DE3417385A1

DE3417385A1 - Scharfeinstellungs-messeinrichtung

Info

Publication number: DE3417385A1
Application number: DE19843417385
Authority: DE
Inventors: Kenji Kawasaki Kanagawa Suzuki
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1983-05-12
Filing date: 1984-05-10
Publication date: 1984-11-15
Also published as: US4602153A; DE3417385C2; JPS59208513A

Description

Scharfeinstellungs-Meßeinrichtung

Die Erfindung bezieht sich auf eine Scharfeinstellungs-Meßeinrichtung zum Ermitteln eines Fokussierzustands eines Objektivs durch das Erfassen eines Relativlagen-Zusammenhangs mehrerer Objektbilder.

Als Scharfeinstellungs-Meßeinrichtung für eine Kamera ist eine Einrichtung bekannt, bei der zum Ermitteln eines Scharfeinstellungszustands eine Abweichung zwischen zwei Bildern erfaßt wird, die durch Aufteilen einer Austrittspupille abgebildet werden. Beispielsweise ist in der US-PS 4 185 191 vom 22. Januar 1980 eine Einrichtung beschrieben, bei der auf einer -(mit einer Abbildungsebene konjugierten) Soll-Brennebene eines Abbildungsobjektivs eine Facettenaugen-Linse angeordnet ist, um zwei Bilder zu erzeugen, die entsprechend einer Scharfeinstellungs-Abweichung des Abbildungsobjektivs versetzt sind. In der am 10. September 1980 offengelegten

A/22

Dresdner Bank (München) Kto. 3939 844 Postscheck (München) Kto. 870-43-804

JP-OS Nr. 55-118019 und der am 3. Dezember 1980 offengelegten JP-OS Nr. 55-155331 ist jeweils ein sogenanntes Sekundär- bzw. Doppelbildverfahren beschrieben, bei welchem virtuelle Bilder, die durch zwei parallel ange-5 ordnete optische Doppelbild-Systeme auf einer Soll-Brennebene erzeugt werden, auf einen Bildsensor gerichtet werden, um eine Lageabweichung zwischen den beiden Bildern zu erfassen. Das letztgenannte Doppelbildverfahren macht zwar eine verhältnismäßig lange Anordnung erfor derlich, jedoch wird kein besonderes optisches System wie die Facettenaugen-Linse benötigt, die bei der erstgenannten Einrichtung erforderlich ist.

: Fig. 1 zeigt schematisch eine Scharfeinstellungs-Meßein-ι 15 richtung nach dem Doppelbildverfahren. Eine Feldlinse. 3 ist koaxial zu einer optischen Achse 2 eines Abbildungsobjektivs 1 angeordnet, dessen Scharfeinstellzustand ermittelt werden soll. Hinter der Feldlinse 3 sind symmetrisch zu der optischen Achse 2 zwei Sekundärabbildungs- bzw. Doppelbildlinsen .4a und 4b angeordnet. Hinter diesen Linsen sind fotoelektrische Wandlerelementanordnungen 5a und 5b angeordnet. Nahe den Doppelbildlinsen 4a und 4b sind Irisblenden 6a und 6b angeordnet. Die Feldlinse 3 bildet eine Austrittspupille ,des Abbildungsobjektivs 1 auf den Pupillenebenen der beiden Doppelbildlinsen 4a und 4b ab. Infolgedessen treten auf die Doppelbildlinsen 4a und 4b fallende Lichtströme aus einander nicht überlappenden Flächen gleicher Größe, die den Doppelbildlinsen 4a und 4b entsprechen, an der Austrittspupillen-Ebene des Abbildungsobjektivs 1 aus. Da das in der Nähe der Feldlinse 3 erzeugte virtuelle Bild durch die Doppelbildlinsen 4a und 4b wieder auf der Ebene der fotoelektrischen Wandlerelementanordnungen 5a und 5b fokussiert wird, sind die . Lagen der beiden Bilder auf den fotoelektrischen Wandlerelementanordnungen 5a und 5b

* φ

-5- DE 3929

entsprechend einer Versetzung des virtuellen Bilds in der Richtung der optischen Achse versetzt. Dies ist in Fig. 2(A), 2(B) und 2(C) dargestellt. Gemäß Fig. 2(A) liegen bei dem Scharfeinstellungszustand die beiden Bilder in den Mitten der fotoelektrischen Wandlerelementanordnungen 5a und 5b, während sie gemäß Fig. 2(B) bei einem Weiteinstellungszustand von der optischen Achse 2 weg versetzt sind und gemäß Fig. 2(C) bei einem Naheinste llungszustand zu der optischen Achse 2 hin versetzt sind. Durch fotoelektrisches Umsetzen der Bildintensitätsverteilung und Verarbeiten der sich ergebenden elek trischen Signale in der Weise, daß die Lageabweichung zwischen den beiden Bildern erfaßt wird, kann der Scharfeinstellungszustand ermittelt werden.

