern. Außerdem ist durch die Nebeneinanderanordnung der angepaßten Filter der Raumbedarf wie auch der optische Aufwand zur weiteren Führung der Bündel erheblich, wenn es sich um eine große Anzahl von zu identifizierenden geometrischen Figuren handelt.

Ferner ist aus der Druckschrift IBM Technical Disclosure Bulletin Vol. 14, Nr. 8, Jan. 1972, Seite 2503 bekanntgeworden, aus einer bestimmten geometrischen Figur, ι. B. einer stilisierten Ziffer »8«, nur Figurenelemente in ein Filter zu übernehmen. Diese Filter sind jedoch keine einander überlagerten Hologramme, geschweige denn Punkthologramme. Gemäß dieser älteren Schrift ist wegen der räumlich getrennten Anordnung der angepaßten Filter für die Figurenauszüge ein erheblicher Platzbedarf und Aufwand für die getrennte Führung der Bündel zu den verschiedenen Filtern notwendig. Die Verwendung der aus dieser zuletzt genannten Vorveröffentlichung bekannten Figu-

lü

IS

. nauszüge als Bildvorlagen für die Herstellung der * ander überlagerten Hologramme nach dem Vorbild ί DT-OS 20 45 781 lag jedoch nicht nahe, da mit einer

lchen bloßen Übertragung keine Vorteile verbunden

ären. Die Zahl der einander zu überlagernden ί

rt logramme würde sich entsprechend der Anzahl von

Auszügen J^e geometrischer Figur nur noch vervielfa-

. wodurch die Trennschärfe keineswegs verbessert

rden könnte. Dieser Weg mußte deshalb als rieht Frfolg versprechend erscheinen.

Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, die Nachteile der bekannten Anordnungen m vermeiden

A eine Vorrichtung zum Identifizieren von geometri-^U hen Figuren zu schaffen, die unter Beibehaltung einer fachen und kleinen Bauart und einer schnellen Arbeitsweise eine erhöhte Trennschärfe ermöglicht, ,J₁ jjje Sicherheit vergrößert, mit der die zu

■ftentifizierenden geometrischen Figuren voneinander ' t'erscheidbar _$-_m^ _uncj _{zwar aucn} ^ann, _{wenn sehr}

iele solcher Figuren unterschieden werden sollen, wobei nicht einmal erforderlich ist, daß alle voneinander zu unterscheidenden Figuren von vornherein festliegen.

Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe in erster Linie durch die im Anspruch 1 angegebenen Maßnahmen. Weitere im Rahmen der gestellten Aufgabe vorteilhafte Ausgestaltungen sind durch die UnteransDrüche gekennzeichnet.

In der nachfolgenden Beschreibung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungen erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines optischen Systems zum Herstellen eines Punkthologramms, das in dem Gerät zur optischen Identifizierung verwendet

Fig.2 eine schematische Darstellung des optischen Systems zur Verwendung in einem Identifizierungsgerät, wobei ein Vielfachpunkthologramm verwendet

Fig. 3 ein Beispiel der Walsh-Hadamard-Matrix,

pig 4 die Art, in der die Walsh-Hadamard-Matrix in eine Walsh-Funktion transponiert ist, wobei eine Entwicklungsformel der Walsh-Funktion im zweidimensionalen Raum ebenfalls dargestellt ist,

Fig.5 die Ansicht von räumlichen Filtern, die die Walsh-Funktion im zweidimensionalen Raum darstellt,

Fig.6 eine schematische Darstellung des optischen Systems einer anderen Ausführungsform, die in einem Identifizierungsgerät, das ein zusammengesetztes Vielfachpunkthologramm verwendet, vorgesehen ist.

Fig. 1 zeigt eine Ausführungsform eines optischen Systems zur Herstellung eines Vielfac'.ipunkthologramms, das in dem Identifizierungsgerät verwendet

