DE60026301T2

DE60026301T2 - Gerät und verfahren zum kennzeichnen, codieren, speichern und suchen von bilder mittels ihrer gestalt

Info

Publication number: DE60026301T2
Application number: DE60026301T
Authority: DE
Inventors: Rikk Longmont CRILL
Original assignee: Look Dynamics Inc
Current assignee: Look Dynamics Inc
Priority date: 2000-03-27
Filing date: 2000-05-23
Publication date: 2007-01-25
Anticipated expiration: 2020-05-24
Also published as: JP4758590B2; US6678411B1; EP1269403B1; KR20030038537A; AU5155800A; AU2000251558B2; CN1454366A; EP1269403A1; RU2002128731A; WO2001073681A1; IL151875A0; CN1222903C; RU2238586C2; JP2004500665A; ATE319139T1; CA2402786A1; DE60026301D1; CA2402786C; IL151875A

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Querverweis auf zugeordnete Patentanmeldung:
Diese Patentanmeldung ist ein Antrag auf Teilweiterbehandlung der am 4. Juni 1999 beim US-Patent- und Warenzeichenamt eingereichten US-Patentanmeldung, Serien-Nr. 09/326,362.
Technisches Gebiet
Diese Erfindung betrifft im Allgemeinen die optische Bildverarbeitung und spezieller das optische Charakterisieren von Bildern derart, dass sie kodiert, gespeichert, gesucht, wieder gefunden und/oder mit anderen Bildern verglichen werden können.
Stand der Technik
Es gibt hundertmillionenfach, vielleicht milliardenfach kreative Tätigkeit in der Welt, die die Form von visuellen Bildern hat oder die in visuelle Bilder umgewandelt werden kann. Solche kreative Tätigkeit kann zum Beispiel künstlerische Zeichnungen und Gemälde, kommerzielle Kunst, technische Zeichnungen, Fotografien, digital aufgezeichnete Standbilder und Video-Filmbilder, Radarbilder, Karten, mittels Computer erzeugte Bilder, schriftstellerische Tätigkeit, Graphik-Softwarecode, Tonaufzeichnungen und noch viele andere umfassen. Solche kreativen Arbeiten sind in Bibliotheken, Datenbanken, öffentlichen sowie privaten Sammlungen und anderen Stellen in aller Welt aufbewahrt, und für Personen gibt es viele Gründe, sie finden zu wollen. Jedoch sind Bilder auf objektive Art und Weise, unabhängig von menschlicher Betrachtung und subjektiver Bewertung, viel schwieriger zu kennzeichnen als zum Beispiel Text. Folglich ist die Schaffung einer inhaltsreichen Datenbank zum Speichern und Suchen von Bildern in großen Mengen eine beängstigende Aufgabe geworden, und die Ergebnisse haben den Nutzen begrenzt, auch wenn er durch computerisiertes Erfassen und Suchen zugenommen hat. Zum Bei spiel nutzt eine visuelle Suchmaschine, die von ditto.com (früher Arriba Soft Corp.) realisiert wurde, ein „Krabbler"-Softwareprogramm für Computer, um sich im World Wide Web zu bewegen, Webseiten bei der Suche von Bildern zu besuchen und die Bilder zusammen mit einem zugeordneten Text zu erfassen. Anschließend werden die Bilder in der Größe reduziert, mit dem Text entsprechend irgendeiner Kategorie des Gegenstandes, dem Inhalt, der Charakteristik oder dergleichen registriert, projiziert und/oder von Menschen ausgewählt („menschliche Filter") und in eine Datenbank eingegeben. Der anschließende Zugriff oder das Suchen der Datenbank wird vorgenommen, indem ein Kennwort oder Satz eingegeben wird, die eines von einer Anzahl von Kennworten oder Sätzen sein müssen, die der Architekt oder Betreiber der Suchmaschine ausgewählt haben, um ein Bild in dem Suchmaschinen-Register zu kennzeichnen. Zum Beispiel könnte ein Sucher das Wort „Schmetterling" eingeben, und wenn die Datenbank-Suchmaschine Bilder aufweist, die durch das Wort „Schmetterling" registriert sind, dann wird die Suchmaschine diese Bilder anzeigen. Wenn die Suche unter „Schmetterling" zu viele Treffer ergibt, z. B. über 3000 Bilder, kann ein weiteres Wort wie z. B. „Monarch" hinzugefügt werden, um das Suchfeld einzuengen jedoch nur, wenn Architekt oder Betreiber der Datenbank Bilder unter dem Wort „Monarch" registriert haben. Die Wörter „Monarch Schmetterling" können das Feld t zum Beispiel auf mehrere 100 Bilder einengen. Es liegt dann am menschlichen Betrachter, sich alte unter den Wörtern „Monarch" und „Schmetterling" katalogisierten Bilder anzuschauen, um zu sehen, ob es eines oder mehrere gibt, die von Interesse sind. Letzten Endes wird die Suchfähigkeit einer solchen Suchmaschine eingeschränkt durch: (i) das Wort (die Wörter), die der Architekt oder der Betreiber der Datenbank auswählen, um ein Bild zu beschreiben; (ii) die beschränkte Zeit, die gewöhnliche Menschen haben, um die Bilder zu betrachten, Schlüsselwörter zum Registrieren zuzuordnen und das Bild mit den gewählten Registrierwörtern in der Datenbank – zur Zeit bis zu mehreren Millionen von Bildern – einzugeben; (iii) die begrenzten Bilder von den hundertmillionen- oder milliardenfachen, die verfügbar sind, für die der Betreiber sich entscheidet sie zu registrieren und in die Datenbank zu geben; (iv) dadurch, dass der Benutzer die präsentierten Bilder persönlich betrachten muss; und (v) der Benutzer hoffen muss, falls er die Quelle oder Örtlichkeit eines Bildes finden will, von dem er ein Bezugsbild besitzt, welches der Benutzer/die Benutzerin in seinem/ihrem Besitz hat, dass der Suchmaschinen-Betreiber das gewünschte Bild nicht ausgeschlossen hat und der Benutzer die durch die Suchmaschine gelieferten Bilder mit dem Bezugsbild vergleichen muss.
Die gleichzeitig anhängige Patentanmeldung der Anmelderin, US-Serien-Nr. 09/326 362, eingereicht am 4. Juni 1999, beschreibt, wie Bilder in verschiedenen Datenbanken, Servern, Webseiten und dergleichen, die durch oder über das Internet zugänglich sind, mit optischen Korrelationsverfahren gefunden und mit einem Bezugsbild verglichen werden können. Jedoch ist es nicht wirklich wünschenswert oder rationell, alle diese verfügbaren Quellen jedes Mal durchsuchen zu müssen, wenn für ein anderes Bezugsbild eine Übereinstimmung gesucht wird. Natürlich könnten alte Bilder, die in solchen verfügbaren Quellen gefunden wurden, in eine einzelne oder zentrale Datenbank gelegt werden, und es könnte dann jede Suche nach einer Übereinstimmung mit einem Bezugsbild in dieser Datenbank vorgenommen werden. Ein solches Schema würde ausschließen, dass man für jede Suche zu allen verfügbaren Quellen gehen muss. Jedoch erfordern viele Bilder Hunderte oder Tausende von Kilobytes von Daten, so dass ein massiver Speicher zur Datenspeicherung erforderlich wäre, um die Hundertmillionen oder Milliarden Bilder zu sammeln und gemeinsam in einer Datenbank zu speichern, so dass das Durchsuchen aller dieser Bilder für jedes Bezugsbild dennoch unrationell sein würde, auch wenn alle Bilder in einer einzigen Datenbank wären. Trotzdem zwingen Versuche zum Begrenzen von Suchzeit und Anforderungen an die Mittel durch beliebige Kategorien, während sie möglicherweise bis zu einem begrenztem Umfang nützlich sind, zumindest zu einigen der oben in Bezug auf die Typen von ditto.com von Bildsuchmaschinen beschriebenen Einschränkungen und Unwirtschaftlichkeiten. Die gleichzeitig anhängige Patentanmeldung der Anmelderin, Serien-Nr. 09/326 362 ist nicht darauf gerichtet, wie die in solchen verschiedenen Datenbanken, Server, Websites und dergleichen gefundenen Bilder in einer Weise gekennzeichnet werden könnten, bei der minimale Daten oder Informationsbytes zur leichten und handhabbaren Speicherung von Datenbanken, zur schnellen Suche und bequemen Wiedergewinnung für Übereinstimmungsvergleiche erforderlich sind.
Es gibt Bedarf an einer schnellen Vorrichtung, die mehr automatisiert ist, und an einem Verfahren zur Charakterisierung von Bildern in einer Weise, dass sie gespeichert, gesucht, wieder gewonnen und mit einem Bezugsbild verglichen werden können, bei geringstem, wenn überhaupt, menschlichen Eingriff oder Mitwirkung.
Darstellung der Erfindung
Folglich ist eine allgemeine Aufgabe dieser Erfindung die Bereitstellung einer verbesserten Vorrichtung und eines Verfahrens zur Charakterisierung von Bildern mit Informationen, die für jedes Bild einzigartig sind und die zum Kodieren, Speichern und Suchen in einer Datenbank geeignet sind.
Eine speziellere Aufgabe dieser Erfindung ist die Bereitstellung eines Verfahrens zur schnellen Charakterisierung von Formen in einem Bild und Kodierung dieser auf die Form bezogenen Eigenschaften mit minimalen Daten, so dass die Speicherung, Suche und Wiedergewinnung von Daten schnell und ohne außergewöhnliche Verarbeitungsleistung und Speicherkapazität des Computers vorgenommen werden kann.
Eine weitere spezielle Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung einer automatisierten Suche und Wiedergewinnung eines Bildes aus einer Datenbank von Bildern, basierend auf einem Bezugsbild.
Diese und andere Aufgaben, Vorteile und neuartigen Merkmale der Erfindung werden zum Teil in der folgenden Beschreibung erläutert und werden sich mit dem Fachmann zum Teil bei Prüfung der folgenden Beschreibung erschließen oder können durch die praktische Anwendung der Erfindung erlangt werden. Die Aufgaben und die Vorteile können durch die Einrichtungen und in Kombinationen realisiert und erreicht werden, auf die in den angefügten Ansprüchen besonders hingewiesen wird.
Um die oben erwähnten sowie andere Aufgaben und entsprechend den Zwecken der vorliegenden Erfindung, wie sie hier verkörpert und weitestgehend beschrieben ist, zu erfüllen, umfasst das Verfahren nach dieser Erfindung, wie es in Anspruch 1 definiert ist, die Charakterisierung eines Bildes hinsichtlich seines Forminhalts durch Erzeugen eines optischen Musters einer Fourier-Transformierten des Bildes mit Lichtenergie; räumliches Filtern der Lichtenergie aus dem Fourier-transformierten Muster mit einem sich drehenden Spalt, um ein gefiltertes Muster von Lichtenergie zu erzeugen; Detektieren von Intensitäten der Lichtenergie wie sie in dem gefilterten Muster für diskrete Winkelorientierungen des Spalts verteilt ist; und Speichern der Intensitäten der Lichtenergie, die im räumlichen Muster detektiert werden, zusammen mit den diskreten Winkelorientierungen des Spalts, für die solche Intensitäten der Lichtenergie detektiert werden. Die Erfindung umfasst außerdem das Aufspalten der in dem gefilterten Muster verteilten Lichtenergie in zwei Strahlen zum Detektieren durch zwei getrennte Detektoranordnungen, die im virtuellen Verhältnis zueinander hinsichtlich des gefilterten Musters versetzt sind, um den Verlust von Intensitäten der Lichtenergie in Lichtpunkten oder Bereichen von Lichtenergie, die Grenzen zwischen zwei oder mehreren einzelnen lichtempfindlichen Elementen in einer der Detektoranordnungen spreizen, zu vermeiden. Das Verarbeiten und das Speichern der Intensitäten der Lichtenergie umfasst das Kombinieren von Intensitäten aus einzelnen lichtempfindlichen Elementen mit einer Winkelorientierung des Spalts zur Speicherung in Räumen einer Datenanordnung, die Positionen von einzelnen lichtempfindlichen Elementen in der Detektoranordnung entsprechen. Die Intensitäten können gegenüber einem Intensitätsschwellenwert gemessen und in der Datenbank nur dann gespeichert werden, wenn sie mindestens so hoch sind wie der Intensitätsschwellenwert. Ein Markierungszeichen, wie zum Beispiel ein oder mehrere Verzerrungsniveaus, kann den in der Datenanordnung gespeicherten Rotations- und Intensitätsinformationen hinzugefügt werden.
Um die oben erwähnten Aufgaben weiter zu erfüllen, enthält die Vorrichtung nach dieser Erfindung, wie sie im Anspruch 18 definiert ist (mit einer in dem Anspruch 23 definierten anderen Möglichkeit), einen optischen Bildforminhalt-Charakterisierer mit einer Fourier-Linse zur Erzeugung eines Musters einer Fourier-Transformierten der Lichtenergie aus dem Bild in der Bildebene der Linse; ein Raumfilter mit einem sich drehenden Spalt, das in der Bildebene der Linse angeordnet ist, um nur Lichtenergie von dem Fourier-transformierten Muster bei Winkelorientierungen des Spalts durchzulassen; einen Photodetektor, der angeordnet ist, um Licht zu erfassen, das durch das Raumfilter gegangen ist; und einen Modulator für räumliches Licht mit einer verbundenen kohärenten Lichtquelle. Der Modulator für räumliches Licht ist ansteuerbar, um ein Bild mit kohärentem Licht aus der verbundenen kohärenten Lichtquelle zu erzeugen und das Bild mit dem kohärenten Licht durch die Fourier-Linse zu projizieren. Der Photodetektor umfasst vorzugsweise zwei Detektoranordnungen von einzelnen lichtempfindlichen Elementen; und ein Strahlteiler projiziert einen Teil des gefilterten Musters auf eine der Detektoranordnungen und einen anderen Teil auf die andere Detektoranordnung. Die Detektoranordnungen sind relativ zueinander hinsichtlich des gefilterten Musters virtuell versetzt. Eine Vergleichsschaltung (oder Software, die eine Vergleichsfunktion ausführt) wählt die Intensität zwi schen einem einzelnen lichtempfindlichen Element in einer der Anordnungen und einer Gruppe von virtuellen, teilweise nebeneinander gestellten lichtempfindlichen Elementen in der anderen Anordnung aus. Es wird eine RIXel-Datenbank-Anordnung genutzt, um Intensitäten zusammen mit einer Drehungsorientierung und wahlweise einem suchbaren Markierungszeichen, wie zum Beispiel ein Verzerrungsfaktor, zu speichern.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Die begleitenden Zeichnungen, die in der Patentbeschreibung enthalten sind und einen Teil davon bilden, veranschaulichen die bevorzugten Ausführungen nach der vorliegenden Erfindung und dienen zusammen mit den Beschreibungen dazu, die Prinzipien der Erfindung zu erläutern.
1 ist eine schematische Darstellung eines optischen Bild-Charakterisierers gemäß dieser Erfindung;
2a bis 2c stellen die Beziehung zwischen der vertikalen Winkelorientierung des Spaltes in dem Raumfilter (2a) im Verhältnis zu den Formmerkmalen in dem Bild (2b) und dem sich ergebenden gefilterten Muster der Lichtenergie (2c) dar;
3a bis 3c sind 2a bis 2c ähnlich, jedoch mit einer Winkelorientierung des Spaltes von etwa 50 Grad von der Vertikalen;
4a bis 4c sind ebenfalls 2a bis 2c ähnlich, wobei der Spalt jedoch zu der Horizontalen gedreht ist;
5 ist eine grafische Darstellung der versetzten, virtuellen nebeneinander gestellten Detektorgitter nach dieser Erfindung, die genutzt werden, um ein gefiltertes Muster der Lichtenergie zu erfassen;
6 ist ein vergrößerter Teil der virtuellen nebeneinander gestellten Detektoranordnungen, der eine Erfassung von Lichtpunkten oder Bereichen der Lichtenergie veranschaulicht, die Grenzen zwischen benachbarten lichtempfindlichen Elementen strecken;
7 ist ein Funktionsdiagramm, das eine Sammlung von Daten der Bildidentität und RIXel-Drehung sowie der Intensität für die RIXel-Datenanordnung veranschaulicht;
8 ist eine schematische Darstellung einer Intensitätssignal-Vergleichsschaltung zum Auswählen der Intensität zwischen einem lichtempfindlichen Element von einer Detektoranordnung und vier teilweise nebeneinander gestellten, lichtempfindlichen Elementen der anderen Detektoranordnung zur Einbeziehung in die RIXel-Datenbank; und
9a bis 9b veranschaulichen einen Teil der RIXel-Datenbank mit Räumen, die mit Informationen hinsichtlich der Drehung, Intensität und Verzerrung zur genauen Suche gefüllt sind, und mit zusätzlichen Räumen, die mit unterschiedlichen Markierungszeichen für Verzerrungswerte zur weniger genauen Suche gefüllt sind.
Beste Ausführungsart der Erfindung
Ein optischer Bild-Charakterisierer 10 zum Kennzeichnen, Speichern und Suchen von optischen Bildern durch Forminhalt entsprechend der vorliegenden Erfindung ist in 1 schematisch dargestellt. Dieser Charakterisierer 10 kennzeichnet ein Bild entsprechend den geometrischen Formen, die das Bild aufweist, wobei die Charakterisierung für das Bild einzig sein wird. Andere Charakterisierungen des Bildes wie zum Beispiel Farbe und/oder Struktur, die mit unterschiedlichem optischen Gerät, das nicht Teil dieser Erfindung ist, erzeugt werden, können zusammen mit den nach dieser Erfindung erfassten Formeigenschaften verwendet werden, kennzeichnen die Bilder weiter und suchen diese. Diese Beschreibung wird sich jedoch in erster Linie auf eine erfindungsgemäße Bildforminhalt-Charakterisierung konzentrieren.
