DD201500B1 - METHOD FOR DETERMINING THE POSITION OF AN OPTICALLY ACTIVE STRUCTURE - Google Patents
METHOD FOR DETERMINING THE POSITION OF AN OPTICALLY ACTIVE STRUCTURE Download PDFInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Bestimmung der fotometnschen Mitte einer optisch wirksamen Struktur längs einer Geraden mit Hilfe eines prinzipiell bekannten Fotoempfanger-Arrays durch rechnerische Auswertung der nach Projektion auf das Array erzielten Signale der Struktur Das Verfahren kann sowohl zur Interpolation bei Langenmessungen mit Maßstaben als auch bei der Ortsbestimmung von Kanten und räumlich ausgedehnten Objekten dienenThe invention relates to a method for determining the photomethnic center of an optically active structure along a straight line by means of a known photoreceptor array by arithmetic evaluation of the signals of the structure obtained after projection onto the array. The method can be used both for interpolation in length measurements with measures as well as in the location of edges and spatially extended objects serve
Es existieren Verfahren zur Längenmessung mittels Fotoempfanger-Arrays (DE-OS 2543645), deren Meßgenauigkeit durch die Rastergroße der Arrays begrenzt wird Eine Steigerung der Genauigkeit ist durch optische Vergrößerung (DE-OS 2543645) oder durch parallele Auswertung zueinander versetzt angeordneter Arrays üblich (CH-PS 571211) Hierdurch wird eine höhere Auflosung nur durch erheblich höheren technischen Aufwand möglich (ζ Β mehrere Arrays oder aufwendige Optik)There are methods for measuring the length by means of photoreceiver arrays (DE-OS 2543645), whose accuracy is limited by the grid size of the arrays An increase in accuracy by optical magnification (DE-OS 2543645) or by parallel evaluation offset from each other arranged arrays usual (CH -PS 571211) As a result, a higher resolution is possible only by considerably higher technical effort (ζ Β multiple arrays or elaborate optics)
Des weiteren ist ein Verfahren bekannt, welches eine Auflosungssteigerung durch Amplitudenauswertung der Empfangersignale ermöglicht (EP-A 29748) Hierbei handelt es sich um ein Interpolationsverfahren, welches mit erheblichen systematischen Fehlern behaftet ist und keine einheitliche Definition der Strukturlage beinhaltet Diese ist jedoch fur die Anwendung hochgenauer Meßverfahren von Bedeutung, um die Vergleichbarkeit der Messungen zu gewahrleistenFurthermore, a method is known which allows an increase in resolution by amplitude evaluation of the receiver signals (EP-A 29748). This is an interpolation method which is subject to considerable systematic errors and does not include a uniform definition of the structural position. However, this is more accurate for the application Measurement method important to ensure the comparability of the measurements
Das Ziel der Erfindung besteht dann, eine Interpolation innerhalb der Teilung des Fotoempfanger-Arrays in der Weise durchzufuhren, daß hierbei als Ort der optisch wirksamen Struktur die fotometrische Mitte bestimmt wird Dadurch soll eine exakte definitionsgerechte Lagebestimmung optisch wirksamer Strukturen auf Fotoempfanger-Arrays möglich werdenThe object of the invention is then to carry out an interpolation within the division of the photoreceptor array in such a way that the photometric center is determined here as the location of the optically active structure. In this way, an exact definition of the position of optically effective structures on photoreceiver arrays should be possible
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Lage der fotometrischen Mitte einer optisch wirksamen Struktur (z B Strich- und Kantenbilder) mit höherer Genauigkeit als durch die Breite eines Fotoempfangers des Arrays oder deren Äquivalent festgelegt, zu bestimmen Die Rasterbreite des Arrays soll dabei keinen auflosungsbegrenzenden Einfluß auf die Lagebestimmung haben Die Losung der Aufgabe erfolgt in der Weise, daß die optisch wirksame Struktur auf das Fotoempfanger-Array abgebildet wird und das aus dem Array oder einer Einrichtung, die die Beleuchtungsstarkeverteilung in einer Koordinatenrichtung so abtastet, daß die resultierenden Signale dem eines