Eines von Verarbeitungssystemen für die Verarbeitung der fotoelektrisch umgesetzten Signale ist in der US-PS 4 250 376 beschrieben. Auf analoge oder digitale Weise wird folgender Rechenvorgang ausgeführt:

K-I. , N-I

J^jUJUl- ^ |a(i+l)-b(i)| ...(D

wobei N die Anzahl fotoelektrischer Elemente der fotoelektrischen Wandlerelementanordnung 5a oder 5b ist, a(i) und b(i) Ausgangssignale von i-ten fotoelektrischen Wandlerelementen der Wandlerelementanordnungen 5a
und 5b sind und V eine Korrelation ist.

Das Abbildungsobjektiv 1 wird nach außen oder nach innen abhängig davon verstellt, ob die Korrelation V positiv oder negativ ist. Bei dem Signalverarbeitungssystem gemäß der Gleichung (1) wird nur die Richtung der Verstellung des Abbildungsobjektivs 1 ermittelt.

-6- DE 3929

Es ist bekannt, bei Scharfeinstellungs-Meßeinrichtungen, bei denen der Scharfeinstellungszustand aus der Abweichung zwischen Bildern ermittelt wird, die Bewegungsstrecke des Abbildungsobjektivs 1 durch relatives Versetzen eines der Bilder in Bezug auf das andere aufgrund des Umstands zu berechnen, daß die Abweichung zwischen den beiden Bildern zu einer Scharfeinstellungs-Abweichung proportional ist. Dieses Verfahren ist seit langer Zeit bei einer Scharfeinstellungs-Meßeinrichtung nach dem Basislinien-Entfernungsmeßverfahren bekannt und wurde auch bei einer TTL-Scharfeinstellungs-Meßeinrichtung zum Messen durch das Objektiv bekannt, wie sie beispielsweise in der US-PS 4 387 975 vom 14. Januar 1983 oder der US-PS 4 333 007 vom 1. Juni 1982 dargestellt ist.

Bei diesen Einrichtungen werden die fotoelektrisch umgesetzten Signale für die Bilder mittels eines Analog/ Digital-Wandlers in digitale Daten mit mehreren Bits umgesetzt, aus denen zum Ermitteln der Scharfeinstellungs-Abweichung mittels eines in einer Kamera angebrachten Mikrocomputers die Abweichung zwischen den beiden Bildern berechnet wird. Beispielsweise wird in dem Verarbeitungssystem ein durch b(i) dargestelltes Bild relativ in Bezug auf das durch a(i) dargestellte Bild bewegt und die zum Erzielen der Deckung der beiden Bilder erforderliche Bewegungsgröße berechnet, um die Abweichung zwischen den Bildern zu erhalten. D.h., es wird wiederholt ein Rechenvorgang

Vm = .ΣIa(i)-b(i+l+m)I - Σ la(i+l)-b(i+ra) | ...(2) 30

ausgeführt, während aufeinanderfolgend einer Relativversetzung m ganze Zahlen innerhalb eines vorbestimmten Bereichs zugeordnet werden, um die Relativversetzung m zu ermitteln, welche die Korrelation V von "0" ergibt.

Nimmt man an, daß sich die Korrelation V_m gemäß der

m m m * n * * m * m · Λ * *

-7- DE 3929

Darstellung in Fig. 3 ändert, wenn sich die Relatiwersetzung m innerhalb eines Bereichs von -4 "= m %. + 4 ändert, so wird eine einem Abstand von 1,5 entsprechende Bildabweichung ermittelt, da die Korrelation V "0" sein soll, wenn die beiden Bilder übereinstimmen.