Wesentlich ist, dass ein Musterbild 12, das von einer beliebigen Quelle (z. B. Internet, elektronische Datenbank, Webseite, Bibliothek, Scanner, Foto, Filmstreifen, Radarbild elektronische Standbild- oder Videokamera und andere Quellen) erhalten werden kann, in den optischen Bildforminhalt-Charakterisierer 10 eingegeben wird wie es nachstehend ausführlicher beschrieben werden wird. In der Abbildung ist eine beliebige Anzahl n von anderen Musterbildern 14, ...., n dargestellt, die zur aufeinander folgenden Eingabe in den optischen Bild-Charakterisierer 10 eine Warteschlange bilden wie es durch Pfeile 16, 18 angegeben ist. Die Eingabe einer beliebigen Anzahl n von solchen aufeinander folgenden Bildern 12, 14, ..., n kann manuell oder vorzugsweise in automatisierter Form vorgenommen werden wie beispielsweise durch eine mechanische Handhabevorrichtung für Dias, ein Computerbild-Generator, ein Filmstreifen-Projektor, eine elektronische Standbild- oder Videokamera oder dergleichen. Der Rahmen 20 in 1 stellt eine beliebige Vorrichtung schematisch dar, die aus den Bildern 12, 14, ...., n eine Warteschlange bildet und sie in den Bild-Charakterisierer 10 bewegen kann. Die folgende Beschreibung wird sich der Bequemlichkeit und Einfachheit halber zum größten Teil nur auf das erste Bild 12 beziehen, jedoch mit dem Verständnis, dass sie genauso gut auf jedes Bild 12, 14, ...., n angewandt werden könnte.
Außerdem werden die mehreren Musterbilder 12, 14, ..., n in den optischen Bild-Charakterisierer 10 in einer Ebene senkrecht zum Lichtstrahl 22, der aus dem Bild-Beleuchtungsgerät 21 austritt, d. h. senkrecht zur Blickebene in 1, eingegeben. Um die Erläuterung, die Darstellung und das Verständnis der Erfindung zu erleichtern, sind die Bilder 12, 14, ..., n als in einer Ebene parallel zu der Blickebene in 1, d. h. parallel zur Ebene des Papiers, projiziert dargestellt. Zum Zweck der Erläuterung, Darstellung und des Verständnisses wird diese gleiche Art wird auch verwendet, um das Bild 12', ein Fourier-transformiertes Muster 32, das Raumfilter 10, das gefilterte Muster 60 und die Detektorgitter 82a, 82b von ihren entsprechenden Ebenen senkrecht zu den Lichtstrahlen in die Ebene des Papiers zu projizieren. Diese Komponenten und ihre Funktionen in der Erfindung werden nachstehend ausführlicher erläutert.
Ein in den optischen Bild-Charakterisierer 10 eingegebenes Bild 12 durchläuft optisch eine Anzahl von optischen Komponenten, die nachstehend ausführlicher beschrieben werden. Jedoch wird das Bild 12 beim Durchlaufen der dünnen positiven Linse 30, auch Fourier-Linse (FT) genannt, eine bedeutende Umwandlung erfahren. Eine Fourier-Transformierte des Musterbildes 12' ordnet die Lichtenergie des Bildes 12' neu zu einem Fourier-transformierten Muster 32 um, das an der Brennweite F der Linse 30 (d. h. in der Bildebene wie in 1 dargestellt) auftritt und für das Bild 12' einzigartig ist, auch wenn es für das menschliche Auge nicht als das Bild 12' erkennbar ist. Die Lichtenergie im Fourier-Bereich, d. h. in der Bildebene, kann durch Intensitäten, d. h. Amplituden der Lichtenergie, die an verschiedenen räumlichen Positionen über das Fourier-transfor mierte Muster 32 verteilt ist, gekennzeichnet werden. Die komplexe Amplitudenverteilung der Lichtenergie 34 in dem Muster 32 ist die Fourier-Transformierte der komplexen Lichtverteilung in dem Bild 12', das eine erneute optische Erzeugung des Bildes 12 in monochromatischer, vorzugsweise kohärenter Lichtenergie ist, wie es nachstehend ausführlicher beschrieben werden wird. Konzentrationen von intensiver Lichtenergie in dem Fourier-transformierten Muster 32 (FT) entsprechen im Allgemeinen den Raumfrequenzen des Bildes 12', d. h. wie eng zusammen oder weit auseinander liegende Merkmale in dem Bild 12' sich ändern oder die gleichen bleiben. Zum Beispiel würde ein Hemd mit einem bunt karierten Gewebe in einem Bild (nicht gezeigt), d. h. mit vielen kleinen Quadraten in dem Bild im Raumbereich eine höhere Raumfrequenz, d. h. Änderungen pro Abstandseinheit, besitzen als ein einfaches einfarbiges Hemd (nicht gezeigt) in dem Bild im Raumbereich. Außerdem würden Teile eines Bildes wie die Stoßstange und Grillteile 35 eines Autos in dem Bild 12' im Raumbereich eine höhere Raumfrequenz aufweisen als der Teil der Seitenwand 36 des Auto-Bildes 12', weil die Stoßstange und Grillteile 35 viele kleine Teile mit verschiedenen Kanten, Kurven und anderen komplizierten Änderungen innerhalb eines kleinen räumlichen Abstands umfassen können, wogegen die Seitenwand 36 über einen großen räumlichen Abstand ziemlich glatt und gleichmäßig ist. Lichtenergie von den feineren Einzelheiten eines Bildes im Raumbereich wie die kompliziertere Stoßstange und Grillteile 35 des Bildes 12' im Raumbereich neigen dazu, vom optischen Mittelpunkt oder der Achse 40 des Fourier-transformierten Bildes radial nach außen, d. h. im Fourier-Bereich, weiter zerstreut zu werden als Lichtenergie von gröberen oder einfacheren Details eines Bildes wie zum Beispiel die Seitenwand 36 des Bildes 12' im Raumbereich. Die Amplitude der Lichtenergie 34, die in dem Fourier-transformierten Muster 32 (Fourier-Bereich) radial nach außen zerstreut wird, ist auf die Lichtenergie der entsprechenden Teile des Bildes 12' im Raumbereich bezogen, von dem diese Lichtenergie mit der Ausnahme austritt, dass diese Lichtenergie in Flächen oder Bereiche 34 in der Ebene des Fourier-transformierten Musters 32 konzentriert ist, nachdem sie durch die FT-Linse 30 gebrochen wurden, d. h. in Bereiche intensiver Lichtenergie, die durch Bereiche mit wenig oder ohne Lichtenergie getrennt sind. Wenn die hohen Raumfrequenzabschnitte des Bildes 12', wie Stoßstange und Grillteil 35, hell sind, dann wird die Intensität oder Amplitude der Lichtenergie aus diesen hohen Raumfrequenzabschnitten des Bildes 12', die durch die FT-Linse 30 in radialer Richtung zu mehr nach außen liegenden Bereichen der Lichtenergie 34 im Fourier-transformierten Muster 32 zerstreut werden, höher, d. h. heller sein. Andererseits wird die Intensität oder Amplitude der Lichtenergie aus diesen hohen Raumfrequenzabschnitten des Bildes 12', die durch die FT-Linse 30 zu den in radialer Richtung mehr nach außen gerichteten Bereichen der Lichtenergie 34 im Fourier-transformierten Muster 32 zerstreut werden, geringer, d. h. nicht so hell sein, falls die hohen Raumfrequenzabschnitte des Bildes 12' verschwommen sind. Ebenso wird dann, wenn die Abschnitte des Bildes 12' mit niedriger Raumfrequenz, wie das Serienwandteil 36, hell sind, die Intensität oder Amplitude der Lichtenergie von diesen Abschnitten des Bildes 12' mit niedriger Raumfrequenz, die durch die FT-Linse zu den in radialer Richtung weniger nach außen liegenden Bereichen der Lichtenergie 34 im Fourier-transformierten Muster 32 (d. h. näher zur optischen Achse 40) zerstreut werden, höher, d. h. heller sein. Jedoch wird die Intensität oder die Amplitude der Lichtenergie von denjenigen Abschnitten niedriger Raumfrequenz des Bildes 12', die durch die FT-Linse 30 zu den in radialer Richtung weniger nach außen liegenden Bereichen der Lichtenergie 34 im Fourier-transformierten Muster 32 zerstreut werden, geringer, d. h. nicht so hell sein, wenn die Abschnitte mit niedriger Raumfrequenz des Bildes 12' verschwommen sind.
Zusammenfassend ist das Fourier-transformierte Muster 32 des aus dem Bild 12' austretenden Lichtes (i) einzigartig für das Bild 12'; (ii) umfasst Flächen oder Bereiche mit Konzentration der Lichtenergie 34, die in radialer Richtung von dem Mittelpunkt oder der optischen Achse 40, die Raumfrequenzen, d. h. Feinheiten von Einzelheiten in dem Bild 12' darstellen, zerstreut wird; (iii) entspricht die Intensität oder die Amplitude von Lichtenergie 34 in jedem Raumfrequenzbereich oder Bereich in dem Fourier-transformierten Muster 32 der Helligkeit oder Intensität von Lichtenergie, die von den entsprechenden feinen oder groben Merkmalen des Bildes 12' ausgeht; und (iv) ist solche Lichtenergie 34 in den Flächen oder Bereichen des Fourier-transformierten Musters 32 hinsichtlich der Intensität und räumlichen Örtlichkeit erfassbar.
Da dieser optische Bild-Charakterisierer 10 nach dieser Erfindung so ausgeführt ist, um ein Bild 12 durch Formen zu kennzeichnen, die das Bild 12 umfassen, wird zusätzliches räumliches Filtern des Fourier-transformierten Musters 32 der Lichtenergie genutzt, um Lichtenergie zu detektieren und zu erfassen, die von den feineren Details oder Teilen solcher feineren Details in dem Bild 12' ausgeht, die in verschiedenen speziellen Winkelorientierungen linear ausgerichtet sind. Dieses räumliche Filtern kann in einer beliebigen Anzahl von unterschiedlichen Möglichkeiten ausgeführt werden, wie es nachste hend ausführlicher erläutert werden wird, jedoch ist die beispielhafte Anordnung des Raumfilters 50 für diese Funktion ein länglicher Spalt 52 in einem undurchsichtigen Rotor 54, der in der Bildebene der FT-Linse 30 (d. h. im Fourier-Bereich) angeordnet ist und auf einer Welle um die optische Achse 40 drehbar ist. Ein Drehantrieb, der in 1 als Motor 56 mit einem Antriebsriemen 58, der sich um den Rotor 54 des Raumfilters herum erstreckt, grafisch dargestellt ist, dreht den Raumfilter-Rotor 54 und somit den Spalt 52 um die optische Achse 40 wie es durch den Pfeil 59 angegeben ist. Praktisch kann ein solcher Antrieb aus Motor 56 und Riemen 58 genutzt werden, wobei jedoch auch eine andere leistungsfähigere Rotorvorrichtung wie zum Beispiel ein Luftdruckantrieb und Luftlager (nicht dargestellt) eingesetzt werden können.
Es können nur die Teile der Lichtenergie 34 im Fourier-Muster 32 durch das Raumfilter 50 hindurch gehen, die mit dem Spalt 52 fluchten. Diejenigen Teile der Lichtenergie 54, die durch das Raumfilter 50 hindurch gehen, d. h. weitestgehend von Details oder Merkmalen des Bildes 12' ausgetreten sind, stellen zum Beispiel gerade Linien und kurze Segmente von gekrümmten Linien dar, die mit der Winkelorientierung des Spalts 52 geradlinig fluchten, wie es nachstehend ausführlicher beschrieben werden wird. Das Ergebnis ist ein gefiltertes Muster 60 von Lichtenergie-Bereichen 62, die die einzigartige Kombination von Merkmalen oder Linien in dem Bild 12' darstellen, die mit dem Spalt 52 im Raumfilter 50 linear fluchten.
Natürlich wird der Spalt 52, wenn er sich um die optische Achse 52 dreht wie durch den Pfeil 59 angegeben, mit Merkmalen oder Linien in dem Bild 12', die unterschiedliche Winkelorientierungen besitzen, linear fluchten. Somit werden sich die gebeugten Lichtenergiebereiche 62 in dem gefilterten Muster 60 zusammen mit der Drehung des Spaltes 52 ändern, um unterschiedliche Merkmale, Details oder Linien in dem Bild 12' bei verschiedenen Winkelorientierungen, Kompliziertheit oder Feinheit und Helligkeit darzustellen, wie es nachstehend ausführlicher erläutert werden wird.
Die räumlich gefilterte Lichtenergie in den Bereichen 62 des gefilterten Musters 60 kann durch einen oder mehrere Photodetektoren 80a, 80b bei jeder der verschiedenen Winkelorientierungen des Spaltes 52 detektiert und elektronisch einem Computer 100 oder einem anderen Mikroprozessor zur Verarbeitung und Kodierung zugeführt werden, wie es nachstehend ausführlicher beschrieben werden wird. Ein bedeutendes jedoch nicht wesentliches Merkmal dieser Erfindung umfasst die Verwendung von zwei Detektor-Anordnungen 82a, 82b der jeweils einzelnen lichtempfindlichen Energiewandler 84a, 84b, wobei jedoch eine der Anordnungen 82a, 82b scheinbar von der anderen in Bezug auf die optische Achse 40 versetzt ist. Dieses Merkmal erleichtert die Erfassung und Aufzeichnung der gefilterten Muster 60 im Einzelnen, ist jedoch schneller und erfordert eine geringere Datenverarbeitungskapazität oder Leistung als mit einer Photodetektor-Anordnung wie es nachstehend ausführlicher beschrieben werden wird. Der räumlich gefilterte Lichtstrahl 61 wird durch den Strahlteiler 64 aufgespaltet, um den Strahl 61 zu beiden Photodetektoren 80a, 80b zu senden, so dass die gefilterten Muster 60 durch beide Detektoranordnungen 82a, 82b detektiert werden.
Der Computer 100 mit einer Eingabe von optischen Informationen über die gefilterten Muster 60, das heißt Verteilung von Lichtenergie (I), Verteilung von einer oder von zwei Detektoranordnungen 82a, 82b zusammen mit Informationen aus der Bildverarbeitungsvorrichtung 20 über das Bild 12 (z. B. Identifikationsnummer, Quellenlokalisierer und dergleichen) und Informationen aus dem Raumfilter 50 über die Winkelorientierung (R) des Spalts 52 können programmiert werden, um die Eigenschaften des Bildes 12 in Bezug auf den Forminhalt des Bildes 12 zu kodieren. Ein verwendbares Format zum Kodieren solcher Informationen ist durch Pixel des gefilterten Bildes 60 mit Informationen gegeben, die den Ort in x, y-Koordinaten von jedem Pixel, die Rotation (d. h. Winkelorientierung des Spalts 52, somit der linearen Merkmale des Bildes 12, die mit einer solchen Winkelorientierung fluchten) und Intensität betreffen (d. h. Amplitude) von Lichtenergie aus dem gefilterten Muster 60, die an jedem Pixel mit der Winkelorientierung R detektiert wird. Ein suchbares Markierungszeichen wie zum Beispiel ein Verzerrungsfaktor X kann ebenfalls vorgesehen werden, wie es nachstehend ausführlicher erläutert wird. Eine solche Kombination von Winkelorientierung oder Rotation R, Lichtenergieintensität I für jedes Pixel und Verzerrungsfaktor X kann kurz ein „RIXel" genannt werden. Jedes RIXel kann dann einer beliebigen Kennung für das Bild 12, aus der es abgeleitet wurde (z. B. eine Zahl, ein Name oder dergleichen) des Quellenorts des Bildes 12 (z. B. Internet URL, Datenbankdatei, Buchtitel, Besitzer des Bildes 12 und dergleichen) und beliebigen anderen gewünschten Informationen über das Bild wie Format, Auflösung, Farbe, Struktur oder dergleichen zugeordnet werden. Einige dieser anderen Informationen wie zum Beispiel Farbe und/oder Struktur können Informationen sein, die von einer anderen Datenbank oder sogar auch einem anderen optischen Charakterisierer einge geben werden, der das gleiche Bild 12 hinsichtlich der Farbe, Struktur oder dergleichen, was immer zum Suchen und Finden des Bildes 12 oder zum Vergleichen des Bildes 12 mit anderen Bildern brauchbar wäre, automatisch kennzeichnet.
Einige, alle oder zusätzliche Kombinationen dieser Informationen über jedes Bild 12, 14, ..., n, die wie oben beschrieben, auf Form gekennzeichnet und kodiert wurden, können durch den Computer 100 zu einer oder mehreren Datenbanken 102 gesendet werden. In 1 sind mehrere beispielhafte Datenbank-Architekturen 104, 106, 108 zum Speichern von RIXel-Informationen über jedes Bild 12, 14, ..., n dargestellt, wobei jedoch auch viele andere Architekturen und Kombinationen von Informationen verwendet werden könnten.