Arrays entsprechen, ausgelesene Signal rechnerisch ausgewertet wird Die Lage der fotometnschen Mitte der Struktur wird bei bekannter Beleuchtungsstarkeverteilung bei Strichmarken bzw unbekannter Beleuchtungsstarkeverteilung bei Kanten im Bild beliebig genau mit Hilfe der aus dem Fotoempfanger-Array auslesbaren Amplitudenverteilung berechnet, indem die zur fotometnschen Ortsbestimmung erforderlichen Integrale durch Summation von Einzelamplituden des Empfanger-Arrays bestimmt werden Bei unbekannter Beleuchtungsstarkeverteilung von Strichmarken wird die Lage der fotometrischen Mitte derselben nach einem Naherungsverfahren ebenfalls aus der AmplitudenverteilungThe invention has for its object to determine the position of the photometric center of an optically active structure (eg line and edge images) with higher accuracy than by the width of a photo receiver of the array or its equivalent, to determine the grid width of the array is not a resolution limiting Influence on the orientation The task is solved in such a way that the optically active structure is imaged on the photoreceptor array and that from the array or a device which scans the illuminance distribution in a coordinate direction so that the resulting signals that one Corresponding arrays, read signal is evaluated by calculation The position of the fotometnschen center of the structure is at a known illumination power distribution at stroke marks or unknown illumination intensity distribution at edges in the image arbitrarily accurate over with the help of readable from the photoreceiver array amplitude distribution By calculating the integrals required for the photometaneous position determination by summation of individual amplitudes of the receiver arrays. In the case of unknown illuminance distribution of line marks, the position of the photometric center of the latter also becomes from the amplitude distribution according to an approximation method
berechnet Das Wesen soll an Hand von Beispielen furTeilungsstriche und Kanten fur verschiedene Beleuchtungsstarkeverteilungen der Strukturen erläutert werden Fur die Funktion des Verfahrens ist es erforderlich, daß das Bild der optisch wirksamen Struktur mehrere Empfanger des Arrays überdeckt Dies kann durch entsprechende Vergrößerung oder/und gezielte unscharfe Abbildung erreicht werdenThe nature of the structure will be explained by means of examples of graduations and edges for different illuminance distributions of the structures. The function of the method requires that the image of the optically active structure cover several receivers of the array. This can be done by appropriate magnification and / or targeted blurred imaging be achieved
Rechteckformige Beleuchtungsstarkeverteilung bei TeilungsstrichenRectangular illumination distribution at graduation lines
In diesem Fall laßt sich unter der Bedingung, daß die Empfangerbreite gleich der Strukturbreite ist, der Ort der fotometrischen Mitte in Bruchteilen der Empfangerbreite exakt bestimmen (Fig 1/Fig 2)In this case, under the condition that the receiving width is equal to the pattern width, the location of the photometric center can be exactly determined in fractions of the receiving width (FIG. 1 / FIG. 2).
m+i x = m + i x =
Am+i + Λπ Am- A m + i + Λπ A m-
Dabei ist χ die Ablage der fotometrischen Mitte von der Empfangerkante in Bruchteilen der Empfangerbreite b Sinusförmige Beleuchtungsstarkeverteilung bei TeilungsstrichenHere, χ is the storage of the photometric center of the receiving edge in fractions of the receiver width b Sinusoidal illumination intensity distribution at graduation marks
Grundlage sind stets die aus dem Empfanger-Array auslesbaren Signale A1 Bei bekannter Form f(z) der Beleuchtungsstarkeverteilung laßt sich aus den A1 die Lage der fotometnschen Mitte exakt bestimmen Es ergibt sich aus der Definition der fotometrischen Mitte (siehe auch Fig 3)The basis is always the signals A 1 which can be read out of the receiver array. If the form f (z) of the illuminance distribution is known, the position of the photometary center can be exactly determined from A 1. It results from the definition of the photometric center (see also FIG. 3).