Zum Bestimmen der Bewegungsrichtung des Abbildungsobjektivs wurde ein Verfahren gemäß der nachstehenden Gleichung (3) oder (4) vorgeschlagen:

N 1 N-I

V= Σ min{a(i), b(i+l)> - Σ min{a(i+l), b(i)} ...(3)

, bCi+1)} Λ max{a(i+l), b(i)} ...(4)
il

wobei min {x»y} die kleinere von zwei reellen Zahlen χ und y darstellt und max {x,y} die größere der beiden reellen Zahlen χ und y darstellt. Es wurde ferner ein Berechnungsverfahren für die Bildabweichung unter Verwendung der Gleichungen (3) und (4) angegeben. Beispielswei-

se wird ein durch b(i) in der Gleichung (3) dargestelltes Bild relativ zu einem durch a(i) dargestellten Bild bewegt und zum Ermitteln der Relatiwersetzung m für V =0 der nachstehende Rechenvorgang für jede ganze Zahl der Relativversetzung m ausgeführt:

V_1n=Z min{a(i), b(i+l+m)} -Σ mini'a (i+1) , b (i+m) } . .. (5)

Auf gleichartige Weise wird für die Gleichung (4) der folgende Rechenvorgang ausgeführt:

Vm=E max{a(i), b(i+l+m)> - Σ max{a(i+l), b(i+m)} ...(6) 35

• #

Wenn die Gleichungen (2), (5) und (6) angewandt werden, ist die Relativversetzung m für V =0 gewöhnlich keine ganze Zahl. Infolgedessen ist es üblich, die Relativversetzung m zu suchen, die eine Vorzeichenumkehr benachbarter Korrelationen V und V verursacht (nämlich
V »V ₁ ^ 0 ergibt), und einen Wert zu interpolieren. Da die Anzahl der Relatiwersetzungen m, die der Bedingung VxV₁^. 0 entsprechen, nicht immer "1" ist, wird für jede Versetzung m, die VxV S= 0 entspricht, der Wert |V - V A berechnet und als Relativversetzung m diejenige Versetzung m gewählt, die die größte Änderung hinsichtlich der Korrelation V ergibt.

Bei den Gleichungen (1), (3) und (4) werden die fotoelek-. trisch umgesetzten Signale a(i) und b(i) jeweils um einen Teilungsabstand verschoben; es werden der Satz aus den verschobenen Werten a(i) und den nicht verschobenen Werten b(i) und der Satz aus den nicht verschobenen Werten a(i) und den verschobenen Werten b(i) verarbeitet, wobei für jeden Wert i eine Differenz zwischen den Verarbeitungsergebnissen berechnet wird. Auf diese Weise können die Gleichungen (l), (3) und (4) zu

V=2{a(i)D b(i+l) > - S{a(i+l)a b (i) } ...(7)

umgeschrieben werden, wobei χ LJ y eine Rechenbeziehung für zwei reelle Zahlen χ und y darstellt. Dies ist in· Fig. 4(A) gezeigt, in der zu verarbeitende Datensätze

**^ durch ausgezogene Linien oder gestrichelte Linien verbunden sind. Der Satz aus den durch die diagonale gestrichelte Linie verbundenen beiden Daten stellt einen Rechenvorgang a(i) (Z] b(i+l) für die erste Summe auf der rechten Seite der Gleichung (7) dar, während der Satz

•^ aus den durch die diagonale ausgezogene Linie verbundenen

-9- DE 3929

Daten einen Rechenvorgang a(i+l) LJ b(i) für die zweite Summe auf der rechten Seite der Gleichung (7) darstellt. Auf gleichartige Weise werden die Gleichungen (2), (5) und (6) umgeschrieben zu

V_m=Z{a(i)ab(i+l+m)} - ZiaCi+DDbU+m) } ...(8)

Dies ist in Fig. 4(B) dargestellt. Nach Fig. 4(B) wird der Rechenvorgang für alle' Bereiche ausgeführt, in welchen sich die beiden Bilder überlappen. Bei diesem Verfahren ändert sich die Länge des Rechenbereichs in Abhängigkeit von der Relativversetzung m. Infolgedessen wird ein unerwünschtes Ergebnis erzielt, wenn ein Objekt IQ hoher Intensität an einer Stelle vorliegt, die geringfüf'ig gegenüber einem Meßbereich versetzt ist. Zum Vermeiden dieser Unzulänglichkeit kann die Rechenbereichlänge auf die kürzeste Länge vereinheitlicht werden, so daß für alle Relatiwersetzungen m die gleiche Rechenbereichlänge verwendet wird. Nach Fig. 4(B) ist die Rechenbereichlänge auf η = +2 vereinheitlicht.