In dem in 1 dargestellten optischen Bild-Charakterisierer 10 wird das Bild mit monochromatischer, vorzugsweise kohärenter Lichtenergie z. B. an dem Bild 12' mit einem Modulator für räumliches Licht (SLM) 26 erneut erzeugt, der mit einem Strahl kohärenten Lichts 24 aus einer Laserquelle 23 wie zum Beispiel eine Laserdiode oder Gasdiode beleuchtet wird. Dieses Merkmal der Erfindung könnte auch mit weißem Licht realisiert werden, obwohl die sich ergebenden Fourier-transformierten und räumlich gefilterten Muster mehr verschwommen wären als mit monochromatischem Licht. Während sich diese Beschreibung der Erfindung auf der Basis von monochromatischem, vorzugsweise kohärentem Licht fortsetzen wird, sollte daher verständlich werden, dass weißes Licht, wenn auch nicht bevorzugt, ein geeigneter Ersatz ist. Der Modulator 26 für räumliches Licht (SLM) kann optisch ansteuerbar sein so wie der in 1 dargestellte, oder er kann elektrisch ansteuerbar sein und zum Beispiel durch eine Videokamera (nicht gezeigt) oder durch einen Computer (nicht gezeigt) gesteuert werden. Wie dem Fachmann bekannt ist, kann ein Modulator für räumliches Licht ein Bild in einen polarisierten Lichtstrahl 25 „schreiben", indem die Polarisationsebene des Lichtes auf einer räumlichen Basis über dem Strahl 25 gedreht wird, um entweder das polarisierte Licht zu absorbieren oder durchzulassen, oder das polarisierte Licht in Abhängigkeit davon, was zum Erzeugen des Bildes 12' in monochromatischem Licht benötigt wird, teilweise zu absorbieren oder durchzulassen. In einem optisch angesteuerten SLM 26 wird die Bildebene auf einer räumlichen Basis durch einfallende Lichtenergie auf ein Halbleitermaterial neben dem Polarisations-Rotationsmaterial angesteuert (normalerweise ein Material aus Flüssigkristall), wogegen in einem elektrisch angesteuerten SLM (nicht dargestellt) das Flüs sigkristall, das Polarisations-Rotationsmaterial, auf Basis Pixel für Pixel elektrisch angesteuert wird. In jedem Fall werden Teile des polarisierten Strahls von kohärentem Licht 25 entweder absorbiert oder durch das Flüssigkristallmaterial im Modulator für räumliches Licht 26 durchgelassen. In einigen SLM, wie zum Beispiel der in 1 gezeigte optisch angesteuerte SLM 26, besitzen die durchgelassenen Teile des polarisierten Lichts die um 45 Grad gedrehte Polarisationsebene, wenn es einmal durch das Flüssigkristallmaterial hindurch geht, woraufhin es reflektiert wird und durch das Flüssigkristall zurückgeführt wird, um erneut um weitere 45 Grad gedreht zu werden. Somit wird das Licht in dem polarisierten Strahl 25, das nicht im SLM 26 absorbiert wird, reflektiert und tritt aus dem SLM entlang der gleichen optischen Strecke 27 jedoch in Form des Bildes 12' aus, wobei seine Polarisationsebene um 90 Grad gedreht ist. Einige elektrisch angesteuerte SLM arbeiten etwa auf die gleiche Weise, d. h. sie übertragen das polarisierte Licht zweimal durch das Flüssigkristall mit einer Reflexion zwischen den beiden Durchläufen, während andere das polarisierte Licht einfach durch das Flüssigkristall einmal in einer Richtung durchlassen.
In der Ausführung von 1 wird der kohärente Lichtstrahl 24 aus der Laserquelle 23 zuerst durch ein Polarisationsfilter 28 geführt, um einen polarisierten Lichtstrahl 25 mit dem gesamten in einer Ebene polarisierten Licht, als Beispiel jedoch nicht als Einschränkung, in der s-Ebene, wie durch 25(s) angegeben, zu erzeugen. Der s-polarisierte Strahl 25(s) wird anschließend durch ein Raumfilter 110 geführt, das im Wesentlichen aus einem feinsten Loch 112 und einer Linse 114 besteht, um den Strahl 25(s) auf dem feinsten Loch 112 zu fokussieren. Dieses Raumfilter 110 ist in erster Linie vorgesehen, um den Strahl 25(s) zu konditionieren, damit eine gute Gaußsche Wellenfront erhalten wird und, falls nötig, die Leistung des Strahls 25(s) zu begrenzen. Anschließend formt die Linse 114a das Licht zu einer Säule.
Der Strahl 25(s) wird dann durch einen polarisierenden Strahlteiler 116 geführt, der in einer Richtung auf der Ebene 118 polarisiertes Licht reflektiert und das in der senkrechten Richtung polarisierte Licht durchlässt. In diesem Beispiel reflektiert der polarisierende Strahlteiler 116 s-polarisiertes Licht und lässt p-polarisiertes Licht durch, und ist so ausgerichtet, um den s-polarisierten Strahl 25(s) zu dem optisch angesteuerten Modulator für räumliches Licht (SLM) 16 zu reflektieren.
Gleichzeitig beleuchtet der Lichtstrahl 22 von der Leuchte 21, wie zum Beispiel eine Laserdiode oder ein Gaslaser, das Bild 12. Wie es oben erwähnt ist, gibt es viele andere Möglichkeiten, um das Bild 12 in den optischen Bild-Charakterisierer 12 zu legen, zum Beispiel mit einer Kathodenstrahlröhre, einer optischen Anzeige mit SLM, einem mechanischen Diaprojektor, Filmprojektor und vieles mehr wie es sich dem Fachmann erschließen wird. Der Einfachheit halber ist das Bild 12 in 1 als Diapositiv oder Film 120 dargestellt, die in einer Halterung 122 im Strahlengang 22 eingelegt sind. Eine Diffusorscheibe 124 wie zum Beispiel Mattglas oder geätztes Glas kann vor dem Film 120 angeordnet werden, um eine gleichmäßige Beleuchtung des Bildes 12 zu erhalten. Der das Bild 12 tragende Strahl 22 wird anschließend durch die Linse 126 auf den optisch ansteuerbaren Modulator 26 für räumliches Licht (SLM) projiziert (fokussiert). Der Spektralspiegel 128 ist optional. Er wird hier zum Umlenken des Strahls 22 verwendet, um die optischen Bauelemente in einer kompakteren Anordnung zu halten.
Mit dem auf den SLM 26 fokussierten Bild 12 vermittelt oder „schreibt" der SLM 26 das Bild 12 in den monochromatischen Lichtstrahl 25(s), der wie oben beschrieben aus dem SLM 26 austritt, wobei seine Polarisationsebene um 90 Grad gedreht ist. Deshalb ist der austretende Strahl 27(p) kohärenten Lichts, der das Bild 12' aufnimmt, p-polarisiert anstatt s-polarisiert. Folglich wird der monochromatische Lichtstrahl 27(p) mit dem Bild 12' durch den polarisierenden Strahlteiler 116 zu der FT-Linse 30 durchgelassen anstatt von ihr reflektiert zu werden.
Die FT-Positivlinse (30), wie oben erläutert, verteilt die Energie des monochromatischen Lichtes im Bild 12' erneut zu ihrem Fourier-transformierten Muster 32, das auf der Bildebene der FT-Linse 30 erscheint. Deshalb muss das Raumfilter 50 mit dem rotierenden Spalt 52 in der Bildebene der FT-Linse 30 positioniert werden wie es durch die Brennweite F in 1 angegeben ist. Wie außerdem oben erläutert wurde, ist die komplexe Amplitudenverteilung der Lichtenergie 34 im Fourier-transformierten Muster 32 auf der Bildebene der FT-Linse 30 die Fourier-Transformierte der komplexen Amplitudenverteilung im Bild 12'. Das Fourier-transformierte Muster 32 weist die gesamte Lichtenergie aus dem Bild 12' auf, die in das symmetrische Muster 32 basierend auf den Raumfrequenzen des Bildes 12' verteilt ist, mit Intensitäten der Lichtenergie in den Verteilungen 34 der verschiedenen Raumfrequenzen, die auf der Lichtenergie in den jeweiligen Teilen des Bildes 12' basieren, in denen diese entsprechenden Raumfrequenzen auftreten.
Das Fourier-transformierte Muster 32 ist, wie oben erwähnt, von oben nach unten und von links nach rechts symmetrisch, so dass jeder Halbkreis des Fourier-Musters 32 exakt die gleiche Verteilung und Intensität der Lichtenergie enthält. Die Lichtenergie von niedrigeren Raumfrequenzen im Bild 12' ist zum Mittelpunkt oder zur optischen Achse 40 des Fourier-transformierten Musters 32 hin verteilt, während die Lichtenergie von höheren Raumfrequenzen im Bild 12' von der optischen Achse 40 weiter weg zu der äußeren Kante des Musters 32 hin verteilt ist. Lichtenergie von Merkmalen im Bild 12', die in dem Bild 12' vertikal verteilt sind, um diese verschiedenen Raumfrequenzen zu erzeugen, ist im Fourier-transformierten Muster 32 ebenfalls vertikal verteilt. Gleichzeitig ist die Lichtenergie von Merkmalen im Bild 12', die in dem Bild 12' horizontal verteilt sind, um diese verschiedenen Raumfrequenzen zu erzeugen, in dem Fourier-transformierten Muster 32 horizontal verteilt. Folglich ist allgemein Lichtenergie von Merkmalen in dem Bild 12', die in Bezug auf die optische Achse 40 in einer beliebigen Winkelorientierung verteilt sind, um die verschiedenen Raumfrequenzen in dem Bild 12', d. h. im Raumbereich, zu erzeugen, auch mit diesen gleichen Winkelorientierungen im Fourier-transformierten Muster 32, d. h. in dem Fourier-Bereich, verteilt. Dadurch, dass nur Lichtenergie detektiert wird, die in bestimmten Winkelorientierungen relativ zur optischen Achse 40 im Fourier-transformierten Muster 32 verteilt ist, sind folglich solche Erfassungen für Merkmale oder Details im Bild 12' charakteristisch, die in solchen speziellen Winkelorientierungen geradlinig ausgerichtet sind. Die radialen Verteilungen der so detektierten Lichtenergie im Fourier-Bereich bei dieser Winkelorientierung zeigen die Kompliziertheit oder Schärfe solcher linearen Merkmale oder Details in dem Bild 12' im Raumbereich an, während die Intensitäten der so detektierten Lichtenergie im Fourier-Bereich die Helligkeit solcher Merkmale oder Details in dem Bild 12' im Raumbereich angeben.
Folglich erzeugt die Zusammensetzung von Erfassungen der Lichtenergie bei allen Winkelorientierungen in dem Fourier-transformierten Muster 32 eine zusammengesetzte Aufzeichnung der Formen, d. h. Winkelorientierungen und Kompliziertheit oder Schärfe von linearen Merkmalen, die das Bild 12' enthalten. Für die meisten praktischen Bedürfnisse wie zum Beispiel zum Kodieren von Formeigenschaften der Bilder 12, 14, .., n, zum Speichern in einer Datenbank, Suchen und Wiedergewinnen ist es jedoch nicht notwendig, solche Erfassungen von Lichtenergie für alle Winkelorientierungen in dem Fourier-transformierten Muster 12' aufzuzeichnen. Es genügt normalerweise, solche Verteilungen und Intensitäten der Lichtenergie nur für einige Winkelorientierungen im Fourier-transformierten Muster 32 zu detektieren und aufzuzeichnen, um eine genügende Formcharakterisierung zur Speicherung in einer Datenbank, zum Suchen und Wiedergewinnen von speziellen Bildern 12, 14, .., n zu erhalten. Zum Zweck der Erläuterung jedoch nicht zur Einschränkung werden Winkelzuwächse von 11,25 Grad genutzt, weil es bei einer Drehung von 180 Grad sechzehn (16) Zuwächse von 11,25 Grad gibt, die Nutzeffekte der Datenverarbeitung und Datenspeicherung besitzen, wie es nachstehend erläutert wird. Es könnten jedoch auch andere diskrete Winkelzuwächse einschließlich konstante Zuwächse oder veränderliche Zuwächse verwendet werden. Natürlich würden veränderliche Zuwächse mehr Computerkapazität und komplexere Software erforderlich machen, um die Datenverarbeitung, Speicherung und Suchfunktionen zu handhaben.
In der bevorzugten Ausführung nach dieser Erfindung wird das Raumfilter 50 mit seinem Spalt 52 verwendet, um nur Lichtenergie spezieller Winkelorientierungen im Fourier-transformierten Muster 32 in jedem Moment rechtzeitig zu den Detektoranordnungen 82a, 82b, die in einer Brennweite F von dem Raumfilter 50 angeordnet sind, durchlassen zu können. Der Rotor 54 mit dem Spalt 52 wird gedreht wie es durch den Pfeil 59 angegeben ist, so dass die Detektoranordnungen 82a, 82b Verteilung und Intensität (I) von Lichtenergie, die aus dem Fourier-transformierten Muster 32 bei jeder Winkelorientierung (R) des Spaltes 52 austritt, detektieren können. Diese Funktion könnte zum Zweck dieser Erfindung auch in einer Anzahl anderer Möglichkeiten vorgesehen werden. Zum Beispiel könnte für das Raumfilter 50 ein elektrisch ansteuerbarer Modulator für räumliches Licht (nicht dargestellt) eingesetzt werden, indem Pixel im Modulator für räumliches Licht in einer Reihenfolge ein- und ausgeschaltet werden, die wirksam ein Raumfilter mit einem Spalt an ausgewählten Orientierungswinkeln erzeugen würden wie es dem Fachmann verständlich wäre.
Die bevorzugte, jedoch nicht wesentliche Form des Spalts 52 in dem Raumfilter 50 ist ein schmales längliches Rechteck, dessen Mittelpunkt 53 möglicherweise blockiert ist, wie es nachstehend beschrieben wird. Die Breite des Spaltes 52 wird von der Lichtenergie abhängig sein, die verfügbar ist oder benötigt wird. Ein breiterer Spalt 52 wird mehr Lichtenergie 34 durchlassen, jedoch wird sich die Genauigkeit von Linienauflösung oder Strukturlinienbreite des Bildes verschlechtern. Ein engerer Spalt 52 wird eine bessere Linienauflösung ergeben, jedoch mit einer entsprechenden Zunahme der Komplexität der Verallgemeinerung der resultierenden Musterform und Komplexität. Folglich muss zwischen diesen Betrachtungen hinsichtlich der Auflösung und Erkennbarkeit bei der Auswahl der Größe des Spalts 52 ein Ausgleich getroffen werden. Außerdem könnten Spalten unterschiedlicher Formen wie zum Beispiel Ovale oder andere Formen verwendet werden, um Formen außer Linien von dem Bild 12 zu erfassen.
Wenn sich der Spalt 52 dreht, kann der Computer 100 oder irgendein anderer geeigneter Mikroprozessor-Schaltkreis die Verteilungen und Intensitäten der Lichtenergie aufzeichnen, die durch die Detektoranordnungen 82a, 82b erfasst werden, immer wenn sich der Spalt 52 in ausgewählten Zuwächsen der Winkelorientierung R befindet. Zum Beispiel wären 11,25 Grad-Zuwächse von 11,25 Grad, 22,5 Grad, .., 180 Grad effektiv, um alle 11,25 Grad-Zuwächse von Winkelorientierungen über einen vollen Kreis von 360 Grad zu erfassen. Während es nicht notwendig ist, kann es wünschenswert sein, den Mittelpunkt des Spaltes 52 in der Nähe der optischen Achse 40 zu blockieren, weil Lichtenergie im Fourier-transformierten Muster 32 in der Nähe des Mittelpunkts 40 normalerweise die intensivste sein wird, jedoch keine linearen Merkmale oder Einzelheiten in dem Bild 12' darstellen wird, die Formen kennzeichnen, die im Bild 12' enthalten sind. Um die Verwendung von Empfindlichkeitsniveaus in den Detektoranordnungen 82a, 82b leichter zu machen, die notwendig sind, um die weniger intensive Lichtenergie in den in radialer Richtung weiter nach außen zerstreuten Bereichen des Fourier-transformierten Musters 32, die tatsächlich den Forminhalt des Bildes 12' angeben, genau und präzise zu detektieren, kann es deshalb nützlich sein, die intensivere Lichtenergie in der Nähe des Mittelpunktes 40 des Fourier-transformierten Musters 32 zu überdecken oder herauszufiltern.
Der oben beschriebene, rotierende räumliche Filterprozess ist in 2a bis 2c, 3a bis 3c und 4a bis 4c ausführlicher dargestellt. Wenn zum Beispiel der Rotor 54 des Raumfilters 50, wie durch den Pfeil 59 angegeben, gedreht wird, so dass der Spalt 52 eine vertikale Winkelorientierung besitzt, die in 2a mit 0 Grad angegeben ist, dann lässt der Spalt 52 zu, dass nur der Teil der Lichtenergie 54 in dem Fourier-transformierten Muster 32 (1 – Ansicht in 2a durch den Rotor 54 verborgen), der mit dem Spalt 52 fluchtet, zu den Detektoranordnungen 82a, 82b (1) hindurch geht. Diese Lichtenergie 34, die im Fourier-transformierten Muster 32 vertikal zerstreut wird (1), strahlte ursprünglich davon aus und entspricht allen der im Wesentlichen vertikal orientierten Merkmale oder Einzelheiten in dem Bild 12' wie die im Wesentlichen vertikalen Linien 66, 66' in 2b.