A, = Ar A, = A r
Ѵлі+°; f(z)dz=£ A1 + (y*>b f(z) dz i=O X -xb m+1 X OѴл і + °; f (z) dz = £ A 1 + (y *> b f (z) dz i = O X -xb m + 1 X O
Furf(z) = cos2z laßt sich xz B exakt aus folgender transzendenter Gleichung ermittelnFurf (z) = cos 2 z let xz B be calculated exactly from the following transcendental equation
ε a - T1 a = xvir + Ь sin 2xv^ε a - T 1 a = xvir + Ь sin 2xv ^
i=m x i=l Ai Z i = m x i = 1 A i Z
wobei νπ = bwhere νπ = b
Unbekannte Beleuchtungsstarkeverteilung bei TeilungsstrichenUnknown illuminating distribution at dividing lines
Die naherungsweise Ermittlung von χ ist auf folgende Art und Weise möglich Die Signale der einzelnen Empfanger entsprechen der Empfangerbreite multipliziert mit der zugehörigen über den Empfanger gemittelten Beleuchtungsstarke Die Beleuchtungsstarkeverteilung wird somit naherungsweise durch die stufenförmige Funktion nach Fig.4 dargestellt у sei der Bruchteil einer Empfangerbreite, um den die fotometnsche Mitte der Stufenfunktion exakt innerhalb des Empfangers m liegt m ist die Nummer desjenigen Empfangers, bei dem giltThe approximate determination of χ is possible in the following manner: The signals of the individual receivers correspond to the receiver width multiplied by the corresponding illumination intensity averaged over the receiver. The illumination intensity distribution is thus approximately represented by the step-shaped function according to FIG. 4 у be the fraction of a receiver width, The number of the receiver at which the photometsch center of the step function lies exactly within the receiver m is m
0 < у < 10 <у <1
Bei symmetrischen Beleuchtungsstarkeverteilungen ist dies der Empfanger mit maximalem A, Aus der Definition der fotometrischen Mitte ergibt sich wiederumFor symmetrical illuminance distributions, this is the receiver with maximum A, and the definition of the photometric center again results
A1 = An Fur die Stufenfunktion gilt somit nach Fig 4A 1 = A n The step function is thus according to FIG. 4
i=m+li = m + l
Ai + VAm = (^y)An + * Ai A i + V A m = (^ y) A n + * A i
у laßt sich aus folgender Gleichung ermittelnу can be determined from the following equation
η m-1ηm-1
v' Д ^" Дv 'Д ^ "Д
у = i=m i=l у = i = mi = l
2Am 2A m
Beliebige Beleuchtungsstarkeverteilung bei KantenAny lighting distribution at edges
Fur die Auffindung eines fotometrischen Kantenortes gelten analoge Beziehungen Unter der Annahme, der Kantenort sei durch A| = Ar (Fig 5) definiert, ergibt sich ζ ΒFor finding a photometric edge location, analogous relationships apply. Assuming that the edge location is given by A | = A r (Figure 5) defines, ζ Β
m-1 O η (l-x)b (l-x)b 5m-1 O η (1-x) b (1-x) b 5
£ Ai+| f(2) dz = £ A - J f(ζ) dz + ; f (g) dz£ A i + | f (2) dz = £ A - J f (ζ) dz +; f (g) dz
i=l -xb m+1 O Oi = 1 -xb m + 1 O O
m ist wiederum die Nummer des Empfängers, für den gilt:In turn, m is the number of the recipient for whom:
0 <x < 1 man erhält fürx:0 <x <1 you get forx:
η ηη η
Ai - A i -
m+1m + 1
XIXI
1 Ä 1 Ä
Hiernach läßt sich die Ablage χ für jedes f(z) exakt bestimmen, ohne daß der Funktionsverlauf exakt bekannt sein muß.Hereinafter, the filing χ can be determined exactly for each f (z) without the function profile having to be known exactly.
Nachstehend wird eine Einrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens an einem Ausführungsbeispiel näher beschrieben. Die Lage einer hellen Strichmarke innerhalb eines durch ein CCD-Array gegebenen Bereiches soll ermittelt werden. In dem Ausführungsbeispiel (Fig. 6) wird eine reflektierende Strichmarke 1 mittels eines nicht dargestellten Auflichtbeleuchtungssystems beleuchtet und über das Objektiv 2 auf das CCD-Array 3 abgebildet. Die aus dem Array ausgelesene Amplitudenverteilung wird in einem Rechner verarbeitet. Durch den oben dargestellten Formelapparat läßtsich die fotometrische Mitte der Strichmarke ermitteln.Hereinafter, a device for carrying out the method according to the invention will be described in more detail on an exemplary embodiment. The location of a bright tick mark within a range given by a CCD array should be determined. In the exemplary embodiment (FIG. 6), a reflective line mark 1 is illuminated by means of an incident light illumination system (not shown) and imaged onto the CCD array 3 via the objective 2. The amplitude distribution read from the array is processed in a computer. By the formula apparatus shown above, the photometric center of the bar mark can be determined.
Claims (6)
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1981
- 1981-10-23 DD DD23431381A patent/DD201500B1/en active IP Right Grant
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