Bei dem durch die Gleichungen (7) und (8) dargestellten Verfahren nach dem Stand der Technik sind die Abweichungen, die die Grundlagen für die Berechnungen der ersten und der zweiten Summe in den Gleichungen (7) und (8) bilden, voneinander um zwei Teilungsabstände verschieden, wie es aus den Fig. 4(A) und 4(B) ersichtlich ist. Beispielsweise steht a(2) in rechnerischer Beziehung zu

OQ b(l) und b(3). Andererseits ist bei dem Scharfeinstellungs-Meßverfahren nach dem Bildabweichungssystem die bei der Verarbeitung vorgenommene Relativverschiebung der beiden Bilder äquivalent zu einer Änderung der Scharfeinstellungs-Abweichung im Sinne einer Simulation,

ge wobei die Teilverschiebung um einen Teilungsabstand einer vorbestimmten Änderung der Scharfeinstellungs-

-10- DE 3929

Abweichung entspricht. Falls daher die der Bildabweichung um zwei Teilungsabstände entsprechende Scharfeinstellungs-Abweichung klein ist und eine Simulation in hoher Dichte erreicht wird, wird dementsprechend ein Scharfeinstellungs-Meßvorgang in hoher Genauigkeit möglich. Zu diesem Zweck muß jedoch der Elemente-Teilungsabstand der fotoelektrischen Wandlerelementanordnungen 5a und 5b klein sein, während für eine vorgegebene Meßbereichsgröße die Datenmenge zunimmt und die Belastung der elek- trischen Verarbeitungsschaltung ansteigt, sobald der Teilungsabstand klein wird. Beispielsweise führt bei einem Verarbeitungssystem, bei dem ein Mikrocomputer verwendet wird, die Zunahme der Datenmenge direkt zu einer Steigerung der Datenspeicherkapazität, einer Ko- · stensteigerung, einer Verlängerung der Verarbeitungszeit, und einer Verringerung der Fähigkeit zur Echtzeitverarbeitung in der Scharfeinstellungs-Meßeinrichtung. Ferner werden die fotoempfindlichen Flächen der fotoelektrischen Wandlerelemente der Anordnungen 5a und 5b verkleinert, so daß die Empfindlichkeit herabgesetzt wird. Daher besteht bei der Verkleinerung des Teilungsabstands der fotoelektrischen Wandlerelementanordnungen 5a und 5b eine Grenze. Infolgedessen kann die Scharfeinstellungs-Abweichung bzw. der Scharfeinstellungs-Fehler für eine Bildabweichung um zwei Teilungsabstände nicht wesentlich verkleinert werden, so daß die Genauigkeit des Rechenvorgangs nicht hoch ist. Daher ist es bei dem Verarbeitungssystem nach dem Stand der Technik schwierig, die Ermittlungsgenauigkeit zu verbessern.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Scharfeinstellungs-Meßeinrichtung zu schaffen, bei der die Verarbeitungsgenauigkeit selbst dann verbessert werden kann, wenn ein Teilungsabstand von Stellen für die Abtastung eines Bilds zur fotoelektrischen Umsetzung verhältnismäßig groß ist.

-11- DE 3929

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert.

Fig. 1 zeigt schematisch ein optisches System einer Scharfeinstelluhgs-Meßeinrichtung.

Fig. 2 (A) bis 2(C) zeigen Zusammenhänge zwischen Scharfeinstellungszuständen eines Objektivs und Bildabweichungen bei dem optischen System

nach Fig . 1.

Fig. 3 zeigt Ergebnisse von Verarbeitungen mit einem Verarbeitungssystem nach dem Stand der Technik.

Fig. 4 (A) und 4(B) veranschaulichen Bildabweichungen

bei dem Verarbeitungssystem nach dem Stand

der Technik.

Fig. 5 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Verarbeitungsschaltung in einer erfindungsgemäßen
Scharfeinstellungs-Meßeinrichtung.

Fig. 6 (A) und 6(B) zeigen Bildabweichungen bei dem erfindungsgemäßen Verarbeitungssystem.

Fig. 7 zeigt Ausgangssignale fotoelektrischer Wandleranordnungen bei einem Scharfeinstellungszustand . eines Objektivs.

.

Fig. 8 zeigt ein Ergebnis der Verarbeitung der Ausgangssignale nach Fig. 7 gemäß dem Verarbeitungssystem nach dem Stand der Technik.