Wie es oben erläutert ist, wird die Lichtenergie 34 von den komplizierteren oder eng beabstandeten vertikalen Teilen oder Linien 66 (d. h. höhere Raumfrequenz) wie die in der vorderen Stoßstange und dem Grillteil 35 von Bild 12' in radialer Richtung von dem optischen Mittelpunkt oder Achse 40 weiter nach außen zerstreut, während die Lichtenergie 34 von den weniger komplizierten oder werter beabstandeten vertikalen Teilen oder Linien (d. h. niedrigere Raumfrequenz) wie die im Wesentlichen vertikalen Teile oder Linien 66' in dem Schaft und den hinteren Stoßstangenteilen des Bildes 12' in 2b nicht so weit von dem optischen Mittelpunkt oder der Achse 40 zerstreut wird. Die Intensität der Lichtenergie 34 in diesen entsprechenden Streubereichen ist, wie oben erläutert, abhängig von der Helligkeit der entsprechenden jeweiligen vertikalen Merkmale 66, 66' im Bild 12'. Wiederum kann der mittlere Teil 53 des Rotors 54 wie gewünscht blockiert werden, weil die Lichtenergie 54 im Mittelpunkt 40 der Fourier-Transformierten 32 (1) und in der Nähe davon aus den Merkmalen im Bild 12' mit sehr niedrigen Raumfrequenzen herrührt wie zum Beispiel die gesamte Helligkeit des Bildes, die wenig wenn überhaupt dazu beitragen, um Formen zu definieren.
Wie es oben ebenfalls kurz erläutert wurde, wird die Lichtenergie 34, die den Spalt 52 durchläuft und die vertikal orientierten Merkmale, Teile oder Linien 66, 66' des Bildes 12' kennzeichnet, wenn der Spalt 52 wie in 2a dargestellt vertikal ausgerichtet ist, durch den Spalt 52 gebrochen und über den Strahlteiler 64 auf die zwei Detektoranordnungen 82a, 82b, die im Abstand zu der Brennweite F der FT-Linse 30 von dem Raumfilter 50 angeordnet sind, projiziert. Die Beugung der Lichtenergie 34 durch den Spalt 52 verteilt die Lichtenergie 34, die durch den Spalt 52 hindurch geht, erneut in die im Wesentlichen vertikal orientierten Bereiche 62 in dem Beugungsmuster 60 wie es in 2c dargestellt ist, an den Detektoranordnungen 82a, 82b (1). Während die Lichtenergie in den Bereichen 62 gemäß 2c erneut verteilt wird, ist sie für den durch das Raumfilter 50 geleiteten Forminhalt dennoch einzigartig repräsentativ, der in dem Bild 12 enthalten ist. Folglich werden die Lichtenergiebereiche 62 in 2c durch die Detektoranordnungen 82a, 82b zum Aufzeichnen der in vertikaler Richtung orientierten Formeigenschaften des Bildes 12' detektiert wie es nachstehend ausführlicher beschrieben werden wird.
Wie oben erwähnt ist, dreht sich der Spalt 52 des Raumfilters 50 wie durch den Pfeil 59 angegeben. Die in 3a dargestellte Winkelposition des Spaltes 52 beträgt etwa 45 Grad von der Vertikalen. Bei dieser drehenden Winkelorientierung R von 45 Grad ent spricht die Lichtenergie 34, die durch den Spalt 52 hindurch geht, allen Merkmalen, Teilen oder Linien 67 im Bild 12', die bei etwa 45 Grad von der Vertikalen, wie in 3b dargestellt, orientiert sind. Teile von bogenförmigen Merkmalen, Teilen oder Linien 67' im Bild 12', die sich bei etwa 45 Grad von der vertikalen Orientierung befinden, tragen ebenfalls zu der Lichtenergie 34 bei, die durch den Spalt 52 hindurch geht, wenn er um etwa 45 Grad von der Vertikalen wie in 3a dargestellt gedreht wird. Die in 3c dargestellten Bereiche 62 der Lichtenergie in dem gefilterten Muster 60, die sich aus der Winkelorientierung von 45 Grad des Spaltes 52 in 3a ergeben, sind ebenfalls um etwa 45 Grad von der Vertikalen orientiert und zeigen die Formeigenschaften 67, 67' des Bildes 12' an, die bei etwa 45 Grad von der Vertikalen orientiert sind. Somit erleichtert eine Erfassung der Lichtenergie-Bereiche 62 in 3c durch die Detektoranordnungen 82a, 82b das Kodieren und Aufzeichnen der in 45 Grad orientierten Formeigenschaften des Bildes 12' wie es nachstehend beschrieben werden wird.
In ähnlicher Weise ist die Lichtenergie 34, die durch den Spalt 52 hindurch geht, charakteristisch für alle im Wesentlichen horizontalen Merkmale, Teile und Linien 68 des Bildes 12' wie es in 4b dargestellt ist, wenn der Spalt 52 in eine 90 Grad-Orientierung von der Vertikalen, d. h. Horizontalen gemäß 4a gedreht wird. Teile von gekrümmten Merkmalen, Teilen oder Linien 68' in dem Bild 12', die im Wesentlichen horizontal sind, tragen ebenfalls zu der Lichtenergie 34 bei, die durch den horizontalen Spalt 52 in 4a hindurch geht. Die in 4c dargestellten Bereiche 62 der Lichtenergie im gefilterten Muster 60, die sich aus der horizontalen Orientierung des Spaltes 52 in 4a ergeben, sind ebenfalls im Wesentlichen horizontal orientiert und zeigen die Formeigenschaften 68, 68' des Bildes 12' an, die im Wesentlichen horizontal orientiert sind. Somit erleichtert eine Erfassung der Lichtenergiebereiche 62 in 4c durch die Detektoranordnungen 82a, 82b das Kodieren und Aufzeichnen der horizontalen Formeigenschaften des Bildes 12' wie es nachstehend beschrieben wird.
Es sollte nunmehr klar sein, dass eine beliebige spezielle Winkelorientierung R des Spaltes 52 eine Erfassung alter Formeigenschaften des Bildes 12', die im Wesentlichen die gleiche Winkelorientierung R aufweisen, ermöglichen wird. Somit können alle der Formeigenschaften des Bildes 12' erfasst werden, indem die Bereiche 62 des gefilterten Musters 60 mit dem Spalt 52 in allen Winkelorientierungen detektiert werden. Für die meisten Zwecke ist es, wie oben erwähnt, jedoch ausreichend, einige, vorzugsweise die meisten aber nicht zwangsläufig alle der Formeigenschaften des Bildes 12' durch Auswählen zu detektieren, um die Lichtenergiebereiche 62 des gefilterten Musters 60 bei bestimmten ausgewählten Zuwächsen der Drehung R, d. h. Winkelorientierung des Spaltes 52 zu detektieren. Es ist offensichtlich, dass die erfassten Formeigenschaften des Bildes 12' weniger genau sein werden, je größer die Zuwächse der Winkelorientierung des Spaltes 52 sind, für die Lichtenergiebereiche 62 detektiert werden. Andererseits wird es umso mehr Daten geben, die verarbeitet werden müssen, je kleiner die Zuwächse der Winkelorientierung sind. Folglich kann es bei der Auswahl der Winkelzuwächse des Spaltes 52, für die Lichtenergiebereiche 60 detektiert und aufgezeichnet werden, wünschenswert sein, eine gewisse Balance zuzulassen zwischen Genauigkeit von Formeigenschaften, die benötigt oder gewünscht wird, sowie der Geschwindigkeit und Wirksamkeit der Datenverarbeitung und Speicherung, die erforderlich ist, um eine solche Genauigkeit zu verarbeiten. Als Beispiel, jedoch nicht zur Einschränkung, nimmt man an, dass die Erfassung und Aufzeichnung der Formeneigenschaften in Drehungszuwächsen des Spaltes 52 in einem Bereich von ungefähr 5 bis 20 Grad, vorzugsweise etwa 11,25 Grad, für die meisten Zwecke angemessen sein wird.
Natürlich ist es nur notwendig, die Lichtenergiebereiche 62 in den ausgewählten Winkelzuwächsen um 180 Grad, d. h. eine halbe Umdrehung des Spalts 52 zu detektieren und aufzuzeichnen, weit sich, wie in 2a, 3a und 4a gezeigt ist, der Spalt 52 in radialer Richtung nach außen in entgegen gesetzten Richtungen von der optischen Achse 40 erstreckt. Folglich dreht sich das entgegen gesetzte Ende des Spalts 52 von 180 Grad bis 360 Grad, wenn sich ein Ende des Spalts 52 von 0 Grad bis 180 Grad dreht. Deshalb werden durch das Detektieren von Lichtenergiebereichen 62 in den ausgewählten Drehungszuwächsen um 180 Grad alle der Formeigenschaften des Bildes 12' in den durch die ausgewählten Drehungszuwächse definierten ausgewählten Winkelorientierungen erfasst.
In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung kann der Rotor 54 mit seinem Spalt 52 ständig gedreht werden. Während der ersten Hälfte von jeder Umdrehung, d. h. um 180 Grad, werden die Lichtenergiebereiche 62 bei jedem ausgewählten Zuwachs oder Winkelorientierung wie zum Beispiel an jedem 11,25 Grad-Drehungszuwachs detektiert und aufgezeichnet. Anschließend, während der zweiten Hälfte jeder Umdrehung, schaltet die Bildverarbeitungsvorrichtung 20 das nächste Bild 14 in den optischen Bild- Charakterisierer 10 wie es in 1 durch den Pfeil 16 angegeben ist. Anschließend wird der oben beschriebene Prozess der Formcharakterisierung und -erfassung an dem Bild 14 durchgeführt, wenn sich der Spalt 52 um die Hälfte einer Umdrehung dreht. Während der nächsten halben Umdrehung wird das nächste Bild in den optischen Bild-Charakterisierer 10 geschaltet, und der Prozess kann sich auf diese Weise unbegrenzt periodisch wiederholen solange zusätzliche Bilder n zum Kennzeichnen, Kodieren und Aufzeichnen verfügbar sind.
Wie oben erwähnt, kann die Erfassung der Lichtenergiebereiche 62 in den gefilterten Bildern 60 für jede Winkelorientierung des Spalts 52 mit einem beliebigen Photodetektor durchgeführt werden, der die Fähigkeit besitzt, elektrische Signale zu detektieren und auszugeben, die die Intensität der Lichtenergie auf einer räumlichen Basis wie zum Beispiel eine Basis Pixel für Pixel angeben. Zum Beispiel könnte eine Videokamera oder eine elektronische Standbildkamera mit einer CCD-Anordnung (ladungsträgergekoppeltes Bauelement) verwendet werden, was eigentlich in den Fähigkeiten eines Fachmanns liegen würde.
Jedoch ist ein weiteres Merkmal dieser Erfindung die Verwendung von zwei Photodetektoren 80a, 80b wie sie in 1 dargestellt sind, von denen jeder eine kleine Anordnung 82a, 82b von jeweils lichtempfindlichen Elementen oder Wandlern 84a, 84b aufweist, die Pixel bilden. Die zwei Photodetektoren 80a, 80b können manchmal der Bequemlichkeit halber zusammen Photodetektor genannt werden. Eine der Photodetektoranordnungen 82b ist relativ zu der anderen Photodetektoranordnung 82a in Bezug auf die optische Achse 40 scheinbar um ein halbes Pixel in vertikaler Richtung und um ein halbes Pixel in horizontaler Richtung versetzt. Diese Anordnung von zwei kleinen Photodetektoranordnungen 82a, 82b in Verbindung mit einer geeigneten Software erleichtert die genaue Erfassung von Intensität und räumlicher Anordnung der Lichtenergie mit minimalen Anforderungen hinsichtlich der Datenverarbeitung.
Mit Bezug jetzt in erster Linie auf 1 nutzt die bevorzugte Ausführung nach dieser Erfindung zwei Detektoranordnungen 82a, 82b, um die Lichtenergie 62 in dem gefilterten Muster 60 zu detektieren, obwohl auch ein Photodetektor mit einer Anordnung von Photodetektorelementen verwendet werden könnte. Die zwei Detektoranordnungen 82a, 82b sind in 1 als Teile von 2 getrennten Photodetektoren 80a, 80b dargestellt, ob wohl die gesamte Anordnung von Photodetektoren 80a, 80b mit ihren Anordnungen 82a, 82b eine Photodetektorvorrichtung sein könnte und manchmal als zugehörig zu dieser Patentbeschreibung als ein Photodetektor im allgemeinen Sinne bezeichnet ist, um sowohl einzelne als auch mehrere Photodetektoranordnungen zu umfassen. Der Vorteil von zwei Detektoranordnungen 82a, 82b ist, dass durch virtuelles Versetzen der Lichtsensorelemente 84a, 84b der Anordnungen 82a, 82b im Verhältnis zueinander in Bezug auf die optische Achse 40 oder das gefilterte Muster 60 und mit einer ziemlich einfachen Vergleichsschaltung oder einem einfachen Software-Algorithmus die Intensität der Lichtenergie 62 an verschiedenen Stellen in dem gefilterten Muster 60 genau und für Zwecke der Bildformcharakterisierung gemäß dieser Erfindung präzise genug aber mit weniger Daten detektiert werden kann als für eine herkömmliche Anordnung mit einem einzelnen Photodetektor erforderlich wären.
Wie oben erläutert ist, wird der gebeugte Strahl 61, der das gefilterte Muster 60 trägt, durch einen Strahlteiler 64 wie zum Beispiel ein halb verspiegelter Spiegel aufgespaltet, so dass vorzugsweise aber nicht im Wesentlichen etwa die Hälfte der Lichtenergie in dem gebeugten Strahl 61 als Strahlsegment 61a zu der ersten Detektoranordnung 82a durchgelassen wird, während die andere Hälfte der Lichtenergie in dem gefilterten Strahl 61 als Strahlsegment 61b zu der zweiten Detektoranordnung 82b reflektiert wird. Beide Strahlsegmente 61a, 61b tragen das gefilterte Muster 60, das die Lichtenergie 62 aufweist, die in zwei Bereiche, die für das Bild 12' einzigartig sind, gefiltert ist, wie es oben erläutert ist. Wenn die Lichtenergie im Strahl 61 nicht zur Hälfte in Strahlsegmente 61a, 61b aufgespaltet ist, müssten die Intensitätsausgänge der lichtempfindlichen Elemente 84a, 84b von der einen oder der anderen der Anordnungen 82a, 82b elektronisch oder mit Software nach oben oder unten eingestellt werden, um die Intensitätsvergleiche und Auswahl zur Datenspeicherung vorzunehmen, wobei Vergleiche und Auswahl nachstehend ausführlicher beschrieben werden. Beide der Detektoranordnungen 82a, 82b sind in der gleichen Brennweite F vom Raumfilter 50 angeordnet, so dass scheinbar identische Verteilungen der Lichtenergie 62 im räumlichen Bereich auf beide Detektoranordnungen 82a, 82b einfallen. Jedoch ist einer der Photodetektoren 80a, 80b von der optischen Achse 40 zu dem anderen in scheinbarer Beziehung versetzt. Zum Beispiel fluchtet die Mittellinie 86a des Photodetektors 80a, wie in 1 dargestellt, mit der optischen Achse 40 des Strahlsegments 61a, während die Mittellinie 86b des Photodetektors 80b von der optischen Achse 40 des Strahlsegments 61b, wie durch die Pfeile 88, 89 ange geben, versetzt ist. Speziell ist die zweite Detektoranordnung 82b, wie durch grafische Projektion der Detektoranordnungen 82a, 82b in virtueller angrenzender Beziehung zueinander dargestellt (erste Detektoranordnung 82a „liegt" scheinbar über der zweiten Photodetektoranordnung 82b in der Ebene des Papiers in 1) vertikal um einen Abstand versetzt, der einer Hälfte der Breite des lichtempfindlichen Elements 84a, 84b entspricht, wie es durch den Pfeil 88 angegeben ist, und werter in horizontaler Richtung um einen Abstand versetzt, der einer Hälfte der Höhe eines lichtempfindlichen Elements 84a, 84b entspricht, wie es durch den Pfeil 89 angegeben ist. Ein einzelnes lichtempfindliches Element 84a der Anordnung 82a befindet sich deshalb scheinbar teilweise nebeneinander gestellt zu vier (4) benachbarten lichtempfindlichen Elementen 84b der Detektoranordnung 82b.
Wie es durch das vergrößerte, schematische virtuelle Nebeneinanderlegen der Detektoranordnungen 82a, 82b in 5 zusammen mit einem gefilterten Muster 60 dargestellt ist, fällt die gleiche Lichtenergie 62 folglich nicht auf jeweilige einzelne lichtempfindliche Elemente 84a, 84b der entsprechenden Detektoranordnungen 82a, 82b. Wenn zum Beispiel das gefilterte Muster 60 von 3c (d. h. mit dem auf 45 Grad gedrehten Spalt 52 in 3a) auf die Detektoranordnungen 82a, 82b wie in 5 dargestellt einfällt, wird die auf das lichtempfindliche Element 84a in Spalte 7a, Zeile 6a der Detektoranordnung 82a einfallende Lichtenergie 62 nicht die gleiche sein wie die Lichtenergie 62, die auf das entsprechende lichtempfindliche Element 84b in Spalte 7b, Zeile 6b der Detektoranordnung 82b einfällt. Tatsächlich wird die auf das lichtempfindliche Element 84a in Spalte 7a, Zeile 6a der Detektoranordnung 82a einfallende Lichtenergie 62, wie durch das Beispiel in 5 gezeigt ist, geringer als die Lichtenergie 62 sein, die auf das lichtempfindliche Element 84b in Spalte 7b, Zelte 6b der Detektoranordnung 82b einfällt. Natürlich wird sich die Situation jedes lichtempfindlichen Elements 84a, 84b in Bezug auf die einfallende Lichtenergie für unterschiedliche gefilterte Muster 60 unterschiedlicher Winkelorientierungen des Spalts 52 für das gleiche Bild 12' ändern und sich außerdem für unterschiedliche gefilterte Muster 60 aus unterschiedlichen Originalbildern 12, 14, .., n (1), die durch den optischen Bild-Charakterisierer 10 gekennzeichnet werden, ändern. Jedoch werden die unterschiedlichen Intensitäten von einfallender Lichtenergie auf teilweise nebeneinander gestellte lichtempfindliche Elemente 84a, 84b der jeweiligen virtuellen versetzten Detektoranordnungen 82a, 82b entsprechend dieser Erfindung genutzt, um Formeigenschaftsdaten von Bildern 12, 14, .., n effizient und mit ausrei chenden Daten zu kodieren und zu speichern, wie es nachstehend ausführlicher beschrieben wird.