Ein He-Ne-Laser (Wellenlänge 6328 Ä) wird als Quelle 1 für das kohärente Licht verwandt. Der von der kohärenten Lichtquelle 1 ausgehende Lichtstrahl gelangt durch einen Verschluß ta und einen halbdurchlässigen Spiegel 2, bevor er in ein weiteres paralleles Lichtbündel durch die Linsen 3 und 4 verwandelt wird, das auf eine kleine Öffnung 6 fällt. Unter der <so Voraussetzung, daß der Laserstrahl so gesteuert ist, daß sein Durchmesser kleiner als der der kleinen öffnung ist, können die Linsen 3 und 4 weggelassen werden. Das durch die kleine öffnung 6 gegangene Licht wird durch eine Linse 7 Fourier-transformiert, um eine Intensitäts- 6s verteilung auf einer eine lichtempfindliche Schicht tragenden Fläche 9 eines Trägers, z. B. einer Trockennlatte.die senkrecht zur optischen Achse angeordnet ist, zu erzeugen. Diese Intensitätsverteilung stellt das Fourier-transformisrte Spektrum der kleinen öffnung 6 dar. Andererseits fällt das von dem halbdurchlässigen Spiegel 2 reflektierte Licht auf einen reflektierenden Spiegel 10 und dient als Referenzlicht. Das Referenzlicht wird durch den reflektierenden Spiegel 10 auf die Fläche 9 der Trockenplatte gerichtet und wird in ein paralleles Lichtbündel, das Referenzbündel durch ein Linsenpaar 11 und 12 umgewandelt. -Es fällt dann unter einen Winkel θ in bezug auf die Normale auf die Fläche 9 der Trockenplatte. Mit der Fläche 9 der Trockenplatte steht eine Maske 8 in Berührung, deren Durchlaßwirkung die Durchlaßwirkung des optischen Filters bestimmt. Nachdem die Trockenplatte in dieser Weise belichtet worden ist, wird die Maske 8 gegen eine andere mit einer unterschiedlichen Übertragungswirkung ausgetauscht. Daraufhin wird die Trockenplatte ein zweites Mal belichtet, wobei der Einfallswinkel des Referenzbündels geändert wird. Dieses beschriebene Verfahren wird nacheinander mehrere Male durchgeführt, wobei die Häufigkeit von der Anzahl der verlangten Filterfunkiionen abhängt.

Es wird nun eine Anordnung zum Verändern des Einfallswinkels des Referenzbündels unter Bezugnahme auf F i g. t beschrieben. Sobald der halbdurchlässige drehbare Spiegel 2 durch einen Antrieb 13 gedreht wird, bis er die mit 2' bezeichnete etwas schräge Lage einnimmt, wird der halbdurchlässige Spiegel 2 das Licht in Richtung der gestrichelten Linie reflektieren. Das Referenzlicht, dessen Austrittswinkel auf diese Weise geändert worden ist, wird dann durch einen reflektierenden Spiegel 10' zurückgeworfen. Dieser wurde so verschoben, um das reflektierte Referenzlicht auf die Trockenplatte zu richten und dann in ein paralleles Referenzbündel durch die Linsen 11' und 12' verwandelt zu werden, bevor es auf die Trockenplatte auffällt. Auf diese Weise wird der Einfallswinkel des Referenzbündels auf der Trockenplatte durch die Drehung des halbdurchlässigen Spiegels 2 und das Verschieben des reflektierenden Spiegels 10 und des Linsenpaares 11 und 12 verändert.

Nach dem Entwickeln einer so belichteten Trockenplatte erhält man ein aus mehreren Punkthologrammen überlagertes Vielfachpunkthologramm auf der Trokkenplatte. Wird bei dem Herstellungsverfahren eines solchen Punkthologramms eine Streuplatte 5 an der kleinen öffnung 6 angeordnet, so erhält man ein mit diffusem Licht aufgenommenes Punkthologramm, das, verglichen mit einem gewöhnlichen Punkthologramm, eine verbesserte Überbestimmtheit und einen fast gleichmäßigen Streuwirkungsgrad über seine gesamte Oberfläche aufweist und auch die Aufnahme mit Licht verringerten Intensitätsunterschied erlaubt, was eine verbesserte Linearität der Aufzeichnung ergibt. . Der Durchlaßkoeffizient eines so hergestellten Vielfachpunkthologramms könnte in folgender Weise ausgedrückt werden. Wenn man den Durchlaßkoeflizienten der kleinen Öffnung 6 mit φ die ebene Referenzweile mit

A exp(— jkx sin θ I) und die Amplituden-Durchlaßfunktion der Maske 8 mit

1.2,

.N)

bezeichnet, dann kann die auf der Oberfläche der Trockenplatte erhaltene Lichtintensitätsverteilung l(x)

lach N-maligem Belichten der Trockenplatte ausgelrückt werden durch

/(χ)= Σ {Wf(x)lN(A² + \F{t(£)}\²)

ι = I

durch das Filter 19 durchgelassene Licht G(x) wird beschrieben durch

4- /4F {«(£)} exp (//ex sin«,)

+ AF {t (£)} exp (-//ex sin (9,)]}.