-12- DE 3929

Fig. 9 zeigt ein Ergebnis der Verarbeitung der Ausgangssignale nach Fig. 7 gemäß dem erfindungs gemäßen Verarbeitungssystem.

Fig. 10 (A) und 10(B) zeigen zum Veranschaulichen einer Bildabweichung bei dem erfindungsgemäßen Verarbeitungssystem Ausgangssignale der fotoelektrischen Wandlerelementanordnungen.

Die Erfindung wird nun ausführlich anhand der Ausführungsbeispiele erläutert. Ein hierbei verwendetes optisches System kann dem in Fig. 1 gezeigten gleichartig sein, so daß daher dessen Beschreibung hier weggelassen wird.

Bei der erfindungsgemäßen Meßeinrichtung wird als eine Grund-Korrelation, bei der die Bildabweichung eines Bilds b(i) in Bezug auf ein Bild a(i) einen Teilungsabstand beträgt, die folgende Gleichung (9) angewandt:

V= Σ {.a(i)Db(i+l)i - Σ (a(i)Gb(i)} ...(9)
il i=l

Die Bildabweichung wird mit der folgenden Gleichung (10) berechnet:

V_m= E{a(i)D b(i+l+m)} - ZUd)D b (i+m) } ...(10)

Durch spezifische Bestimmung des Rechensymbols I I

wird.für die Gleichung (1) die Gleichung (9) umgeschrieben zu

V= Z|a(i)-b(i+l) \ - Z|a(i)-b<i) I. ...(11);
35

-13- DE 3929

für die Gleichung (2) die Gleichung (10) umgeschrieben zu

V_m= E|a(i)-b(i+l+m) I - Σ |a (i)-b(i | ₇

für die Gleichung (3) die Gleichung (9) umgeschrieben zu

V.= Σ min{a(i) , b(i+l) } - Σ {min a(i) , b(i)} ... (13)

und für die Gleichung (5) die Gleichung (10) umgeschrieben zu

V_m= Σ xninia(i), b(i+l+m)} - Σ min{a(i), b (i+m) }.. . (14).

Ferner wird für die Gleichung (4) die Gleichung (9) umgeschrieben zu

V= Σ max{a(i), b(i+l)} - E{max a(i), b(i)} ...(15)
..

und für die Gleichung (6) die Gleichung (10) umgeschrieben zu

^vm⁼ Σπ^χ{α(ί), b(i+l+m)"} - Σ maxlaii), b(i+m)} ...(16)

In den Gleichungen (11), (13) und (15) ist i eine ganze Zahl zwischen 1 und N-I, wobei N die Anzahl der fotoelek-

trischen Elemente der Wandlerelementänordnung 5a oder 5b ist. In den Gleichungen (12), (14) und (16) ändert sich i so, daß für den Rechenvorgang die Ausgangssignale der Wandlerelementanordnungen für denjenigen Bereich herangezogen werden, in' welchem sich die beiden Bilder "° überlappen (und der sich in Abhängigkeit von der Relativversetzung m ändert).

-14- DE 3929

Die Fig. 5 zeigt eine Verarbeitungsschaltung zum Ausführen des Rechenvorgangs nach Gleichung (13). Die fotoelektrischen Wandlerelementanordnungen 5a und 5b weisen jeweils N fotoelektrische Wandlerelemente auf und geben jeweils als zeitlich serielles Signal ein fotoelektrisch umgesetztes Signal a(i) bzw. b(i) ab. Das fotoelektrisch umgesetzte Signal b(i) wird mittels eines Analogschieberegisters 9 um ein Bit verschoben, um ein fotoelektrisch umgesetztes Signal b(i+l) zu erzeugen. Ein Vergleicher 10 vergleicht das fotoelektrisch umgesetzte Signal a(i) mit dem fotoelektrisch umgesetzten Signal b(i+l) und schaltet einen Analogschalter 11 durch, wenn ä(i)<
b(i+l) gilt, oder über einen Inverter 13 einen Analogschalter 12 durch, wenn a(i) > b(i+l) gilt. Ein Ver- ■ gleicher 14 vergleicht das fotoelektrisch umgesetzte· Signal a(i) mit dem fotoelektrisch umgesetzten Signal b(i) und schaltet über einen Inverter 15 einen Analogschalter 16 durch, wenn a(i) -< b(i) gilt, oder einen Analogschalter 17 durch, wenn a(i) > b(i) gilt. Dementsprechend führt ein Integrator 18, der einen Kondensator und einen Rechenverstärker aufweist, den Rechenvorgang £1 min (a(i), b(i+l)_/ aus, während ein Integrator 19, der dem Integrator 18 gleichartig ist, den Vorgang·
}j min {a(i) ,b(i)j ausführt. Ein. Subtrahierer 20 subtrahiert das Ausgangssignal des Integrators 19 von dem Ausgangssignal des Integrators 18, um ein Ausgangssignal V zu erzeugen, das ein analoges Rechenergebnis der Gleichung (13) ist.

