JP3483139B2 - Method and apparatus for unwrapping two-dimensional phase data in an interferometer - Google Patents

Method and apparatus for unwrapping two-dimensional phase data in an interferometer

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JP3483139B2
JP3483139B2 JP2000395086A JP2000395086A JP3483139B2 JP 3483139 B2 JP3483139 B2 JP 3483139B2 JP 2000395086 A JP2000395086 A JP 2000395086A JP 2000395086 A JP2000395086 A JP 2000395086A JP 3483139 B2 JP3483139 B2 JP 3483139B2
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Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、干渉計によって得
られる2次元位相データのアンラップを行う方法及び装
置に係り、特に、ノイズの影響を受けることなく、位相
0〜2πの範囲に畳み込まれた位相分布から、もとの連
続な位相分布を求めることが可能な、干渉計における2
次元位相データのアンラップ方法及び装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method and apparatus for unwrapping two-dimensional phase data obtained by an interferometer, and in particular, it is convoluted in the range of phase 0 to 2π without being affected by noise. 2 in an interferometer that can obtain the original continuous phase distribution from the measured phase distribution.
The present invention relates to a method and apparatus for unwrapping dimensional phase data.

【0002】[0002]

【従来の技術】被検体と参照面とを干渉させて干渉縞を
形成させ、この干渉縞の強度データから2次元位相デー
タを求め、参照面と被検体との形状差を算出する干渉計
が知られている。この干渉計は、一般に、(1)干渉縞
強度分布の取得、(2)強度を位相情報に変換、(3)
有効領域の決定、(4)位相のアンラッピング、(5)
位相情報を形状に変換、の手順により形状を算出する。
2. Description of the Related Art An interferometer that forms interference fringes by causing an object and a reference surface to interfere with each other, obtains two-dimensional phase data from intensity data of the interference fringes, and calculates a shape difference between the reference surface and the object. Are known. This interferometer generally (1) acquires the interference fringe intensity distribution, (2) converts the intensity into phase information, (3)
Determination of effective area, (4) phase unwrapping, (5)
The shape is calculated by the procedure of converting the phase information into the shape.

【0003】この手順内で、一般に、(2)の手順で強
度を位相情報に変換する際に、アークタンジェントの計
算が含まれ、そのために、位相データは、図1の右側及
び図2の上段に例示する如く、tan-1の値域である−π
からπに対応して0〜2πの範囲に畳み込まれる。
In this procedure, in general, when the intensity is converted into phase information in the procedure of (2), the calculation of the arc tangent is included, and therefore, the phase data includes the right side of FIG. 1 and the upper stage of FIG. As illustrated in, the range of tan −1 is −π
To π corresponding to 0 to 2π.

【0004】例えば、5枚の位相シフトした画像から高
さ情報を算出するHariharanアルゴリズムでは、位相シ
フト量をαとすると、それぞれの画像の、ある一点での
輝度は、次式のように表される。
For example, in the Hariharan algorithm for calculating height information from five phase-shifted images, if the amount of phase shift is α, the brightness at a certain point of each image is expressed by the following equation. It

【0005】[0005]

【数1】 ここで、I1〜I5(x,y)は画像強度、I′(x,
y)は直流成分、I″(x,y)は交流成分、φ(x,
y)は高さ情報(位相情報)である。
[Equation 1] Here, I 1 to I 5 (x, y) are image intensities, and I ′ (x,
y) is a DC component, I ″ (x, y) is an AC component, and φ (x,
y) is height information (phase information).

【0006】この5つの式から、φ(x,y)に関する
次の式を得る。
From these five equations, the following equation for φ (x, y) is obtained.

【0007】[0007]

【数2】 [Equation 2]

【0008】従って、位相情報φ(x,y)は、次式で
算出できる。
Therefore, the phase information φ (x, y) can be calculated by the following equation.

【0009】[0009]

【数3】 [Equation 3]

【0010】このような位相データ算出の結果求められ
る位相データ領域の所々に、図1の右側及び図2の上段
に示したような、2πに近いジャンプが現れる。このジ
ャンプを無くし、図1の左側及び図2の下段に示すよう
な、連続的に変化する位相データを求めることをアンラ
ッピングと称する。
Jumps close to 2π appear on the right side of FIG. 1 and the upper part of FIG. 2 in the phase data area obtained as a result of the phase data calculation. Eliminating this jump and obtaining continuously changing phase data as shown on the left side of FIG. 1 and the lower part of FIG. 2 is called unwrapping.

【0011】一般的なアンラッピングのアルゴリズム
は、次の手順で行われる。
A general unwrapping algorithm is performed in the following procedure.