τ (χ) des erhaltenen Punkt-

Der Durchlaßkoeffizient
lologramms lautet dann:

r(x) =

'(X)IN(A² +1F {t (S)

+ AF {t ({)} exp (//ex sin«,)

+ AF {t (£)} exp (-jkx sin «,.)]}. (2)

worin | die Koordinate auf der Oberfläche der kleinen Öffnung ist, χ die Koordinate auf der Trockenplatte, θ der Einfallswinkel des Referenzbündels auf der Trokkenplatte, k = 2π/λ, worin λ die Wellenlänge des Lichtes ist. r_b ist der vorgegebene Durchlaßfaktor, β ist eine Konstante und F ist ein Operator der Fourier-Transformation. Zur besseren Übersicht sind die Formeln (1) und (2) so geschrieben, daß sie nur eindimensionalen Strukturen entsprechen.

Fig.2 zeigt ein optisches System, wie es zur Identifizierung von zweidimensionalen geometrischen Figuren unter Verwendung eines Vielfachpunkthologramms eingesetzt wird. Das von der kohärenten Lichtquelle 14 ausgehende Licht wird durch ein Linsenpaar 15 und 16 in ein weiteres paralleles Lichtbündel umgewandelt und beleuchtet eine zweidimensionale Eingabestruktur 17. Eine Linse 18 führt eine Fourier-Transformation der zweidimensionalen Eingabestruktur 17 aus, wobei das Fourier-transformierte Spektrum der Eingabestruktur in der hinteren Brennebene der Linse 18 gebildet wird, wo sich ein Filter 19 befindet, das aus einander überlagerten, jeweils durch eine bei der Aufnahme vorgeschaltete Maske modifizierten Punkthologrammen der oben beschriebenen Art, also aus einem Vielfachpunkthologramm besteht. Von dem vom Filter 19 ausgehenden Licht wird nur das jeweils in die erste Ordnung abgebeugte Licht durch Linsen (201, 202,..., 20N), die unmittelbar hinter dem Filter 19 angeordnet sind, in den entsprechenden Brennebenen dieser Linsen zusammengefaßt und anschließend von den zugeordneten fotoelektrischen Wandlern (211, 212, . . . , 21/V) nachgewiesen. Jeder dieser Wandler ist so angeordnet, daß seine optische Achse entsprechend dem bei jeder Belichtung zur Herstellung eines Punkthologramms verwendeten Lichtes ausgerichtet ist. Die in ein elektrisches Signal umgewandelte Intensität des abgebeugten Lichts wird als eine Größe verwandt, um die Eigenschaften der Informationen der Eingabestruktur zu entnehmen. Die Analyse der Struktur wird von anschließenden elektronischen Schaltkreisen (diese werden nicht gezeigt) durchgeführt.

Bezeichnet man den Durchlaßkoeffizienten der Eingabestruktur des optischen Systems, wie es in F i g. 2 dargestellt ist, mit S(I) (ξ ist die Koordinate der Oberfläche der Eingabestruktur), dann entspricht das auf das Filter 19 auffüllende Licht der Fourier-Transformierten von Sß; und wird durch F(S(^)J dargestellt. Das -τ(χ)χ

Eine Vielzahl von Linsen-Wandlergruppen sind hinter dem Filter 19 so angeordnet, daß der Winkel zwischen jeder ihrer optischen Achsen und der optischen Hauptachse dieses Gerätes mit dem Einfallswinkel eines jeden Referenzbündels übereinstimmt, das bei jeder Belichtung zur Herstellung eines Punkthologramms verwendet wurde. Auf diese Weise weist jeder fotoelektrische Wandler die Intensität des in die erste Ordnung gebeugten Lichts nach. Wenn die Amplitude des in die erste Ordnung gebeugten Lichts, das von dem Vielfachpunkthologramm unter dem Winkel Θ; ausgeht, mit G(x) bezeichnet wird, und wenn die fotoelektrischen Wandler das gesamte einfallende Licht integrieren, dann kann die Intensität des empfangenen Lichts /,- wie folgt ausgedrückt werden