Zum Zweck der Erläuterung und nicht als Einschränkung werden in der folgenden Beschreibung Detektoranordnungen 82a, 83 verwendet, die jeweils aus 16 Spalten und 16 Zeilen lichtempfindlicher Elemente 84a, 84b zur effizienten Verwendung von Bytes und zur Datenbankspeicherung bestehen. Die lichtempfindlichen Elemente 84a, 84b können Fotodioden, Fotozellen oder eine beliebige andere lichtempfindliche Vorrichtung sein, die ein elektrisches Signal wie eine Spannung erzeugen, das die Intensität der auf das lichtempfindliche Element einfallenden Lichtenergie anzeigt. Die Spannung oder eine andere Signalausgabe von jedem lichtempfindlichen Element 84a, 84b in jeder Anordnung ist, wie dem Fachmann bekannt, individuell lesbar, wobei elektrische Schaltkreise der Signalverarbeitung zum Lesen, Verarbeiten und Aufzeichnen solcher Signale aus Anordnungen lichtempfindlicher Elemente dem Fachmann auch bekannt sind. Daher wird keine weitere Erläuterung von lichtempfindlichen Elementen oder elektrischen Schaltkreisen zum Lesen, Verarbeiten und Aufzeichnen von Informationen aus Anordnungen lichtempfindlicher Elemente benötigt, um diese Erfindung zu beschreiben oder zu verstehen.
Ebenfalls zum Zweck der Erläuterung jedoch nicht als Einschränkung können die Intensitäten der Lichtenergie 62, die auf die lichtempfindlichen Elemente auftrifft, in Winkelzuwächsen von 11,25 Grad der Rotation des Spaltes 52 des Raumfilter 50 um eine 180 Grad-Drehung, wie es oben beschrieben ist, aufgezeichnet werden, müssen jedoch nicht. Die Verwendung von 11,25 Grad-Winkelzuwächsen ist ausreichend, um genügend formbezogene Daten für jedes Bild 12, 14, .., n zu sammeln, um eine schnelle, bedeutsame und effiziente Charakterisierung, Speicherung, Suche und Wiedergewinnung von Bildern bereitzustellen und 11,25 Grad teilt 180 Grad durch 16, was eine effiziente Verwendung von Bits und Datenspeicherungs-Bytes von Informationen bewirkt. Jedoch können in dieser Erfindung bestimmt andere Winkelzuwächse für mehr oder weniger Genauigkeit bei der Formcharakterisierung und anderen Größen von lichtempfindlichen Anordnungen für mehr oder weniger Genauigkeit in der Formcharakterisierung verwendet werden.
Die scheinbar versetzten Detektoranordnungen 82a, 82b verbessern die Präzision der Erfassung von Lichtenergie auf einer Element-für-Element-Basis mit den relativ wenigen großen lichtempfindlichen Elementen 84a in der Detektoranordnung 82a, z. B. nur 256 lichtempfindliche Elemente 84a in einer 16 × 16-Detektoranordnung 82a. Nach der bevorzugten praktischen Ausführung dieser Erfindung besitzen nur Intensitäten der Lichtenergie für 256 Stellen, d. h. für eine 16 × 16-Anordnung das Potenzial, für jede Winkelorientierung des Spaltes 52 aufgezeichnet zu werden. Da die Anzahl lichtempfindlicher Elemente 84a in der 16 × 16-Detektoranordnung 82a verhältnismäßig klein ist, wird das Segment des Oberflächenbereichs des gefilterten Musters 60, aus dem jedes lichtempfindliche Element 84a Lichtenergie 62 erfasst, relativ groß. Der offensichtliche Vorteil von weniger lichtempfindlichen Elementen 84a, von denen jedes Lichtenergie aus relativ größeren Flächensegmenten des gefilterten Musters 60 erfasst, ist im Vergleich zu der normalen Lichterfassung mit Detektoranordnungen vieler lichtempfindlicher Elemente, wie zum Beispiel 256 × 256-CCD-Anordnungen, dass viel weniger Daten erzeugt werden, so dass viel weniger Daten verarbeitet werden müssen. Ein Nachteil für diese Anwendung, d. h. das Charakterisieren von Bildern durch Forminhalt, ist die Wahrscheinlichkeit, dass einige kleinflächige Lichtflecken jedoch von hoher Intensität oder Energieverteilungen im gefilterten Muster 60 auf kleine Abschnitte oder Oberflächenbereiche von mehr als einem lichtempfindlichen Element 84a einfallen können, die somit die intensive Lichtenergie über mehrere lichtempfindliche Elemente 84a anstelle von einem verbreiten würden. Es ist wichtig, solche Lichtpunkte oder Bereiche hoher Intensität zu detektieren, wobei jedoch, wenn die Lichtenergie über mehrere lichtempfindliche Elemente 84a verteilt ist, wodurch die Aufspaltung der intensiven Lichtenergie zwischen zwei oder mehreren lichtempfindlichen Elementen 84a aufgespaltet wird, die Signalausgänge der Intensität geringer sein werden als wenn die gesamte Lichtenergie auf ein lichtempfindliches Element einfallen würde. Diese resultierenden Signalausgänge geringerer Intensität aus den mehreren lichtempfindlichen Elementen 84a und die anschließende Störung beim Erfassen und Aufzeichnen der Lichtenergie hoher Intensität, die wirklich auf die Detektoranordnung einfällt, würde zu einem Verlust wichtiger Forminformationen über das Bild 12', d. h. helle, scharte Details oder Linien im Bild 12', führen.
Um dieses Problem und eine Lösung gemäß dieser Erfindung zu veranschaulichen, wird in erster Linie Bezug auf 6 genommen, die eine vergrößerte Ansicht von mehreren lichtempfindlichen Elementen 84a der Detektoranordnung 82a ist, die scheinbar über mehreren versetzten, lichtempfindlichen Elementen 84a der Detektoranordnung 82a wie oben beschrieben liegt. Einige sekundäre Verweise in der Erläuterung von 6 werden sich auf Komponenten oder Merkmale beziehen, die in 1 bis 5 dargestellt sind und zuvor beschrieben wurden, so dass einige Verweise auf diese Figuren ebenfalls hilfreich sein werden. In 6 weist ein Bereich 62 von Lichtenergie eine Konzentration oder einen Bereich 62 intensiver Lichtenergie auf, was dazu führt, Grenzen 92, 94, 96, 98 zwischen vier einzelnen lichtempfindlichen Elementen 84a der Detektoranordnung 82a zu spreizen, wobei sich diese vier lichtempfindlichen Elemente 84a in Spalte 5a, Zeile 3a; Spalte 6a, Zeile 3a; Spalte 5a, Zeile 4a und Spalte 6a, Zeile 4a befinden. Diese vier lichtempfindlichen Elemente 84a werden der Bequemlichkeit halber als C5a-R3a, C6a-R3a, C5a-R4a und C6a-R4a bezeichnet, wobei C für Spalte und R für Zeile steht. Somit werden mit sehr wenig Lichtenergie, die auf die restlichen Oberflächenbereiche dieser vier lichtempfindlichen Elemente einfällt, die von jedem dieser lichtempfindlichen Elemente 84a bei C3a-R3a, C6a-R5a, C5a-R4a und C6a-R4a erzeugten elektrischen Signale viel weniger Lichtenergieintensität anzeigen als wirklich an diesem Lichtfleck auf dem Bereich 63 einfällt.
Wie es oben erläutert wurde, wird jedoch nur eine Hälfte der durch das Raumfilter 50 im Strahl 61 (1) durchgelassenen Lichtenergie im Strahl 61a zu der Detektoranordnung 82a projiziert. Die andere Hälfte der Lichtenergie im Strahl 61 wird durch den Strahlteiler 64 im Strahl 61b zur Detektoranordnung 82b projiziert. Außerdem ist die Detektoranordnung 82b, wie oben erläutert, durch eine Hälfte der Größe eines lichtempfindlichen Elements 84a, 84b scheinbar vertikal und horizontal versetzt, wie es in 1 durch die vertikale Versetzung 88 und horizontale Versetzung 89 angegeben ist. Daher fällt, wie es durch das vergrößerte virtuelle Nebeneinanderlegen von Teilen der jeweiligen Detektoranordnungen 82a, 82b dargestellt ist, der entsprechende Lichtfleck oder Bereich 63 von intensiver Lichtenergie im Strahl 61 weitestgehend innerhalb des einzelnen lichtempfindlichen Elements 84b ein, das sich in Spalte 5b, Zeile 3b (d. h. C5b-R3b) der Detektoranordnung 82b befindet. Daher wird die elektrische Signalausgabe des lichtempfindlichen Elements C5b-R3b der Detektoranordnung 82b vielmehr auf die hohe Intensität der Lichtenergie in dem Lichtfleck oder Bereich 63 hinweisen als die elektrischen Signale, die durch ein beliebiges der vier lichtempfindlichen Elemente bei C5a-R3a, C6a-R3a, C5a-R4a oder C6a-R4a der Detektoranordnung 82a erzeugt werden. Es ist wichtig, diese Lichtenergie höherer Intensität in dem Lichtfleck oder Bereich 63 des gefilterten Mus ters 60 zu erfassen und aufzuzeichnen, weil eine solche Lichtenergie höherer Intensität ein besonders helles Merkmal, Detail oder Linie in dem Bild 12' (1) darstellt, das mit der Winkelorientierung des Spalts 52 (2 bis 4) fluchtet, wenn die Lichtenergie in dem Lichtfleck oder Bereich 63 durch die Detektoranordnungen 82a, 82b erfasst wird.
Nach einer bevorzugten Ausführung dieser Erfindung wie sie am besten in 7 in Verbindung mit den 5 und 6 zu sehen ist, weist eine Datenanordnung 130 (hier eine RIXel-Anordnung genannt) die gleiche Ausführung auf wie eine der Detektoranordnungen 82a, 82b. Zum Zweck dieser Erläuterung ist die RIXel-Anordnung 130 eine 16 × 16-Anordnung, die mit der 16 × 16-Detektoranordnung 82a der lichtempfindlichen Elemente 84a übereinstimmt.
So gibt es einen RIXel-Raum oder eine Position 131 (manchmal Magazin genannt), die jedem lichtempfindlichen Element 84a in der Detektoranordnung 82a entspricht. Folglich wird zum Beispiel eine dem lichtempfindlichen Element 84a bei C7a-R5a der Detektoranordnung 82a zugeordnete Intensität I im entsprechenden Raum oder Magazin 131 bei C7-R5 der RIXel-Anordnung 130 aufgezeichnet. Der vorhergehende Satz bezieht sich auf die einem speziellen lichtempfindlichen Element „zugeordnete" Intensität I anstelle von "erzeugt durch", weil die in einem Raum 131 der RIXel-Anordnung aufgezeichnete Intensität I die Intensität sein kann, jedoch nicht zwangsläufig, die von dem entsprechenden lichtempfindlichen Element 84a in der Detektoranordnung 82a erzeugt wird. Es könnte die Intensität sein, die durch eines der virtuellen, teilweise nebeneinander gestellten, lichtempfindlichen Elemente 84b der Detektoranordnung 82b erzeugt wird, falls eines oder mehrere dieser teilweise nebeneinander gestellten lichtempfindlichen Elemente 84b eine höhere Intensität als das entsprechende lichtempfindliche Element 84a in der Detektoranordnung 82a erzeugt.
An jeder ausgewählten Winkelorientierung des Spaltes 52 sind nur ausreichend Datenräume oder Magazine 131 in der RIXel-Anordnung 130 vorgesehen, um Intensitätssignale aus der gleichen Anzahl lichtempfindlicher Elemente 84a aufzunehmen wie in einer Anordnung 82a vorhanden sind. Um jedoch die Informationen hoher Intensität zu erfassen, die sonst verloren gehen könnten, bevor der Wert des elektrischen Signalausgangs jedes lichtempfindlichen Elements 84a in der Detektoranordnung 82a ständig aufgezeichnet ist, wird er mit Signalen verglichen, die von jedem der teilweise nebeneinander gestellten lichtempfindlichen Elemente 84b der Detektoranordnung 82b erzeugt werden. Das durch diesen Vergleich gefundene Signal höchster Intensität ist dasjenige, welches zur möglichen ständigen Aufzeichnung in der RIXel-Anordnung 130 ausgewählt wird. Zum Beispiel wird der in 6 dargestellte Lichtfleck hoher Intensität oder Bereich 63 bewirken, dass das lichtempfindliche Element 84b bei C5-R3 in der Detektoranordnung 82b ein Signal hoher Intensität erzeugen wird, während jedes der vier (4) lichtempfindlichen Elemente 84a bei C5a-R3a, C6a-R3a, C5a-R4a und C6a-R4a in der Detektoranordnung 82a Signale mit geringerer Intensität erzeugen wird. Deshalb wird, bevor das durch das bei C5a-R3a angeordnete lichtempfindliche Element 84a erzeugte Signal zur ständigen Aufzeichnung im Raum 131 bei C5-R3 in der RIXel-Anordnung 130 ausgewählt wird, es mit den Intensitätssignalen verglichen, die durch jedes der vier lichtempfindlichen Elemente 84b in Anordnung 82b erzeugt werden, die dem Element C5a-R3a teilweise nebeneinander gestellt sind, d. h. lichtempfindliche Elemente 84b der Anordnung 82b, die bei C4b-R2b, C5b-R2b, C4b-R3b und C5b-R5b angeordnet sind. Aus 6 ist ersichtlich, dass in diesem Beispiel der Ausgang höchster Intensität zwischen den fünf lichtempfindlichen Elementen (d. h. C5a-R3a, C4b-R3b, C5b-R2b, C4b-R3b und C5b-R3b) das Intensitätssignal sein wird, das zum ständigen Aufzeichnen in dem Raum 131 bei C5-R3 in der RIXel-Datenbankanordnung 130 berücksichtigt wird. Aus 6 ist auch ersichtlich, dass das Intensitätssignal I, das zum Aufzeichnen in diesem Raum 131 bei C5-R3 in der RIXel-Datenbankanordnung ausgewählt wird, das sein wird, welches nicht durch das entsprechende lichtempfindliche Element 84a bei C5a-R3a der Detektoranordnung 82a erzeugt ist, sondern das durch das lichtempfindliche Element 84b bei C5b-R3b in der Detektoranordnung 82b erzeugte Signal höherer Intensität. Der Grund, dass jedes ausgewählte Intensitätssignal dieser Vergleichsart wie die durch das lichtempfindliche Element 84b bei C5b-R3b im oben erwähnten Beispiel erzeugte Intensität gerade zur ständigen Aufzeichnung berücksichtigt wird, anstatt automatisch aufgezeichnet zu werden, ist, dass nur Intensitätssignale, die einen bestimmten Intensitätsschwellenwert erfüllen oder überschreiten für eine ständige Aufzeichnung der Formcharakterisierung fest gehalten werden. Intensitäten, die den Intensitätsschwellenwert nicht erfüllen, weisen nicht auf den signifikanten Forminhalt im Bild 12' hin, werden also nicht aufgezeichnet wie es nachstehend ausführlicher beschrieben werden wird. In dem oben beschriebenen Beispiel von 6 ist es höchstwahrscheinlich, dass das Intensitätssignal von dem lichtempfindlichen Element 84b bei C5b-R3b einen solchen Schwellenwert überschreiten würde und als Intensität I im Raum 131 bei C5-R3 der RIXel-Anordnung 130 (entspricht dem lichtempfindlichen Element 84a bei C5a-R3a in der Detektoranordnung 82a) zur ständigen Aufzeichnung der Formcharakterisierung für das Bild 12 aufgezeichnet werden würde.
Im Beispiel von 6 wird jedes der drei anderen lichtempfindlichen Elemente 84a in der Anordnung 82a, auf das Lichtenergie im Lichtpunkt oder Bereich 63 einfällt (d. h. die bei C6a-R3a, C5a-R4a und C6a-R4a), mit den jeweiligen lichtempfindlichen Elementen 84b der Anordnung 82b, die teilweise diesen lichtempfindlichen Elementen 84a nebeneinander gestellt sind, verglichen. Folglich wird der Signalausgang des Elements 84a bei C6a-R3a mit den entsprechenden Ausgangssignalen der teilweise nebeneinander gestellten Elemente 84b bei C5b-R2b, C6b-R2b, C5b-R3b und C6b-R3b verglichen, wobei der Signalausgang von Element 84a bei C5a-R4a mit den jeweiligen Ausgangssignalen der teilweise nebeneinander gestellten Elemente 84b bei C4b-R3b, C5b-R3b, C4b-R4b und C5b-R4b verglichen wird, und der Signalausgang des Elements 84a bei C6a-R4a mit den jeweiligen Ausgangssignalen der teilweise nebeneinander gestellten Elemente 84b bei C5b-R3b, C6b-R3b, C5b-R4b und C6b-R4b verglichen wird. In allen diesen Vergleichen im Beispiel von 6 wird das durch das lichtempfindliche Element 84b bei C5b-R3b erzeugte Intensitätssignal das höchste sein. Folglich wird dieses Signal hoher Intensität für die Positionen 131 der RIXel-Datenbank 130 verwendet, die nicht nur dem lichtempfindlichen Element 84a bei C5a-R3a in der Detektoranordnung 82a entsprechen wie es oben beschrieben ist, sondern auch den lichtempfindlichen Elementen 84a bei C6a-R3a, C5a-R4a und C6a-R4a in der Detektoranordnung 82a.