Zur Berechnung der Korrelation V_m gemäß der Gleichung (14) wird an den zeitlich seriellen Ausgangssignalen der fotoelektrischen Wandlerelementanordnungen 5a und 5b eine relative Verzögerung vorgenommen. Beispielsweise wird zwischen die fotoelektrische Wandlerelementanordnung 5b- und das Analogschieberegister 9 ein Verzögerungsele-

-15- DE 3929

ment für eine Verzögerung eingefügt, die der Relativversetzung m entspricht, oder es wird ein Anfangszeitpunkt für das Auslesen der fotoelektrischen Wandlerelemcjntan-

ordnung 5b gesteuert.
5

Wenn der Rechenvorgang auf digitale Weise mittels eines Mikrocomputers ausgeführt wird, werden die zeitlich seriellen Ausgangssignale der fotoelektrischen Wandlerelementanordnungen 5a und 5b einer Analog/Digital-Umsetzung unterzogen, wonach die umgesetzten Signale in einen Speicher eingespeichert und unter der Steuerung durch ein Programm verarbeitet werden.

Wenn die Symbole χ LJ y in den Gleichungen (9) und (10) durch lx-yl oder max {x,yj- ersetzt werden, ist eine' gleichartige Rechenverarbeitung anwendbar.

Die Fig. 6(A) und 6(B) zeigen die Rechenbeziehungen gemäß den Gleichungen (9) und (10) auf gleichartige Weise wie die Fig. 4(A) und 4(.B). Gemäß den Fig. 6(A) und 6(B) ist in den Gleichungen (9) und (10) bei der ersten Summierung das Bild nur um einen einzigen Teilungsabstand versetzt und bei der zweiten Summierung nicht versetzt, so daß die gesamte Bildversetzung gleich einem Teilungsabstand, nämlich einem Element der fotoelektrischen Wandlerelementanordnungen 5a und 5b ist. Auf diese Weise ist die Genauigkeit des Rechenvorgangs verbessert. Dies wird anhand eines Beispiels erläutert, bei dem die Anzahl der Elemente der fotoelektrischen Wandlerelementanordnungen 5a und 5b gleich "5" ist und Ausgangssi.gnale a(i) und b(i)· gemäß Fig. 7 auftreten. Die Fig. 7 zeigt die Ausgangssignale in dem Fall, daß die beiden an den Anordnungen 5a und 5b erzeugten Bilder für alle Werte von i völlig miteinander übereinstimmen, nämlich das Abbildungsobjektiv 1 scharf eingestellt ist.

In der Fig. 9 ist die mit der Gleichung (12) aufgrund der Daten a(i) und b(i) nach Fig. 7 berechnete Korrelation V gegen die Relatiwersetzung m aufgetragen, während die Fig. 8 die nach der Formel (2) aufgrund der Daten nach Fig. 7 berechnete Korrelation V zeigt.

. m

In Fig. 9 liegt ein Ursprung bzw. Nullpunkt der Bildabweichung nicht bei m = 0, sondern bei m = -0,5. Dies beruht auf dem Umstand, daß bei der Bildabweichungs-Verarbeitung für die beiden Bilder bzw. Signale a(i) und b(i) keine Symmetrie besteht. Die Korrelation V gemäß der Gleichung (9) ist "0", wenn die beiden Bilder a(i) und b(i) in negativer'Richtung um den halben Teilungsabstand der fotoelektrischen Wandlerelementanordnungen · 5a und 5b versetzt sind, wie es in Fig. 10(A) gezeigtist. Beispielsweise entspricht bei der Gleichung (12) die erste Summierung einer strichlierten Fläche in Fig. 10(B) und die zweite Summierung einer strichlierten Fläche in Fig. 10(A), wobei die beiden strichlierten Flächen gleiche Flächen sind. .Daher unterscheiden sich die Relatiwersetzung m für die Bildabweichung "0" und die ReIa-

tivversetzung m für V = 0 um 0,5. Infolgedessen werden zum Erzielen einer wahren Bildabweichung die Rechenvorgänge für eine Vielzahl ganzer Zahlen m ausgeführt, wobei diejenige ganze Zahl m gesucht wird, die die Bedingung