■x·

H²A² J W?(x)|F{S(i)}|²dx. (3)

Die Gleichung 3 beschreibt die Lichtinformation des Fourier-transformierten Spektrums der Eingabestruktur, die durch die Maske, deren Durchlässigkeitsfunktion der Lichtintensität durch W?(x) beschrieben wird, von einem unter dem Winkel Θ, angeordneten fotoelektrisehen Wandler nachgewiesen wird. Man erkennt so, daß das auf diese Weise hergestellte Punkthologramm als ein Filter wirkt, dessen Intensitäts-Durchlässigkeitsfunktion für das abgebeugte Licht durch W,²(x) beschrieben wird. Die bei der Herstellung des Punkthologramms verwendete Anordnung der Masken bestimmt die Wirkungsweise des sich ergebenden optischen Filters. Als Filter wird ein Vielfachpunkthologramm verwendet, das zur orthogonalen Transformation der Information der Eingabestruktur dient.

Typische Beispiele eines solchen Filters haben ein Filter, das sich aus einer Vielzahl von Filtern zur Entwicklung der Walsh-Funktion zusammensetzt. Die orthogonale Transformation kann in einfacher und wirkungsvoller Weise zur Informationsverarbeitung angewandt werden. Verschiedene bekannte Verfahren, wie Fourier-Transformation und Walsh-Hadamard-Transformation können zur Informationsverarbeitung herangezogen werden. Im Gegensatz zur Fourier-Transformation, die eine Multiplikation verlangt, die in analoger Weise ausgeführt werden muß, erlaubt die Verwendung eines orthogonal transformierenden Filters die Verarbeitung der Eingabeinformation in digitaler Weise nur durch Addition und Subtraktion. Aus diesem Grund wurde die Walsh-Hadamard-Transformation, die eine höhere

5S Verarbeitungsgeschwindigkeit ermöglicht, besonders beachtet. Die erwähnte orthogonale Transformation ist ein Verfahren, das ursprünglich zur Verwendung mit optischen Lesegeräten entwickelt worden ist, bei denen das Auffinden der Eigenschaften der Eingabestruktur

do ausschließlich mit elektronischen Datenverarbeitungsanlagen vorgenommen worden ist. Um eine solche komplizierte Verarbeitung in einfacher und schneller Weise durch die Verwendung von optischen Elementen zu erreichen, dient im vorliegenden Fall ein einziges Vielfachpunkthologramm.

Im folgenden wird als Beispiel für die orthogonale Transformation das Verfahren mit einer Walsh-Hadamard-Transformation beschrieben.

	+ η Ν	+ Hn	N =	2"
Hn =	2	2
	+ Hn	— Hn	η =	1,2, ..
	"i	"2"

Die Walsh-Hadamard-Transformation einer Eingabestruktur stellt die Information der Eingabestruktur durch eine Matrix dar, wobei man von einer schon bekannten Walsh-Hadamard-Matrix (Fig.3) ausgeht. Um eine solche orthogonale Transformation in der Ebene des Fourier-transformierten Spektrums der zweidimensionalen Eingabestruktur durchzuführen, wird eine Hadamard-Matrix zuerst mit 4 Walsh-Funktionen transponiert, siehe die Funktionsdarstellung in F i g. 4, in der die Winkelkoordinate der Spektralebene als Abszisse verwendet wird. Auf diese Weise erhält man ein optisches Filter mit einer Walsh-Funktion. Allgemein wird die Walsh-Hadamard-Matrix definiert durch

Die Fig.3 und 4 stellen die Walsh-Funktionen {n = 2) dar. Die wirklichen optischen Filter — diese sind Darstellungen der Walsh-Funktionen im zweidimensionalen Raum — werden durch eine Gruppe von sektorartigen öffnungen Φι,..., Φι gebildet, wie es in Fig.5 gezeigt ist. Die Walsh-Funktion ist eine zweiwertige Funktion, die entweder den Wert 1 oder 0 annimmt. Durch die in der Fig.5 dargestellten weißen Ausschnitte kann das Licht durchgehen, während es die schraffierten Abschnitte nicht durchdringen kann. Es ist offensichtlich, daß das Vielfachpunkthologramm (welches in der oben beschriebenen Weise unter der Verwendung der Masken, die die in der F i g. 5 gezeigten öffnungen haben, hergestellt worden ist), wie eine Vielzahl von optischen Filtern der Walshen Art wirkt.