Andererseits würde ein Vergleich des Intensitätssignalausgangs des lichtempfindlichen Elements 84a bei C7a-R5a der Detektoranordnung 82a in 6 mit den vier (4) teilweise nebeneinander gestellten lichtempfindlichen Elementen 84b bei C6b-R4b, C7b-R4b, C6b-R5b oder C7b-R5b kein größeres Intensitätssignal von einem beliebigen dieser vier (4) lichtempfindlichen Elemente 84b finden. Folglich wäre der Intensitätssignalausgang des lichtempfindlichen Elements 84a bei C7a-R5a derjenige, der zum Aufzeichnen im Raum 131 bei C7-R5 in der RIXel-Datenbank 130 berücksichtigt wird, nicht das Signal von irgendeinem der vier (4) teilweise nebeneinander gestellten Elemente 84b. Wenn dieses ausgewählte Intensitätssignal den Intensitätsschwellenwert erfüllt oder überschreitet, wird es die Intensität I sein, die in diesem Raum 131 bei C7-R5 in der RIXel-Anordnung 130 aufgezeichnet wird.
Folglich kann, wie aus der oben erwähnten Beschreibung ersichtlich ist, eine kleine Anordnung (z. B. 16 × 16) verwendet werden, um die Formcharakterisierungsdaten hoher Intensität zu detektieren und aufzuzeichnen, indem zwei nebeneinander gestellte Detektoranordnungen 82a, 82b mit ihren entsprechenden lichtempfindlichen Elementen 84a, 84b, die teilweise im virtuellen Verhältnis zueinander hinsichtlich des gefilterten Musters 60 versetzt sind, verwendet werden. Diese Anordnung erlaubt die unzweideutige Erfassung von Lichtflecken oder Bereichen 63 mit Lichtenergie hoher Intensität, indem die Energie von solchen Lichtflecken oder Bereichen 63 erfasst wird, die eine oder mehrere Grenzen 92, 94, 96, 98 von lichtempfindlichen Elementen in der Detektoranordnung 82a mit einem oder mehreren teilweise nebeneinander gestellten lichtempfindlichen Elementen 84b in der anderen Detektoranordnung 82b spreizen. Diese versetzte virtuelle nebeneinander gestellte Verwendung von zwei Detektoranordnungen 82a, 82b erleichtert eine sehr schnelle Erfassung von Lichtenergie 62 hoher Intensität, die in Lichtflecken oder Bereichen 63 an speziellen Stellen in dem gefilterten Muster 60 konzentriert sind, auch wenn die lichtempfindlichen Elemente 84a, 84b in der Fläche größer sind als die Größen von Lichtfleck oder Bereich 63. Die Nachteile dieser Anordnung umfassen die Unfähigkeit, zwischen sehr eng beabstandeten Lichtflecken oder Bereichen von hoher Intensität zu unterscheiden, die Unfähigkeit, präzise Formen von solchen Lichtflecken oder Bereichen 63 hoher Energie zu bestimmen und hohe Intensitätswerte aus solchen Lichtflecken oder Bereichen in mehreren Räumen 131 in der RIXel-Anordnung 130 aufzuzeichnen, die Flächen des gefilterten Musters 60 darstellen, die größer sind als die Lichtflecke oder Bereiche 63, die sie wirklich bei Umständen überstreichen, wo solche Lichtflecke oder Bereiche 63 hoher Intensität die Grenzen zwischen lichtempfindlichen Elementen 84a spreizen. Jedoch sind diese Nachteile für diese Anmeldung nicht signifikant. Es ist wichtig, solche die Form kennzeichnenden Konzentrationen oder Verteilungen von Lichtenergie zu erfassen und sie mit Ortsinformationen in ständig reproduzierbarer und suchbarer Art und Weise aufzuzeichnen, wobei jedoch eine enge Wechselbeziehung von solchen Bereichen hoher Intensität zu der aktuellen Flächengröße, die sie in dem gefilterten Muster einnehmen, nicht so wichtig ist.
Tatsächlich kann diese Erfindung mit nur einer Detektoranordnung 82a, insbesondere in der bevorzugten Ausführung von 1, eingesetzt werden, bei der das Fourier-transformierte Muster 32 durch einen Spalt 52 gefiltert wird, der das gefilterte Licht beugt. Eine solche Beugung neigt dazu, Lichtenergie zu zerstreuen anstatt sie zu Lichtpunkten zu konzentrieren. Dennoch ist es bedeutsam, dass durch die zwei versetzten, nebeneinander gestellten Detektoranordnungen 82a, 82b mehr Präzision mit unbedeutend zusätzlicher Verarbeitung zum Vergleichen und Auswählen der Intensität I, wie oben beschrieben, zur Verfügung gestellt wird. Für diese Angelegenheit könnte sogar mehr Präzision bewirkt werden von mehr als zwei versetzten, nebeneinander gestellten Detektoranordnungen wie zum Beispiel drei oder vier, insbesondere wenn auch kleinere Anordnungen wie 8 × 8-Anordnungen eingesetzt werden.
Die Auswahl der Signale höchster Intensität beim Vergleich von teilweise nebeneinander gestellten, lichtempfindlichen Elementen 84a, 84b kann wie oben beschrieben mit einer Anzahl von Möglichkeiten vorgenommen werden, die eigentlich in den Fähigkeiten eines Fachmanns liegen, wie Signalverteilung der Signalausgänge jedes lichtempfindlichen Elements 84a, 84b durch ein Netzwerk von Spannungsvergleichsschaltungen oder durch Softwarevergleich und Auswahlprozesse. Folglich sind solche Einzelheiten zum Beschreiben oder Verstehen der Erfindung nicht notwendig. Um jedoch die Erläuterung zu erleichtern, wie die Intensitäts-Ausgangssignale in dieser Erfindung genutzt werden, um das Bild 12, 14, .., n durch Forminhalt zu charakterisieren, wird als Beispiel aber nicht zur Einschränkung jetzt Bezug auf 7 genommen, die wieder die 16 × 16-Detektoranordnungen 82a, 82b zum Erfassen von Lichtenergie bei Winkelzuwächsen 51 von 11,25 Grad einer Drehung des Spaltes 52 darstellt. Wie oben kurz erwähnt, sammelt der Computer 100 Intensitätssignale (I), die auf den Forminhalt des Bildes 12 bei den spezifischen Winkelzuwächsen 51 der Rotation (R) des Spaltes 52 hinweisen, wenn sich der Rotor 54 um seine Achse 57 dreht, und koordiniert diese. Die Drehungsinformation R und die zugeordnete Intensität I werden zusammen in eine „RIXel"-Datenanordnung 130 eingegeben, wie es nachstehend ausführlicher beschrieben wird. Wesentlich ist, dass eine Nachrichtenverbindung 132 zwischen dem Computer und der Bildbearbeitungsvorrichtung 20 Signale zwischen dem Computer 100 und der Bildbearbeitungsvorrichtung 20 bearbeitet. Zum Beispiel kann der Computer 100 der Bildbearbeitungsvorrichtung 20 signalisieren, ein spezielles Bild 12, 14, .., n in den optischen Charakterisierer 10 einzugeben. Signale von der Bildbearbeitungsvorrichtung 20 können die Identität des Bildes 12 zu dem Computer 100 übertragen und bestätigen, dass sie eingegeben worden ist. Die Bildidentität kann eine beliebige Zahl oder irgendein anderes Symbol oder Information sein, die durch den Computer 100 mit den RIXel-Datenanordnungen 130 und mit Informationen über das Bild 12 zugeordnet werden können, zum Beispiel, wo sie gefun den werden kann, z. B. eine URL-Adresse, Datenbankadresse, Bibliothekskatalognummer, Besitzer, Museumssammlung oder dergleichen. Bei der Identifizierung des Bildes 12 im Computer 100 und wenn sich der Rotor 54 dreht, detektiert der Kodierer 134 eine Winkelposition des Spaltes 52 und sendet über eine Nachrichtenverbindung 136 ein Signal zum Computer 100, wobei das Signal eine spezielle Position R der Winkeldrehung des Spaltes 52 angibt. Der Kodierer 134 kann zum Beispiel eine Vorrichtung sein, in der eine Fotozelle (nicht gezeigt) Licht von einer LED oder anderen Lichtquelle (nicht dargestellt) detektiert, das durch die Löcher 138 des Kodierers am Umfang des Rotors 54 hindurch geht, wie es dem Fachmann verständlich wäre. Wenn die Löcher 138 des Kodierers in Zuwächsen 51 von 11,25 Grad beabstandet sind, kann der Kodierer 134 über die Nachrichtenverbindung 136 in jedem Augenblick, wo sich der Rotor 54 um weitere 11,25 Grad dreht, ein Signal senden. Der Computer 100 kann die Signale von dem Kodierer 134 nutzen, um eine Ablesung von Intensitätsinformationen I aus den Detektoranordnungen 82a, 82b oder einem getrennten Intensitätssignal-Verarbeitungsschaltkreis 150 zwischen den Detektoranordnungen 82a, 82b und dem Computer 100 auszulösen und die Winkeldrehung R des Spaltes 52 für jede solche Ablesung der Intensität I zu verfolgen. Alternativ dazu könnte ein getrennter, das Signal der Drehung R verarbeitender Schaltkreis 140 verwendet werden, um die Position R der Winkeldrehung des Spaltes 52 aus Signalen des Kodierers 134 zu berechnen und diese Informationen der Drehstellung R des Spaltes 52 zusammen mit einem Signal an den Computer 100 auszugeben, um die Intensität I jedes Mal zu lesen, wenn sich der Rotor 54 um einen weiteren Winkelzuwachs von 11,25 Grad dreht, oder für diese Angelegenheit jedes Mal, wenn sich der Rotor 54 um einen beliebigen gewünschten Winkelzuwachs dreht. Die Löcher 138 des Kodierers müssen nicht mit den gewünschten Winkelzuwächsen der Drehung R, bei der die Intensität I durch den Computer 100 gelesen werden soll, übereinstimmen. Entweder könnte der Computer 100 oder der Mikroprozessor 140 programmiert werden, um die Drehzahl, d. h. Winkelgeschwindigkeit, und Drehstellung R mit einem beliebigen Abstand des Kodierlochs 138 zu verfolgen und Intensitäts-Ablesesignale bei beliebigen gewünschten Winkelzuwächsen der Drehung R zu erzeugen. Folglich könnten entweder in jedem Signalverarbeitungsschaltkreis 140 oder in dem Computer 100 Steuerungen vorgesehen werden, um die Winkelzuwächse der Drehung R des Spaltes 52, bei der Intensitäten I gelesen werden, zu verändern. Es ist jedoch bequem und einfach, die Löcher 138 des Kodierers an den gewünschten Winkelzuwächsen der Drehung R, zum Beispiel wegen Massenproduktion der Bild-Charakterisiervorrichtung 10, anzu ordnen, nachdem ein gewünschter Winkelzuwachs bestimmt worden ist. Je kleiner die Winkelzuwächse der Drehung R sind, bei denen Intensitäten I gelesen werden, umso genauer sind natürlich die Daten, jedoch auch umfangreicher die Datenverarbeitung und Speicherkapazität, die benötigt werden wird. Für dieses Beispiel wurden wiederum die 11,25 Grad-Zuwächse der Drehung R gewählt, weil genaue 16 Zuwächse von 11,25 Grad in einer 180 Grad-Drehung R des Spaltes 52 vorhanden sind. Folglich werden für jedes Bild 12 sechzehn (16) RIXel-Datenanordnungen 130 zum Aufzeichnen der Drehung R und Intensitäten I erhalten. Wie oben erwähnt, werden für jedes Bild nur 180 Grad der Drehung des Spaltes 52 benötigt, weil die zwei Halbsegmente des Spalts 52 zusammen eine Überstreichung des gefilterten Musters 60 von 360 Grad bewirken, wenn sich der Rotor 54 um 180 Grad dreht. Natürlich gibt es viele andere Möglichkeiten, die dem Fachmann bekannt sind, um die Winkeldrehung eines Rotors zu verfolgen, die zur Ausführung dieser Erfindung verwendet werden könnten.
Wie oben beschrieben, wird der durch den Spalt 52 in dem Raumfilter 50 durchgeleitete gefilterte Strahl 61 auf die versetzten Detektoranordnungen 82a, 82b projiziert, in denen die Verteilungen 62 der Lichtenergie auf Echtzeitbasis durch einzelne lichtempfindlichen Elemente 84a, 84b der Detektoranordnungen 82a, 82b detektiert werden. Wie ebenfalls oben erläutert wurde, wird die Intensität I für jedes RIXel in der Anordnung 130 bei jedem Winkelzuwachs der Drehung R aus der höchsten Intensität eines entsprechenden lichtempfindlichen Elements 84a in der Detektoranordnung 82a oder einem der vier lichtempfindlichen Elemente 84b in der Detektoranordnung 82b, die teilweise den entsprechenden lichtempfindlichen Elementen 84a nebeneinander gestellt sind, ausgewählt werden.
Wie oben kurz erwähnt wurde, kann das Auswählen der Intensität I entweder von dem lichtempfindlichen Element 84a oder einem der vier teilweise nebeneinander gestellten lichtempfindlichen Elemente 84b mit Software im Computer 100 vorgenommen werden, wird jedoch vorzugsweise mit einem getrennten Signalverarbeitungsschaltkreis 150 der Intensität I vorgenommen, der zwischen den Detektoranordnungen 82a, 82b und dem Computer 100 angeordnet ist. Wie ebenfalls oben kurz erwähnt wurde, kann der Bildverarbeitungsschaltkreis 150 der Intensität I fest verdrahtet sein mit einer Anordnung von Spannungsvergleichsschaltungen 152, von denen ein Beispiel in 8 schematisch dargestellt ist, oder mit einem Mikroprozessorschaltkreis (nicht dargestellt), wie es dem Fachmann bekannt wäre. Wie in 8 dargestellt ist, ist die einem beispielhaften lichtempfindlichen Element 84a zugeordnete Intensität I, die dem Computer 100 zugeführt wird, um sie in einen entsprechenden RIXel-Raum 131 in der RIXel-Anordnung 130 einzugeben, die höchste Intensität, die durch das spezielle lichtempfindliche Element 84a oder durch ein beliebiges der vier teilweise nebeneinander gestellten, lichtempfindlichen Elemente 84b erzeugt wird. In dem Diagramm von 8 wird als Beispiel das gleiche lichtempfindliche Element 84a, das früher erörtert wurde, d. h. in Spalte 7a, Zeile 5a (C7a-R5a) der Detektoranordnung 82a (5, 6 und 7), genutzt. Wie oben erläutert, wird das von einem lichtempfindlichen Element 84a erzeugte Intensitätssignal, das normalerweise eine Spannungshöhe ist, vor seiner Verwendung zur Eingabe in die RIXel-Datenanordnung 130 mit den vier lichtempfindlichen Elementen 84b in der Detektoranordnung 82b, die teilweise an das C7a-R5a-Element 84a in der Detektoranordnung 82a angrenzt, verglichen. Wie oben erläutert ist, befinden sich diese vier teilweise angrenzenden Elemente 84b bei C6b-Rb, C7b-R4b, C6b-R5b und C7b-R5b in der Detektoranordnung 82b. Wie in 8 gezeigt ist, werden die Ausgangsspannungen von zwei der Elemente 84b bei C6b-R4b und C7b-R4b durch die Vergleichsschaltung 152 verglichen, die die höchste dieser zwei Spannungen ausgibt, während die Ausgangsspannungen der anderen zwei Elemente 84b bei C6b-R5b und C7b-R5b durch die Vergleichsschaltung 154 verglichen werden, die die höchste dieser zwei Spannungen ausgibt. Die entsprechenden Ausgangsspannungen der Vergleichsschaltungen 152, 154 werden anschließend durch die Vergleichsschaltung 156 verglichen, die die höchste Spannung von den vier einzelnen Elementen 84b ausgibt. Diese höchste Spannung von den Elementen 84b wird anschließend durch die Vergleichsschaltung 158 mit der durch das Element 84a (C7a-R5a) erzeugten Ausgangsspannung verglichen. Welche Spannung zwischen dem einzelnen lichtempfindlichen Element 84a bei C7a-R5a und der zusammengefassten Gruppe von teilweise angrenzenden lichtempfindlichen Elementen 84b bei C6b-R4b, C7b-R4b, C6b-R5b und C7b-R5b die höchste ist, wird die Spannung sein, die zu den Verstärker- und Analog-Digital-Wandler-Schaltkreisen 61 zum Verarbeiten und Zuführen als Intensität I über die Nachrichtenverbindung 162 an den Computer 100 gesendet wird. Natürlich gibt es auch andere Komponenten der Signalverformung und -verarbeitung in einem Signalverarbeitungsschaltkreis 150, die dem Fachmann bekannt sind, so dass sie zum Zweck des Beschreibens und Verstehens dieser Erfindung nicht ausführlich erörtert zu werden brauchen. Es gibt auch andere Komparatorfolgen, die die gleichen Ergebnisse liefern können. Es sollte außerdem im Gedächtnis behalten werden, dass die dem einen lichtempfindlichen Element 84a bei C7a-R5a der Detektoranordnung 82a zugeordnete Intensität I, die wie oben erörtert bestimmt wird, nur eine der Intensitäten I von der 16 × 16-Detektoranordnung 82a ist, die durch die Vergleichsschaltung 150 wie oben beschrieben verarbeitet und dem Computer 100 über die Nachrichtenverbindung 162 auf Echtzeitbasis zugeführt wird.
