Untersuchungen zur Anwendung von mehrdimensionalen Korrelationsverfahren bei der Determination von Kanten mit hochauflösenden optischen Messmaschinen

Tympel, Volker GND

Diese Arbeit untersucht, wie durch mikroskopische Bildserien mit unterschiedlichen Fokuspositionen Objekte sicherer lokalisiert oder charakterisiert werden können. Das vorgeschlagene Verfahren der extrafokalen Korrelation wird ausführlich in Simulationen und Experimenten an Kantenobjekten diskutiert. Abschließend erfolgt ein Ausblick für die Anwendung bei komplexeren Objekten. Einleitend wird die theoretisch bekannte kantenversteilernde Wirkung bei kohärenter Beleuchtung experimentell nachgewiesen und kritisch auf die Begriffe optisches Auflösungsvermögen und Schärfentiefe bei Mikroskopsystemen eingegangen. Zur Sicherstellung möglichst großer Rechenressourcen wird auf effektive Datenformate, schnelle Fourier-Transformationen und Parallelisierung eingegangen. An modifizierten Mikroskopsystemen konnte gezeigt werden, dass Korrelationsverfahren die sonst störenden Oszillationen an Kantenrändern vorteilhaft nutzen können, wenn die zur Korrelation benutzten Erwartungswerte diese Oszillationen berücksichtigen. Die Einbeziehung extrafokaler Bildebenen kann gleichfalls die Reproduzierbarkeit der Detektion von Kantenorten erhöhen, d. h. auch Bereiche außerhalb einer definierten Schärfentiefe können sinnvoll zur Determination eines Kantenortes genutzt werden, wenn der Gewinn an Information den Verlust durch das zunehmende Rauschen überwiegt. In bestimmten Parameterbereichen ist die extrafokale Korrelation mit Erwartungswerten der reinen Mittelung über benachbarten Bildebenen überlegen. Insbesondere bei kohärenter Beleuchtung sind reine Mittelungen der extrafokalen Korrelation unterlegen. Die extrafokale Korrelation, basierend auf der Suche nach der kleinsten Summe der Fehlerquadrate, ist zwar aufwendiger, aber oft erfolgreicher als die schnellere Fourier-Kreuzkorrelation. Das Verfahren der extrafokalen Korrelation kann auch seriell benutzt werden, um 2-dimensionale Verläufe von Kanten zu analysieren, was z. B. bei der Bestimmung von Strukturbreiten-Homogenitäten der Fall ist. Angerissen wird die Erweiterung des Verfahrens für komplexere Objekte, die am Beispiel der Kreisdurchmesserbestimmung in dieser Arbeit seriell bearbeitet wurde, da die notwendige 4-dimensionale Korrelation mit großen Datenmengen künftigen Rechnergenerationen vorbehalten bleibt. Im Anhang wird das Negativ-Kontrast-Misch-Verfahren als spezielle Methode zur Kontraststeigerung vorgestellt.

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Tympel, Volker: Untersuchungen zur Anwendung von mehrdimensionalen Korrelationsverfahren bei der Determination von Kanten mit hochauflösenden optischen Messmaschinen. 2010.

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