Die Herstellung eines Vielfachpunkthologramms wird im einzelnen erläutert. Zuerst wird die Maske Φ\ in der Ebene der Maske 8 (Fig. 1) angeordnet, und eine Trockenplatte wird belichtet, wobei das Referenzbündel unter einem Winkel θι einfällt. Daraufhin wird die Maske Φ\ durch eine Maske Φ₂ ausgetauscht, und der Einfallswinkel des Referenzbündels nimmt den Wert Θ2 an, woraufhin die Trockenplatte ein zweites Mal belichtet wird. Auf diese Weise wird die Trockenplatte wiederholt belichtet, und zwar gerade so oft, wie Masken vorhanden sind, bis ein Vielfachpunkthologramm erhalten wird. Wird ein auf diese Weise hergestelltes Vielfachpunkthologramm als Filter 19 im optischen System (F i g. 2) angeordnet und eine Eingabestruktur 17 an der vorbestimmten Stelle eingebracht, dann erhält man das Fourier-transformierte Spektrum der Eingabestruktur auf der Oberfläche des als Filter 19 dienenden Vielfachpunkthologramms. Der /-te fotoelektrische Wandler, dessen optische Achse unter dem Winkel θ₍ steht, weist die Abbildungsinlensität nach, die ausgedrückt wird als

/_w. = C J 0,.|F{S(i))|²d.Y.

worin /= 1, 2, ..., 7 und C eine Konstante sind. Die Abbildungsintensität />,., stellt eine quantisicrte charakteristische Größe dar, die durch die Walsh-Hadamard-Transformation der Eingabestruktur erhalten wurde. Es wird darauf hingewiesen, daß der Durchmesser der runden öffnung der verwendeten Masken in dem optischen System (Fig. 2) so groß ist, daß das ganze Fourier-transformierte Spektrum der Eingabestruktur überdeckt werden könnte. Es ist bekannt, daß das Verfahren der zweidimensionalen Figurenidentifizierung, bei dem solch ein optisches Filter nach der S Walshen Art verwendet wird, den Vorteil hat, ein sicheres Verfahren zum Aufsuchen der charakteristischen Eigenschaften zu erlauben. Man ist sowohl von einer Parallelverschiebung der Eingabestruktur in ihrer Ebene, als auch von einer Vergrößerung oder Verkleinerung der Eingabestruktur unabhängig. Außer den oben beschriebenen Walsh-Hadamard-Filtern wurden verschiedene andere Arten optischer Filter bekannt. Es handelt sich um Filter zur Fourier-Entwicklung und ein abgewandeltes Walsh-Hadamard-Filter, die für eine orthogonale Transformation geeignet sind. Wie bereits erwähnt worden ist, kann jeder dieser Filter als optischer Filter in der Erfindung verwandt werden.

Aus diesen Überlegungen geht hervor, daß es sich bei dem optischen Filter, das aus einem Vielfachpunkthologramm aufgebaut ist, um ein Filter handelt, das, obgleich es nur aus einem einzigen optischen Element besteht, die Wirkung einer Vielzahl von herkömmlichen optischen Filtern hat.

Bei der nun folgenden Diskussion handelt es sich um ein abgewandeltes Verfahren der Identifizierung von geometrischen Figuren, bei dem ein zusammengesetztes Vielfachpunkthologramm als optisches räumliches Filter verwendet wird.
Ein zusammengesetztes Vielfachpunkthologramm besteht aus einer Anzahl von einzelnen Punkthologrammen, die nebeneinander auf einer Trockenplatte angeordnet sind. Jedes einzelne dieser Punkthologramme ist ein Vielfachpunkthologramm, das auf einer kleinen Fläche (z. B. 1 cm²) der Trockenplatte festgehalten ist. Geht man auf diese Weise vor, so erlaubt ein einzelnes zusammengesetztes Vielfachpunkthologramm das Verarbeiten einer noch größeren Menge an Eingabestrukturinformation, verglichen mit einem einzelnen Vielfachpunkthologramm. Zwei Herstellungsverfahren für ein solches zusammengesetztes Vielfachpunkthologramm sind möglich. Bei der Herstellung nach dem ersten Verfahren wird die optische Achse des aus der kleinen öffnung austretenden Lichtstrahles dadurch verschoben, daß die kleine öffnung schrittweise in ihrer Ebene verschoben wird. Die Verschiebung wird entlang einer vorgegebenen konstanten Strecke entlang den zwei kartesischen Koordinatenachsen (ξ, η) vorgenommen, so daß einzelne Vielfachpunkthologramme an den auf der Trockenplatte durch den Lichtstrahl beleuchteten Stellen gebildet werden. Im Gegensatz dazu werden bei dem zweiten Verfahren die kleine öffnung und die Maske festgehalten, während die Trockenplatte schrittweise in ihrer Ebene verschoben wird, so daß eine Vielzahl von Vielfachpunkthologrammen an den Stellen der Trockenplatte gebildet werden, die mit der Maske ausgerichtet sind. Das zweite Verfahren ist vorteilhafter als das erste, da es mit einem einfacheren optischen System durchgeführt werden kann.