VxV, "^. 0 erfüllt und einen maximalen Wert I V m m+l ~ ' m

- V .1 ergibt, und eine Realzahllösung m für V =0 in einem geschlossenen Bereich Lm, m+l 1 ermittelt wird. Danach wird zu dem Wert m ein Korrekturwert 0,5 addiert. Die vorstehend beschriebenen Rechenschritte sind gleichermaßen bei den Gleichungen (14) und (16) anwendbar.

Gemäß Fig. 9 ist bei dem Rechenvorgang nach Gleichung

(10) nahe der Relatiwersetzung m für V=O eine steile Änderung zu beobachten. Infolgedessen ergibt sich selbst

-17- DE 3929

bei einer Änderung der Korrelation V durch ein Störsignal oder Rauschen keine wesentliche Änderung des Werts m für V = 0, so daß eine hohe Bildabweichungs-Meßernpfindlichkeit erreicht wird. Andererseits ändert sich gemäß Fig. 8 bei dem System nach dem Stand der Technik der Wert m für V =0 beträchtlich, sobald sich die Korrelation V durch das Stör- oder. Rauschsignal ändert.

Nach Fig. 8 liegen Nulldurchgangspunkte mit großen
Schwankungen zwischen V_,_ und V . sowie zwischen V und V₁. vor, so daß daher die Möglichkeit einer Fehlerkennurig besteht. Die Schwankungen JV₅ - V₄I und j V_₄ - V_₅ j der Korrelation V an diesen Nulldurchgangspunkten sind im wesentlichen gleich den Schwankungen |v - V | und JV_n - V j an dem echten Nulldurchgangspunkt. Anderer-, seits ist gemäß Fig. 9 bei dem erfindungsgemäßen System die Schwankung I V- -V | der Korrelation V an dem echten Nulldurchgangspunkt weitaus größer als eine Schwankung [ V₅ - V I oder | V„ - V | an anderen bedeutungslosen Nulldurchgangspunkten._ Infolgedessen ist die Wahrscheinlichkeit einer Fehlbeurteilung gering.

Wenn der Scharfeinstellungszustand nach der Gleichung (9) ermittelt wird, wird als Scharfeinstellungszustand eine Stellung ermittelt, die gegenüber der Stellung des Abbildungsobjektivs 1, bei der die Korrelation V "0" ist, um eine Strecke versetzt ist, die dem halben Teilungsabstand entspricht.

Da bei den Gleichungen (9) und (10) .die zum Berechnen der Korrelationen V und V erforderliche Bildabweichung halb so groß wie die bei dem Verfahren nach dem Stand der Technik erforderliche ist, sind die Gleichungen insbesondere dann zweckdienlich, wenn das Objekt ein feingegliedertes Muster hat. Wenn die Kurvenformen der Bilder

-18- DE 3929 34 T 7385

bzw. Signale a(i) und b(i) viele Hochfrequenzkomponenten haben, die nahe an einer Nyquist-Frequenz der fotoelek-■ trischen Wandlerelementanordnungen 5a und 5b liegen, ist mit dem Verfahren nach dem Stand der Technik die Erkennung schwierig, wogegen das erfindungsgemäße Verfahren die Erkennung in vielen Fällen ermöglicht.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird bei der zweiten Summierung in der Gleichung (9) oder (10) keine Bildabweichung herbeigeführt. Infolgedessen ist die Verarbeitung einfacher als bei dem Verfahren nach dem Stand der Technik.

Vorstehend wurde die Anwendung der erfindungsgemäßen · Meßeinrichtung als TTL-Scharfeinstellungs-Meßeinrichtung beschrieben, bei der das Bild durch Lichtströme geformt wird, die durch das Abbildungsobjektiv 1 durchgelassen werden. Die Erfindung ist auch bei einer Scharfeinstellungs-Meßeinrichtung mit Basislinien-Entfernungsmessung anwendbar, bei der die Abweichung zwischen zwei Bildern herangezogen wird. Gemäß der vorstehenden Beschreibung wurden zwar als fotoelektrische Wandlervorrichtungen die fotoelektrischen Wandlerelementanordnungen verwendet, jedoch können diese durch eine Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung ersetzt werden, die N Abtaststellen in gleichen Abständen hat.