Mit fortgesetztem primären Bezug auf 8 und sekundärem Bezug auf 7 liest der Computer 100 die 256 Intensitäten I aus der Vergleichsschaltung 150, die allen 256 der lichtempfindlichen Elemente 84a in der 16 × 16-Detektoranordnung 82a zugeordnet sind und führt sie den entsprechenden Räumen oder Magazinen 131 der RIXel-Datenanordnung 130 zu, wenn dem Computer 100 durch den Kodierer 134 und/oder der das Rotationssignal R verarbeitenden Schaltung 140 signalisiert wird, dass ein gewünschter Winkelzuwachs der Drehung R durch den Spalt 52 erreicht worden ist. Zum Beispiel wird die dem in 8 dargestellten lichtempfindlichen Element 84a zugeordnete Intensität I, d. h. bei C7a-R5a der Detektoranordnung 82a, durch den Computer 100 sortiert, um mit dem entsprechenden Drehwinkel R zusammen in die Spalte 7, Zeile 5, RIXel-Raum 131 in der 16 × 16-RIXel-Anordnung 130 gelegt zu werden. Ebenso wird der Rest der 256 Intensitäten I, die dem Rest der 256 lichtempfindlichen Elemente 84a der 16 × 16-Detektoranordnung 82a zugeordnet sind (vorausgesetzt, dass sie den oben erörterten Intensitätsschwellenwert erfüllen) durch den Computer 100 sortiert und zusammen mit der Drehung R, der diese Intensitäten I zugeordnet sind, in die jeweiligen entsprechenden RIXel-Positionen oder Magazine 131 in der RIXel-Anordnung 130 zugeführt. Daher gibt es für jeden gewählten Zuwachs einer Winkeldrehung R des Spaltes 52 256 Intensitäten I, die zusammen mit diesem speziellen Drehwinkel R in die RIXel-Datenbank 130 sortiert werden. Wieder gibt es bei Verwendung von 11,25 Grad-Zuwächsen der Drehung R sechzehn (16) RIXel-Anordnungen 130 für jedes Bild 12, wobei jede der sechzehn (16) RIXel-Anordnungen 130 eine Drehungsorientierung R mit 256 möglichen Intensitäten I aufweist, die den 256 lichtempfindlichen Elementen 84a in der Detektoranordnung 82a zugeordnet sind.
Um jedoch, wie oben kurz erwähnt, das Speichern und Bearbeiten nutzloser Daten zu vermeiden, gibt der Computer 100 nur die Intensitäten I in die RIXel-Anordnung 130 ein, die einen spezifischen Intensitätsschwellenwert erfüllen. Zum Beispiel gibt es mit Bezug auf 5 und 7 lichtempfindliche Elemente 84a in der Detektoranordnung 82a, die wenig oder keine einfallende Lichtenergie besitzen, wie zum Beispiel die in den Zeilen 0a, 1a, 14a und 15a, die außerhalb des gefilterten Musters 60 liegen. Außerdem haben möglicherweise einige der lichtempfindlichen Elemente 84a zwischen Bereichen der Lichtenergie 62, wie vielleicht die bei C9a-R9a und C10a-R8a, ungenügende einfallende Lichtenergie 62, um beim Kennzeichnen des Forminhalts im Bild 12 bedeutend zu sein. Folglich ist es nicht notwendig, solche Intensitäten I oder deren Fehlen in den RIXel-Anordnungen 130 zu speichern. Folglich werden für Intensitäten I, die lichtempfindlichen Elementen 84a in der Detektoranordnung 82a zugeordnet sind und die sich unter einem bestimmten Niveau des Intensitätsschwellenwertes befinden, keine Daten von R, I oder X in die entsprechenden RIXel-Positionen oder Magazine 131 der RIXel-Anordnung 130 eingegeben. Für Intensitäten I über dem Schwellenwert gibt es entsprechend der bevorzugten Ausführung vier (4) Niveaus, denen die Intensitäten I zugeordnet werden, d. h. 0, 1, 2 oder 3. Folglich werden nur zwei (2) Magazine benötigt, um jede Intensität I in der RIXel-Anordnung 130, d. h. 00, 01, 10 oder 11 aufzuzeichnen. Natürlich ist es innerhalb der Grenzen dieser Erfindung sicher, entweder mehrere oder weniger Niveaus der Intensität I als vier zu nutzen. Jedoch würden mehrere Niveaus der Intensität I mehr Bits erforderlich machen. Zum Beispiel würden acht (8) Niveaus der Intensität I drei (3) Bits zum Aufzeichnen erfordern, und sechzehn (16) Niveaus der Intensität I würden vier (4) Bits erfordern.
Der „X"-Datenraum in jedem RIXel wird als ein Verzerrungsfaktor genutzt, um das Aufsuchen und Finden von Bildern mit fast aber nicht genau den gleichen Formeigenschaften oder das Finden von Bildern zu unterstützen, die die gleichen Formeigenschaften aufweisen, die jedoch im Sichtfeld leicht verschoben sein könnten wie es nachstehend ausführlicher beschrieben wird. Der „X"-Datenraum könnte jedoch auch ein Markierungszeichen sein, das für einen beliebigen anderen Zweck bei der Datenbanksuche oder für eine höhere Präzision der Drehung R oder für eine höhere Präzision der Intensität I verwendet wird. In der bevorzugten aber nicht wesentlichen Ausführung nach dieser Erfindung kann „X" bis zu vier (4) Werten 0, 1, 2, 3 haben, so dass es mit zwei (2) Bits von Dateninformationen gespeichert werden könnte.
In der bevorzugten Ausführung besitzt der R-Wert im RIXel vier (4) Bits zum Kodieren der Drehung R, was für die 16 Zuwächse der Drehung R von jeweils 11,25 Grad bei einer 360 Grad-Drehung ausreichend ist. Wie es oben erläutert ist, werden zwei (2) Bits zum Kodieren der Intensität I verwendet, und zwei (2) Bits werden genutzt, um den Verzerrungsfaktor X oder eine andere Nutzung des Markierungszeichens zu verwenden wie es oben ebenfalls erläutert ist. Folglich besitzt jedes RIXel genau acht (8) Bits, d. h. ein (1) Informations-Byte. Des weiteren sind 256 RIXel vorhanden, d. h. 256 mögliche Informations-Bytes in jeder RIXel-Anordnung 130, und es gibt eine (1) RIXel-Anordnung 130 für jeden der sechzehn (16) 11,25 Grad-Zuwächse der Drehung R für jedes Bild 12. Folglich wird ein Maximum von 4096 Bytes benötigt, um ein Bild 12 auf Form und Inhalt entsprechend der bevorzugten jedoch nicht wesentlichen Ausführung dieser Erfindung zu charakterisieren, wenn 16 × 16-Detektoranordnungen 82a, 82b; 11,25 Grad-Zuwächse der Drehung R des Spaltes 52 und 16 × 16-RIXel-Anordnungen 130 eingesetzt werden.
Wie oben kurz erwähnt, wird der „X"-Raum im RIXel vorzugsweise als ein Verzerrungsfaktor verwendet, der den RIXels in der RIXel-Anordnung 130 zugeordnet werden kann, die sonst auf Grund der Intensität I unter der Höhe des Intensitätsschwellenwertes nicht verwendet oder nicht ausgefüllt sind, um mehrere unterschiedliche suchfähige Niveaus der Verzerrung in den suchfähigen Daten zur Verfügung zu stellen. Wenn ein Sucher ein Bild besitzt, für das er/sie eine Übereinstimmung finden will, jedoch bei einer Suche der Datenbank kein übereinstimmendes Bild aus den für die Bilder 12, 14, .., n in der Datenbank gespeicherten RIXel-Informationen bei Nutzung exakter RIXel-Informationen finden kann, dann kann der Sucher die Suche so erweitern, um nach nicht exakten Übereinstimmungen zu schauen, indem ein unterschiedlicher X-Wert in den RIXels spezifiziert wird.
Um dieses Merkmal zu veranschaulichen, wird jetzt in erster Linie Bezug auf die 9a und 9b und sekundärer Bezug auf die 7 und 8 genommen. In 9a ist ein Teil der RIXel-Anordnung 130 in erster Linie mit den Spalten 0 bis 8, Zeilen 9 bis 15 mit beispielhaften RIXel-Werten R, I, X in mehreren der RIXel-Positionen oder Räumen in der RIXel-Anordnung 130 dargestellt. In diesem Beispiel sind einige RIXel-Positionen oder Räume in der RIXel-Anordnung 31 leer, weil die den entsprechenden lichtempfindlichen Elementen 84a in der Detektoranordnung 82a zugeordneten Intensitäten I den Mindestschwellenwert der Intensität nicht erfüllt haben. Mit anderen Worten, es gab etwas oder keine Lichtenergie, die auf diese entsprechenden lichtempfindlichen Elemente 84a oder ein beliebiges der teilweise nebeneinander gestellten, lichtempfindlichen Ele mente 84b der Detektoranordnung 82b einfällt. Folglich machte der Computer 100 anfänglich keine RIXel-Einträge in diese Räume oder Positionen in der Anordnung 130, die alle der Spalten 0, 1, 2, 8 in Zeilen 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15; Spalte 3, Zeilen 9, 10, 11, 14, 15; Spalte 4, Zeilen 9, 10, 13, 14, 15; Spalte 5, Zeilen 9, 12, 13, 14, 15; Spalte 6, Zeilen 11, 12, 13, 14, 15 und Spalte 7, Zeilen 10, 11, 12, 13, 14, 15 leer lassen. Indem diese beispielhaften RIXel-Räume oder Positionen in der RIXel-Anordnung 130 nun näher darauf geprüft werden, für welche Intensitäten I sie hoch genug wären, um aufgezeichnet zu werden, d. h. zumindest so hoch wie der Schwellenwert wären, gibt es Werte von R, I und X, die für jeden solchen RIXel-Raum eingegeben werden. In dem Beispiel ist R = 4 in allen Räumen, die gefüllt sind, weil die Intensitäten I für diese beispielhafte RIXel-Anordnung 130 von Lichtenergiebereichen 62 in einem gefilterten Muster 60 herrührt, wenn sich der Spalt 52 an einem diskreten Drehwinkel R wie bei einer Winkelorientierung von 45 Grad, wie in 7 dargestellt, befindet. Aus der oben erwähnten Erörterung ist eine Winkelorientierung von 45 Grad vier (4) 11,25 Grad-Winkelzuwächse aus einer vertikalen Ausgangsorientierung. Folglich ist R = 4 für jeden Intensitätswert I an dieser 45 Grad-Orientierung des Spaltes 52, so dass R = 4 in jeden RIXel-Raum 131 eingegeben wird, für den es eine aufzeichnungsfähige Intensität I gibt. Wenn sich der Spalt 52 um einen werteren Zuwachs von 11,25 Grad auf 56,25 Grad dreht, wird eine neue RIXel-Anordnung 130 mit neuen Intensitätswerten gefüllt werden. Jedoch ist für das Beispiel in 9a die Orientierung des Spaltes 52 45 Grad, so dass R = 4 für jedes RIXel ist, für das die Intensität I hoch genug ist, um aufgezeichnet zu werden.
Die aufgezeichneten Intensitätsniveaus I für die Beispiele von 9a und 9b sind willkürlich dargestellt, als dass sie von R = 0 bis R = 3, d. h. in vier (4) unterschiedlichen Kategorien von Intensitätsniveaus I, schwanken. Die Verzerrungsfaktoren X werden alle auf dem höchsten Genauigkeitsniveau, d. h. X = 3, aufgelistet, weil diese gefüllten RIXel auf den exakten Intensitäten I basieren, die durch die lichtempfindlichen Elemente 84a oder 84b in den Detektoranordnungen 82a, 82b, wie oben erläutert, erzeugt werden würden. Folglich gibt X = 3 das höchste Genauigkeitsniveau, d. h. die geringste Verzerrung, an.
Um das Problem richtig zu beurteilen, betrachten wir zum Beispiel ein Originalbild 12, das entsprechend der Erfindung wie oben beschrieben auf Forminhalt charakterisiert worden ist und des Weiteren die RIXel-Charakterisierungen dieses Forminhalts in der RIXel-Anordnung 130 von 9a gespeichert worden sind. Die RIXel-Anordnung 130 zur Drehung R = 4 in 9a wird zusammen mit anderen RIXel-Anordnungen für Drehungen R = 1 bis 3 und 5 bis 16 für das Bild 12 und mit einer einzigen Bilderkennungsnummer (ID#) gespeichert, die einer Quellenortadresse zugeordnet werden kann, in der das Bild 12 gefunden werden kann. Wir berücksichtigen außerdem, dass ein Benutzer eine Kopie des Bildes 12 besitzt, jedoch wissen will, wo sich das Original befindet. Die Kopie hat das Bild jedoch leicht nach oben oder unten oder nach links oder rechts im Sichtfeld verschoben. Trotzdem legt der Benutzer die Kopie des Bildes in den optischen Bild-Charakterisierer 10 nach dieser Erfindung und erhält RIXel-Daten, die den Forminhalt der Kopie charakterisieren. Jedoch wären die RIXel-Informationen des charakterisierten Forminhalts der Kopie für die Verschiebung des Kopiebildes in dem Sichtfeld die gleichen oder ziemlich in der Nähe der gleichen wie die RIXel-Informationen des charakterisierten Forminhalts des Originalbildes 12. Eine solche Verschiebung des Kopiebildes in dem Sichtfeld verursacht jedoch unterschiedliche RIXel-Räume 131 in der RIXel-Anordnung 130 für die zu füllende Kopie, d. h. vielleicht um einen oder mehrere RIXel-Räume nach links, rechts, oben oder unten verschoben im Verhältnis zu den RIXel des Originalbildes 12, das in 9a gezeigt ist. Wenn die RIXel-Charakterisierungen des Forminhalts der Kopie (d. h. das Bezugsbild) genutzt werden, um die Datenbasis zur präzisen RIXel-Übereinstimmung mit den RIXel-Informationen zu suchen, die in der Datenbank für das Originalbild 12 gespeichert sind, d. h. in dem Verzerrungsniveau X = 3, könnten folglich die RIXel-Daten des Originalbildes 12 in 9a, die sich in Spalten und Zeilen der RIXel-Anordnung 130 befinden, die etwas anders als die entsprechenden RIXel-Informationen der Bildkopie sind, nicht als ein Übereinstimmung bei der Suche identifiziert werden.
Um dieses Problem zu lösen, kann der Computer 100 programmiert werden, wenn die RIXel-Daten für das Originalbild 12 in die RIXel-Anordnungen 130 geladen sind, um auch einige der zuvor nicht gefüllten RIXel-Räume 131 in RIXel-Anordnungen 130 mit den gleichen Drehungswerten R und Intensitätswerten I wie in 9a dargestellt, jedoch mit geringeren „X"-Werten, d. h. mehr Verzerrung, zu füllen. Siehe zum Beispiel 9b, in der die ursprünglich gefüllten RIXel-Räume 131, also diejenigen mit den Werten X = 3, stärker skizziert sind, um die Visualisierung dessen unterstützen, wo diese ursprünglich gefüllten RIXel-Räume positioniert sind. Anschließend hat der Computer 100, wie in 9b dargestellt, einige der zuvor leeren RIXel-Räume 131 auf den Umfang von drei Räumen 131 in horizontaler Richtung und drei Räumen 131 in vertikaler Richtung von den am nächsten liegenden, ursprünglich gefüllten Räumen 131 mit RIXel-Werten R, I und X gefüllt.
Speziell in der Darstellung von 9b behält jeder neu gefüllte RIXel-Raum 131 noch die gleiche Drehung R = 4 bei, so dass die neuen RIXel-Informationen noch im Verhältnis zu RIXel-Werten aus dieser Winkelorientierung des Spalts 53, d. h. bei einer Orientierung von 45 Grad, gesucht werden. Jedoch wird jeder zusätzliche RIXel-Raum 131, der in vertikaler oder horizontaler Richtung aus einem ursprünglich gefüllten Raum 131 entfernt wurde, einem Stufenwert mit geringerem X, d. h. eine zunehmende Verzerrung, zugeordnet, je weiter der RIXel-Raum 131 von einem ursprünglich gefüllten RIXel-Raum 131 entfernt wurde. Somit werden dort, wo die ursprünglich gefüllten RIXel-Räume 131 Verzerrungswerte von X = 3 aufweisen, die neu gefüllten RIXel, die ein aus einem ursprünglich gefüllten RIXel-Raum 131 entfernter Raum 131 sind, X = 2 aufweisen. Zwei aus einem ursprünglich gefüllten 131-Raum entfernte Räume 131 weisen X = 1 und drei entfernte Räume 131 X = 0 auf. Die den neuen RIXel-Räumen 131 zugewiesenen Intensitätswerte I, die die unterschiedlichen Verzerrungswerte X = 2, 1 oder Null aufweisen, sind im Allgemeinen die gleichen wie die dem Original ähnlichen Intensitätswerte I, obwohl die spezifischen Algorithmen zum Zuordnen von I-Werten beim Füllen neuer RIXel-Räume 131 variieren können. Die Idee ist, die gleichen oder nahezu gleichen RIXel-Muster der Intensität I für eine spezielle Drehung R zu suchen und zu finden, auch wenn die räumlichen Örtlichkeiten der RIXel, die diese Intensitätswerte I speichern, in der RIXel-Anordnung 130 etwas versetzt sind. Folglich könnte der Benutzer im oben erwähnten Beispiel, der für die Bildkopie keine Übereinstimmung gefunden haben könnte durch das Suchen nach präziseren RIXel-Daten (d. h. für RIXel, in denen X = 3 ist), anschließend speziell eine weniger präzise Suche festlegen. Eine solche weniger präzise Suche könnte nach Übereinstimmungen der gleichen Werte von R und I jedoch mit unterschiedlichem X, d. h. Verzerrungswerte zum Beispiel mit X = 2 oder X = 1 oder X = 0 suchen. Eine Übereinstimmung von RIXel-Informationen könnte für die Kopiebild-Charakterisierung des Forminhalts mit X = 2 oder X = 1 oder X = 0 dort gefunden werden, wo mit dem präziseren X = 3 keine Übereinstimmung gefunden wurde, wodurch es dem Benutzer ermöglicht wird, dennoch auf Informationen der Identifizierung und Örtlichkeit für das Originalbild 12 zuzugreifen.