6t) Ein zusammengesetztes Vielfachpunkthologramm hat die Fähigkeit, gleichzeitig und in paralleler Weise eine größere Menge an zweidimensionaler Eingabestruktur-Information zu verarbeiten, als ein einzelnes Vielfachpunkthologramm. Es hat sich insbesondere

('5 herausgestellt, daß das zusammengesetzte Vielfachpunkthologramm eine weitere Erhöhung der Trennschärfe zur Identifizierung von geometrischen Figuren ermöglicht, verglichen mit einem einzelnen Vielfach-

punkthologramm. Vorausgesetzt ist, daß eine Eingabestruktur in eine Vielzahl von Grundstrukturen (im folgenden als Bildelement bezeichnet) zerlegt wird, so daß das Fourier-transiormierte Spektrum eines jeden Bildelementes auf einem zugeordneten Hologramm eines einzelnen Vielfachpunkthologramms gebildet wird, aus dem unter anderem das zusammengesetzte Vielfachpunkthologramm aufgebaut ist, und in der bereits erwähnten Art verarbeitet wird. Die Erklärung liegt darin, daß die gegebene Information einer Eingabestruktur in der Form von Bits nachgewiesen wird, die der Anzahl von Bildelementen entspricht. Dieses Verfahren wird weiter unten unter Bezugnahme auf die Ausführungsform der F i g. 6 erläutert

Ein bekanntes Verfahren zur Herstellung einer Vielfachabbildung kann benutzt werden, um eine Eingabestruktur in eine Vielzahl von Bildelementen zu zerlegen. Das Vielfach-Abbildungsverfahren ist ein Verfahren, bei dem zuerst das Licht durch einen halbdurchlässigen Spiegel in mehrere Bündel aufgeteilt wird, und bei dem anschließend ein optisches Bauteil wie eine Vielfachmikrolinse, eine Anordnung von vielen kleinen Öffnungen oder ein Punkthologramm verwendet wird. Beispielhaft wird nun ein Verfahren beschrieben, bei dem eine Vielfachmikrolinse eingesetzt wird. Ein Identifizierungsgerät für zweidimensionale geometrische Figuren, das ein erfindungsgemäßes zusammengesetztes Vielfachpunkthologramm verwendet, hat ein optisches System, wie es in F i g. 6 gezeigt ist. Das von einer kohärenten Lichtquelle 22 ausgehende Licht wird erweitert und durch ein Linsenpaar 23 und 24 in ein paralleles Lichtbündel verwandelt Es fällt auf eine Vielfachmikrolinse 25, die so dargestellt ist, als ob sie 9 getrennte Mikrolinsen enthielte, die dicht nebeneinander in einer gemeinsamen Ebene angeordnet sind. Eine Vielzahl von punktförmigen Lichtquellen (oder sekundären Lichtquellen), deren Anzahl gleich der der verwendeten Mikrolinsen ist, wird durch die von den Mikrolinsen in ihren Brennebenen zusammengefaßten Lichtbündel gebildet. Die auseinandergehenden Lichtbündel dieser sekundären Lichtquellen werden in parallele Lichtbündel umgewandelt, die die Eingabestruktur 27 beleuchten. Eine Linse 28 und eine Vielfachmikrolinse 29 sind so angeordnet, daß die Abbildungen der Eingabestruktur 27 auf der Oberfläche 30 einer Maske gebildet werden. Auf diese Weise wird eine Vielzahl von Abbildungen der Eingabestruktur, deren Anzahl der der Anzahl der Mikrolinsen gleicht, auf der Maskenoberfläche 30 gebildet, wobei die Lage dieser Abbilder mit der Vielzahl der sekundären Lichtquellen übereinstimmt. Ein angepaßtes Filter, das aus verschiedenen Arten von angepaßten Filtern ausgewählt ist, ist an der Maskenoberfläche 30 an jeder Stelle eines Abbildes der Eingabestruktur vorgesehen, so daß aus der Eingabestruktur Bildelcmcntc herausgezogen werden. Beispielsweise können diese angepaßten Filter solche sein, die nur einen erwünschten Lichtanteil der Bildelementc durchlassen, aber nicht das restliche Licht. Dann werden die Bildelcmcnte der Eingabestrukttir durch eine Vielfachmikrolinsc 31 so Fourier-transformiert, daß die Fourier-transformiertcn Spektren der entsprechenden Bildelementc in der rückwärtigen Brennebene der Vielfachmikrolinsc 31 gebildet werden. Die Vielfachmikrolinse 31 hat eine Vielzahl Mikrolinsen, deren Anzahl, Anordnung und Größe mit der Vielfachmikrolinsc 25 identisch übereinstimmt. Ein zusammengesetztes Vielfachpunkthologramm dient als Filter 32 und ist so ungeordnet, daß jedes im zusammengesetzten Vielfachpunkthologramm enthaltene Einzelvielfachpunkthologramm mit einem Fouriertransformierten Spektrum eines jeden entsprechenden Bildelementes ausgerichtet ist. Die Abbildungen werden am Ende des optischen Systems in der gleichen Weise wie bei dem Identifizierungsgerät für zweidimensionale Figuren, das ein einziges Vielfachpunkthologramm verwendet, nachgewiesen. Die Abbildungen werden durch eine Vielzahl von Linsengruppen (33al,33a2,...,