Gemäß der vorstehenden Beschreibung ist bei der erfindungsgem-äßen Meßeinrichtung eine Verarbeitungseinrichtung vorgesehen, die den Rechenvorgang

V=V{a(i)nb(i+l)} - Σ
35

-19- DE 3929

ausführt, wobei bei der Verarbeitung die Bildabweichung auf einen einzigen Teilungsabstand der Abtastpunkte für die fotoelektrische Umsetzung eingestellt ist. Infolgedessen ist die Verarbeitungsgenauigkeit selbst dann verbessert, wenn der Teilungsabstand verhältnismäßig groß ist.

Eine Scharfeinstellungs-Meßeinrichtung weist ein optisches System zum Erzeugen mehrerer Bilder, deren Relativlagebeziehung sich entsprechend einem Fokussierzustand eines Objektivs ändert, einen Sensor zum Erzeugen von die Bilder darstellenden Signalen durch das Erfassen der Bilder mittels einer Vielzahl fotoelektrischer Elemente und eine Recheneinrichtung zum Ermitteln d-es

Scharfeinstellungszustands des Objektivs aufgrund der-Signale aus dem Sensor auf. Zum Verbessern der Genauigkeit der Ermittlung des Scharfeinstellungszustands führt die Recheneinrichtung den Rechenvorgang

V=E la(i)Db(i+l)} -_#Σ {a(i)Db(i)}

aus,' wobei V eine Korrelation ist, a(i) und b( i) Ausgangssignale von i-ten fotoelektrischen Elementen des

Sensors für die jeweiligen Bilder sind und χ [ I y

ein konstanter Rechenzusammenhang für zwei reelle Zahlen χ und y ist.

ZO - Leerseite -

Claims

TeDTKE - BüHLING " KlNME T-GbURE;- .;;.: SSSSbüSÄ ffr% Γ* ό: ; : : ; ; : -";- Dipl.-Ing. H.Tiedtke i nELLMANN- URAMS - ÖTRÜIF^ Dipl.-Chem. G. Bühling Dipl.-Ing. R. Kinne *5 L 1 7 'X R R Dipl.-Ing. R Orupe $ u, \ I O O O Dipl.-Ing. B. Pellmann Dipl.-Ing. K. Grams Dipl.-Chem. Dr. B. Struif Bavariaring 4, Postfach 2( 8000 München 2 Tel.: 089-539653 Telex: 5-24845 tipat Telecopier: 0 89-537377 cable: Germaniapatent Mi 10. Mai 1984 DE 3929 Patentansprüche

1. Scharfeinstellungs-Meßeinrichtung mit einem optischen System zum Erzeugen eines ersten und eines zweiten Bilds, deren Relativlagebeziehung sich entsprechend einem Fokussierzustand eines Objektivs ändert, einem ersten und einem zweiten Sensor für die Aufnahme des ersten bzw. zweiten Bilds und einer Ermittlungsschaltung zum Ermitteln des Scharfeinstellungszustands des Objektivs aus den Ausgangssignalen des ersten und des zweiten Sensors, dadurch gekennzeichnet, daß die Ermittlungsschaltung (9 bis 20) eine Korrelation V zur Ermittlung des Scharfeinstellungszustands des Objektivs (1) gemäß der Gleichung

V=^¹Ca(i) Db (i+1)} - Σ {aCi)üb(i)}

berechnet, wobei N die Anzahl von fotoelektrischen Wandlerelementen des ersten oder zweiten Sensors (5a, 5b) ist, a(i) und b(i) Ausgangssignale von i-ten fotoelektrischen Wandlerelementen des ersten bzw. zweiten Sensors

A/22

¹"' ^qank (München) Kto. 3939 844 Bayer. Vereinsbank (München) Kto. 608 941 Poetecheck (München) Kto. 670-43-βγμ

'. -2- DE 3929 3A 1 7385

ί 1 sind und |'x[] y} eine konstante Rechenbeziehung für ! zwei reelle Zahlen χ und y ist.

2. Meßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn-' 6 zeichnet, daß die Rechenbeziehung {^x O Y} eine der ! Beziehungen J x-y J , max£x, y} und min{x,yj ist.