Auch wenn die gescannte Kopie des Originalbildes 12 nicht in dem Sichtfeld der Kopie verschoben ist, ist es wahrscheinlich nicht realistisch zu erwarten, dass alle RIXel für das in einer Datenbank gespeicherte Originalbild 12 angepasst werden können. Folglich kann der Sucher durch die Software zum Suchen befähigt werden, gewünschte Niveaus von Pixel-Übereinstimmung zu spezifizieren. Zum Beispiel kann ein Benutzer nach einer Übereinstimmung von etwa 70 Prozent der RIXel nachsehen, um die Kennungsinformationen für alle Originalbilder 12, 14, .., n zu erhalten, für die in der Suche 70 Prozent der RIXel angepasst waren. Wenn die Suche zu viele Übereinstimmungen auf dem Niveau von 70 Prozent rückführt, könnte der Benutzer eine andere Suche vornehmen, die ein höheres oder präziseres Übereinstimmungsniveau festlegt, so dass nur identifizierende Informationen für Bilder angezeigt werden, für die etwa 80 oder 90 Prozent der RIXel übereinstimmen.
Die RIXel-Informationen für ein Bild 12 können durch den Computer 100 verteilt werden, um eine Formvektor-Datenbank 102 in einer beliebigen Anzahl von Anordnungen und mit jedem Gegenstand oder der Vielfalt anderer Informationen, wie es in 1 gezeigt ist, in Abhängigkeit davon zu konstruieren, welche Kriterien die Benutzer für das Speichern, Suchen und Wiedergewinnen von Informationen über die Bilder 12, 14, .., n wünschen können. Zum Beispiel kann eine Datenbankstruktur 104 die RIXel-Daten unter einer spezifischen Bildkennung (wie z. B. die ID# eines Bildes) zusammen mit Ortsinformationen für das Bild (wie zum Beispiel eine URL-Adresse, in der sich das Bild 12 im Internet befindet), Format und Auflösungsinformationen (wie zum Beispiel Drehungszuwächse, Größen von Detektoranordnungen und dergleichen), Farbinformationen (die manuell oder durch einen automatisierten optischen Farbcharakterisierer [nicht Teil dieser Erfindung] zur Verfügung gestellt werden können), Strukturinformationen (die auch von einem anderen automatisierten optischen Strukturcharakterisierer [z. B. die US-Patentanmeldung, Serien-Nr. 09/326 362] abgeleitet werden können), und so weiter aufführen. Eine andere Datenbankstruktur 106 kann Kennungsnummern oder Bezeichnungen von allen Bildern 12, 14, .., n durch die RIXel-Charakterisierungen des Forminhalts aufführen.
Die vorhergehende Beschreibung ist nur als die Prinzipien der Erfindung veranschaulichend zu betrachten. Darüber hinaus ist es nicht gewünscht, die Erfindung auf die exakte Konstruktion und den Prozess, die oben dargestellt und beschrieben wurden, zu be schränken, da sich dem Fachmann ohne weiteres zahlreiche Modifizierungen und Änderungen erschließen werden. Folglich kann von allen geeigneten Modifizierungen und Äquivalenten Gebrauch gemacht werden, die in den Umfang der Erfindung falten wie sie durch die folgenden Ansprüche definiert ist. Die Wörter „umfassen", „umfasst", „umfassend", „enthalten", „enthaltend" und „enthält" sollen bei einer Verwendung in dieser Patentbeschreibung das Vorhandensein von festgestellten Merkmalen, ganzen Zahlen, Komponenten oder Schritten spezifizieren, wobei sie jedoch nicht das Vorhandensein oder Hinzufügen von einem oder mehreren anderen Merkmalen, ganzen Zahlen, Komponenten, Schritten oder Gruppen davon ausschließen.

Claims

Verfahren zur Charakterisierung eines Bildes hinsichtlich seines Forminhalts, umfassend: Erzeugen eines optischen Musters einer Fourier-Transformierten des Bildes mit Lichtenergie; räumliches Filtern der Lichtenergie von dem Muster der Fourier-Transformierten in der Fourier-Ebene mit einem sich drehenden Spalt, um ein gefiltertes Muster der Lichtenergie zu erzeugen; Detektieren von Intensitäten der Lichtenergie, wie sie in dem gefilterten Muster für diskrete Winkelorientierungen des Spalts verteilt ist, in einem Abstand von der Fourier-Ebene; und Speichern der Intensitäten der Lichtenergie, die in dem gefilterten Muster in einer Mehrzahl von Niveaus detektiert werden, zusammen mit den diskreten Winkelorientierungen des Spalts, für die solche Intensitäten der Lichtenergie detektiert werden.
Das Verfahren von Anspruch 1, einschließend Detektieren der genannten Intensitäten der Lichtenergie, die in dem gefilterten Muster verteilt sind, durch Aufspalten der Lichtenergie in zwei identische gefilterte Zwillingsmuster, von denen jedes der gefilterten Zwillingsmuster ungefähr dieselbe Intensität an Lichtenergieverteilung wie das andere aufweist, Projizieren jedes der gefilterten Zwillingsmuster auf einen von zwei Zwillingsdetektoranordnungen von lichtempfindlichen Elementen, wobei jedoch das gefilterte Zwillingsmuster, das auf eine der Zwillingsdetektoranordnungen einfällt, im virtuellen Verhältnis zu der anderen Zwillingsdetektoranordnung und hinsichtlich des gefilterten Musters vertikal und horizontal um ungefähr die Größe eines halben lichtempfindlichen Elements verschoben ist, so dass ein lichtempfindliches Element in einer der Zwillingsdetektoranordnungen teilwei se vier lichtempfindlichen Elementen in der anderen Zwillingsdetektoranordnung virtuell überlagert ist; Delektieren der Intensität von Lichtenergie, die in beiden Zwillingsdetektoranordnungen auf einzelne lichtempfindliche Elemente einfällt; Vergleichen der Intensität der Lichtenergie, die durch einzelne lichtempfindliche Elemente in einer der Zwillingsdetektoranordnungen delektiert wird, mit Lichtenergie die von jedem teilweise virtuell überlagerten lichtempfindlichen Element in der anderen Zwillingsdetektoranordnung delektiert wird; Auswählen einer Lichtenergieintensität, die von einem der lichtempfindlichen Elemente bei dem Vergleichen delektiert wird, die zumindest so groß wie irgendeine Lichtenergieintensität ist, die von irgendeinem der anderen lichtempfindlichen Elemente delektiert wird, zur Verwendung für ein Speichern eines Lichtenergieintensitätsniveaus in einer Datenbank.
Das Verfahren von Anspruch 2, Speichern der ausgewählten Intensitäten in einer Datenbankanordnung, die in Größe und Gestaltung einer der Zwillingsdetektoranordnungen entspricht, einschließend, so dass die Intensitäten, die für das Speichern in der Datenbank ausgewählt werden, mit einzelnen lichtempfindlichen Elementen in der genannten einen der Zwillingsdetektoranordnungen identifizierbar sind.
Das Verfahren von Anspruch 3, Speichern ausgewählter Intensitäten in der Datenbankanordnung in Verbindung mit der Drehwinkelposition des Spalts einschließend, wenn solche Intensitäten delektiert werden.
Das Verfahren von Anspruch 4, Speichern ausgewählter Intensitäten und damit verbundener Drehwinkelpositionen des Spalts in der Datenbankanordnung lediglich für ausgewählte Intensitäten, die einen Intensitätsschwellenwert erreichen oder überschreiten, einschließend.
Das Verfahren von Anspruch 5, Klassifizieren ausgewählter Intensitäten, die den Intensitätsschwellenwert erreichen oder überschreiten, in Intensitätsniveauklassen zum Speichern in der Datenbankanordnung einschließend.
Das Verfahren von Anspruch 5, Speichern einer suchbaren Flag mit jeder Kombination von Drehwinkelposition und ausgewählter Intensität, die in der Datenbankanordnung gespeichert ist, einschließend.
Das Verfahren von Anspruch 7, Zuweisen eines Verzerrungsniveauwerts zu der genannten suchbaren Flag einschließend.
Das Verfahren von Anspruch 8, Ausfüllen von Bereichen in der Datenbankanordnung, die ursprünglich, aufgrund ausgewählter Intensitäten, die unterhalb des Intensitätsschwellenwerts liegen, leer gelassen wurden, mit Drehwerten und Intensitätswerten, die Drehwerten und Intensitätswerten in benachbarten Bereichen in der Datenbankanordnung entsprechen, jedoch mit verschiedenen Verzerrungsniveauwerten, einschließend.
Das Verfahren von Anspruch 6, Klassifizieren der genannten ausgewählten Intensitäten, die zumindest so groß wie die Schwellenwertintensität sind, in vier Intensitätsniveaus einschließend.
Das Verfahren von Anspruch 6, Speichern der genannten Intensitätsniveaus in Winkelabschnitten der Drehung von 11,25 Grad einschließend.
Das Verfahren von Anspruch 11, Speichern der genannten Intensitätsniveaus in sechzehn (16) Winkelabschnitten der Drehung von 11,25 Grad über 180 Grad der Drehung des Spalts einschließend.
Das Verfahren von Anspruch 9, Zuweisen von vier (4) Verzerrungsniveauwerten, verteilt ausgehend von dem niedrigsten Verzerrungsniveau in Bereichen in der Datenbankanordnung, die ursprünglich mit Drehungs- und Intensitätswerten aufgrund ausgewählter Intensitäten solcher Bereiche, die oberhalb des Intensitätsschwellenwerts liegen, gefüllt sind, bis zu größeren Verzerrungsniveaus für jeden zusätzlichen Bereich, der von den ursprünglich gefüllten Bereichen entfernt wird, einschließend.
Das Verfahren von Anspruch 6, worin jede Detektoranordnung eine 16 × 16-Anordnung einzelner lichtempfindlicher Elemente ist.
Das Verfahren von Anspruch 14, worin jede Datenbankanordnung eine 16 × 16-Anordnung einzelner Bereiche ist.
Das Verfahren von Anspruch 1, Detektieren der Intensitäten der Lichtenergie, die in dem gefilterten Muster verteilt sind, für die genannten diskreten Winkelorientierungen des Spalts für Winkelabschnitte über 180 Grad der Drehung des Spalts für jedes Bild und Schalten auf ein anderes Bild, wenn sich der Spalt über weitere 180 Grad dreht, einschließend.
Das Verfahren eines der vorhergehenden Ansprüche, worin der Schritt des räumlichen Filterns der Lichtenergie von dem Muster der Fourier-Transformierten mit einem sich drehenden Spalt, um ein gefiltertes Muster von Lichtenergie zu erzeugen, ersetzt wird durch räumliches Filtern der Lichtenergie von dem Muster der Fourier-Transformierten mit einem elektrisch ansteuerbaren räumlichen Lichtmodulator, der effektiv ein räumliches Muster mit einem Spalt für ausgewählte Winkel der Orientierung erzeugt, um ein gefiltertes Muster von Lichtenergie zu erzeugen.
Ein optischer Bildforminhalt-Charakterisierer, umfassend: eine Fourier-Transformationslinse, die eine Brennebene, i.e. eine Fourier-Transformationsebene, in einem Brennweitenabstand aufweist; einen räumlichen Lichtmodulator mit einer assoziierten monochromanen Lichtquelle, worin der räumliche Lichtmodulator ansteuerbar ist, ein Bild mit Licht von der assoziierten Lichtquelle zu erzeugen, wobei der genannte Lichtmodulator positioniert ist, das Bild mit dem kohärenten Licht durch die Fourier-Transformationslinse zu projizieren, um ein Muster der Fourier-Transformierten von räumlichen Frequenzen des Bilds mit dem Licht in der Brennebene der Fourier-Transformationslinse auszubilden; einen räumlichen Lichtfilter mit einem drehbaren Spalt, der in der Brennebene der Fourier-Transformationslinse zum Durchlassen von Lichtenergie für verschiedene Winkelorientierungen des Spalts in der Brennebene positioniert ist; einen Photodetektor, der positioniert ist, um gefilterte Muster von Lichtenergieintensitäten, die durch den Spalt für verschiedene Winkelorientierungen des Spalts durchgelassen werden, in einem Abstand von der Brennebene zu detektieren; und eine Einrichtung zum Speichern der Intensitäten der Lichtenergie, die in dem gefilterten Muster in einer Mehrzahl von Niveaus detektiert werden, zusammen mit den diskreten Winkelorientierungen des Spalts, für die solche Intensitäten der Lichtenergie detektiert werden.
Der optische Bildforminhalt-Charakterisierer von Anspruch 18, worin der Photodetektor mehrere getrennte Photodetektoranordnungen einzelner lichtempfindlicher Elemente und zumindest einen Strahlteiler, der in dem Licht positioniert ist, das von dem räumlichen Filter durchgelassen wird, um die Lichtenergie, die von dem räumlichen Filter durchgelassen wird, auf die getrennten Photodetektoranordnungen zu projizieren, einschließt, und worin die genannten getrennten Photodetektoranordnungen in einem verschobenen virtuellen Verhältnis zu einander hinsichtlich der gefilterten Muster von Lichtenergieintensitäten positioniert sind.
Der optische Bildforminhalt-Charakterisierer von Anspruch 19, einschließend zwei Zwillingsdetektoranordnungen von lichtempfindlichen Elementen, wobei einer der genannten Zwillingsdetektoranordnungen vertikal und horizontal um eine halbe Größe eines lichtempfindlichen Elements verschoben ist, so dass einzelne lichtempfindliche Elemente in einer der Zwillingsdetektoranordnungen teilweise vier (4) lichtempfindlichen Elementen in der anderen Zwillingsdetektoranordnung virtuell überlagert sind.
Der optische Bildforminhalt-Charakterisierer von Anspruch 20, einschließend eine Intensitätsvergleichsschaltung, die mit einzelnen lichtempfindlichen Elementen in den Zwillingsdetektoranordnungen auf eine solche Weise verbunden ist, dass Intensitäten, die von einem lichtempfindlichen Element in einem der Zwillingsdetektoranordnungen detektiert werden, mit Intensitäten verglichen werden, die von vier teilweise virtuell überlagerten lichtempfindlichen Detektoren in der anderen Zwillingsdetektoranordnung detektiert werden, um ein Intensitätssignal zu erzeugen, das für die detektierte Intensität hinweisend ist, die unter den verglichenen Intensitäten die höchste ist.
Der optische Bildforminhalt-Charakterisierer von Anspruch 21, eine Datenbankanordnung einschließend, die RIXel-Räume, die als Kombinationen von Drehung, Lichtenergieintensität und Verzerrungsfaktor definiert sind, entsprechend den einzelnen lichtempfindlichen Elementen in einer Detektoranordnung umfasst, worin Intensitäten, die mit einzelnen lichtempfindlichen Elementen in der Detektoranordnung assoziiert sind, in entsprechenden RIXel-Räumen in der Datenbankanordnung zusammen mit der Winkelorientierung des Spalts gespeichert werden, wenn solche Intensitäten erzeugt werden.
Ein optischer Bildforminhalt-Charakterisierer, umfassend: eine Fourier-Transformationslinse, die eine Brennebene, i.e. eine Fourier-Transformationsebene, in einem Brennweitenabstand aufweist; einen räumlichen Lichtmodulator mit einer assoziierten weißen Lichtquelle, worin der räumliche Lichtmodulator ansteuerbar ist, ein Bild mit weißem Licht von der assoziierten weißen Lichtquelle zu erzeugen, wobei der genannte Lichtmodulator positioniert ist, das Bild mit dem Licht durch die Fourier-Transformationslinse zu projizieren, um ein Muster der Fourier-Transformierten von räumlichen Frequenzen des Bilds mit dem Licht in der Brennebene der Fourier-Transformationslinse auszubilden; einen räumlichen Lichtfilter mit einem drehbaren Spalt, der in der Brennebene der Fourier-Transformationslinse zum Durchlassen von Lichtenergie für verschiedene Winkelorientierungen des Spalts in der Brennebene positioniert ist; einen Photodetektor, der positioniert ist, um gefilterte Muster von Lichtenergieintensitäten, die durch den Spalt für verschiedene Winkelorientierungen des Spalts durchgelassen werden, in einem Abstand von der Brennebene zu detektieren; und eine Einrichtung zum Speichern der Intensitäten der Lichtenergie, die in dem gefilterten Muster in einer Mehrzahl von Niveaus detektiert werden, zusammen mit den diskreten Winkelorientierungen des Spalts, für die solche Intensitäten der Lichtenergie detektiert werden.
Der optische Bildforminhalt-Charakterisierer von einem der Ansprüche 18–23, worin der räumliche Lichtfilter mit einem drehbaren Spalt durch einen elektrisch ansteuerbaren räumlichen Lichtmodulator ersetzt wird, der effektiv einen räumlichen Filter mit einem Spalt für ausgewählte Winkel der Orientierung erzeugt.