.o 33aN; 3361, 3362 336N; 33cl, 33c2 33cN) und

eine Vielzahl von fotoelektrischen Wandlergruppen

(34al, 34a2 34a/V; 3461,3462,..., MbN; 34cl, 34ώ,

.... 34cN; nachgewiesen. N bezeichnet ein Vielfachpunkthologramm, das N-mal belichtet worden ist, und die Buchstaben a, b, ... beziehen sich auf die entsprechende Lage der entsprechenden Bildelemente auf der Hologrammoberfläche. Die Eigenschaften der Eingabestruktur werden als elektrische Signale entnommen. Auf Grund dieses Verfahrens wird die verarbeitbare Anzahl der Bits aus den Abbildungsinformationen erhöht, da die Informationen der Eingabestruktur verarbeitet werden, nachdem diese in Bildelemente zerlegt worden ist Das ermöglicht die Trennschärfe bei der Figurenidentifizierung zu steigern, im Vergleich zu dem Verfahren, das ein einziges Vielfachpunkthologramm verwendet und dabei die Trennschärfe zwischen ähnlichen Strukturen erhöht.

Zusammenfassend können folgende Eigenschaften und Vorteile der Erfindung festgehalten werden. Ein Vielfachpunkthologramm, das wie eine Vielzahl von optischen Filtern mit erwünschten Eigenschaften wirkt, kann auf einfache Weise mit einer Vielzahl von Masken, die die gleiche Durchlässigkeitswirkung wie die erwünschten optischen Filter haben und in Berührung mit einer Trockenplatte angeordnet sind, hergestellt werden.

Die Verarbeitung der Information der zweidimensionalen Eingabestruktur kann trotz sehr guter Trennschärfe für die Unterscheidung sehr ähnlicher Figuren mittels eines kleinen und wirtschaftlichen Gerätes durchgeführt werden, das ein so einfaches optisches System, wie es in den F i g. 2 oder 6 gezeigt wird, enthält Zu den obenerwähnten Eigenschaften und Vorteilen eines Vielfachpunkthologramms weist ein zusammengesetztes Vielfachpunkthologramm den zusätzlichen Vorteil auf, eine größere Menge an Information in zweidimensionalen Eingabestrukturen gleichzeitig in paralleler Weise filtern zu können. Insbesondere, wenn eine Vielzahl von Eingabestrukturinformationen in der Form einer Gruppe von Bildelementen vorliegt, kann eine größere Anzahl von Bits nachgewiesen werden Auf diese Weise können die Struktureigenschaften mil zusätzlich erhöhter Trennschärfe mit einer höherer Geschwindigkeit entnommen werden, verglichen mn den Verfahren, bei denen ein einzelnes Vielfachpunkt hologramm verwendet wird.

Das Vielfachpunkthologramm und das zusammenge setzte Viclfachpunkthologramm kann ein mit diffusen Licht aufgenommenes Punkthologramm sein. Wcgci do seiner hohen Überbestimmtheit und gleichmäßige¹ Slreuwirkung über die gesamte Oberfläche gibt das mi diffusem Licht aufgenommene Punkthologramm al jedem Punkt eine abgebeugte Intensität proportion» der Intensität des hereinkommenden Lichtes, wodurc fts es möglich ist, die Struktureigenschaften mit einer geringeren Fehler zu entnehmen.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Figurcnider tifizierung, das ein ViclfachDunktholoErnmm oder ei

<r

zusammengesetztes Vielfachpunkthologramm als ein optisches Filter enthält, führt in einer viel einfacheren und schnelleren Weise so komplizierte Verarbeitungsprozesse durch, wie sie bisher unter Verwendung einer elektronischen Datenverarbeitungsanlage in Verbindung mit einem optischen Laser durchgeführt worden sind. Dies rührt daher, daß das Gerät gleichzeitig die Verarbeitung der Informationen der Eingabestruktur im zweidimensionalen Raum durchführt. Die bisher bekanntgewordenen Lichtfilterverfahren waren sehr korn-

pliziert, da eine Vielzahl von einzelnen Filtervorgängen durchgeführt werden mußte, um eine Vielzahl von Größen entnehmen zu können, oder hatten keine so gute Trennschärfe. Man sieht, daß die vorliegende Erfindung diesen Nachteil ausräumt und ein leicht zu bedienendes, kleines Gerät zur Figurenidentifizierung vorsieht, das wegen der verbesserten Trennschärfe stark dazu beitragen wird, die praktische Anwendung von optischen Lesegeräten auszudehnen.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

λsi Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur optischen Identifizierung von in einer Eingabestruktur enthaltenen geometrischen Figuren, bei der in einem durch die Eingabestruktur beeinflußten Lichtbündel ein Filter angeordnet ist, das auf ein- und derselben Fläche eines Trägers überlagert mehrere aus Hologrammen bestehende Filterfunktionen enthält, die sich untereinander sowohl aufgrund von bei der Aufnahme unterschiedlich eingestellten Referenzbündef-Neigungen hinsichtlich der Beugungswinkel von durch die Hologramme abgebeugten Teilbündeln als auch hinsichtlich der an diesen Teilbündeln bewirkten Filteroperationen unterscheidet, und bei der ferner das Licht der aögebeugten Teilbündel auf je einen von mehreren fotoelektrischen Wandlern fällt, an die elektrische Schaltkreise zur Identifizierung der Figuren angeschlossen sind, dadurch gekennzeichnet, daß die verschiedenen im Filter (19; 32) einander überlagerten Hologramme Punkthologramme sind, während deren Aufnahme der eine lichtempfindliche Schicht tragenden Fläche (9) des Trägers jeweils eine, für jede Referenzbündel-Neigung unterschiedliche Maske (8) unmittelbar vorgeschaltet ist, die in der Ebene des Punkthologramms dessen örtliche Intensitätsverteilung unmittelbar vor dem Auftreffen auf die lichtempfindliche Schicht entsprechend der in der Maske (8) vorliegenden Funktion modifiziert, die eine Funktion zur Ausführung einer orthogonalen Transformation des Fourier-transformierten Spektrums der Eingabestruktur ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Punkthologramm ein mit diffusem Licht aufgenommenes Punkthologramm ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Maske (8) sektorförmige öffnungen bildet.

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere so beschaffene Filter auf einem Träger (32) nebeneinander angeordnet sind, von denen jedes in je einem von mehreren getrennt laufenden, sich nur in der Eingabestruktur gegenseitig durchsetzenden Bündelkanälen angeordnet ist (F i g. 6).

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß in jedem einzelnen Bündelkanal, in einer zur Eingabestruktur optisch konjugierten Ebene, je ein angepaßtes Filter (30) für jeweils ein bestimmtes Element einer geometrischen Figur angeordnet ist und in der hierzu eine Fourier-Transformation liefernden Ebene jeweils ein Punkthologrammfilter angeordnet ist.