【0012】(1)アンラップを始まる点を基準点とし
て、その点と隣り合う点との位相を比較する。 (2)位相のジャンプがある場合は、ジャンプが無くな
るように、隣りの点における位相に整数倍のオフセット
(図2の中段参照)を加える。 (3)(2)の手順が終了したら、隣の点を新たに基準
とする点として、(1)の手順に戻る。
(1) Using the point where unwrapping starts as a reference point, the phase of that point and the adjacent point are compared. (2) If there is a phase jump, an offset of an integral multiple (see the middle part of FIG. 2) is added to the phase at the adjacent point so that the jump is eliminated. (3) After completing the procedure of (2), the procedure returns to the procedure of (1) with the adjacent point as a new reference point.

【0013】[0013]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この方
法では、図3(1次元で例示)及び図4(A)(2次元
で例示)に示す如く、境界のノイズが大きい場合、正し
くアンラッピングができず、本来は別の領域である領域
1と領域2(図3の場合)が、その境界部分のノイズの
影響によって境界部分の差が2πより小さくなり、図3
及び図4(C)に示す如く、本来別の領域が、図4
(B)に示す如く、一つの領域に統合されてしまうこと
があった。又、局所的にアンラッピングを行うために、
大局的なエラーを起こしやすいという問題点も有してい
た。
However, in this method, as shown in FIG. 3 (exemplified in one dimension) and FIG. 4 (A) (exemplified in two dimensions), unwrapping is correctly performed when the boundary noise is large. However, the difference between the boundary portions of area 1 and area 2 (in the case of FIG. 3), which are originally different areas, becomes smaller than 2π due to the noise of the boundary portion.
And as shown in FIG. 4 (C), another area originally is
As shown in (B), it was sometimes integrated into one area. Moreover, in order to perform unwrapping locally,
There was also a problem that global errors are likely to occur.

【0014】本発明は、前記従来の問題点を解消するべ
くなされたもので、ノイズの影響を受けることなく、正
確なアンラッピングを可能とすることを課題とする。
The present invention has been made to solve the above-mentioned conventional problems, and an object thereof is to enable accurate unwrapping without being affected by noise.

【0015】[0015]

【課題を解決するための手段】本発明は、干渉計によっ
て得られる2次元位相データのアンラップを行う方法で
おいて、位相算出後、境界付近の画素(境界画素)を抽
出し、更に、抽出された境界画素の近傍の画素(近傍画
素)を抽出し、前記境界画素と、その近傍画素を共に除
いた画素について、各領域への統合を行った後、前記境
界画素と、その近傍画素を、対応する領域に統合させる
ようにして、前記課題を解決したものである。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention is a method for unwrapping two-dimensional phase data obtained by an interferometer, wherein after phase calculation, pixels near the boundary (boundary pixels) are extracted, and further extracted. Pixels (neighboring pixels) in the vicinity of the border pixels are extracted, the border pixels and the pixels excluding the neighboring pixels are integrated into each region, and then the border pixels and the neighboring pixels are The above-mentioned problems are solved by integrating them in corresponding areas.

【0016】又、前記各領域への統合に際して、各領域
で領域の要素数がしきい値以下の小領域は、ノイズとみ
なして無効領域とすることにより、小領域による誤差を
排除したものである。
Further, when integrating into each area, a small area in which the number of elements of the area is less than or equal to a threshold value is regarded as noise and is regarded as an invalid area, thereby eliminating an error due to the small area. is there.

【0017】更に、前記無効領域の画素については、領
域統合後、データを補間することにより、無効領域につ
いても有効なデータが得られるようにしたものである。
Further, regarding the pixels in the invalid area, data is interpolated after the areas are integrated so that valid data can be obtained also in the invalid area.

【0018】又、前記各領域に対して、全ての領域間の
位相ジャンプ量の和を最小化する最小化問題を解くこと
により、各領域の移動量を算出するようにして、正確な
移動量が求められるようにしたものである。
For each area, the amount of movement of each area is calculated by solving the minimization problem that minimizes the sum of the amount of phase jump between all areas, and the accurate amount of movement is calculated. Is required.

【0019】本発明は、又、干渉計によって得られる2
次元位相データのアンラップを行う装置において、位相
算出後、境界付近の画素(境界画素)を抽出する境界画
素抽出手段と、更に、抽出された境界画素の近傍の画素
(近傍画素)を抽出する近傍画素抽出手段と、前記境界
画素と、その近傍画素を共に除いた画素について、各領
域への統合を行った後、前記境界画素と、その近傍画素
を、対応する領域に統合させる領域統合手段と、全ての
領域間の位相ジャンプ量の和を最小化する最適化問題を
解くことにより、各領域の移動量を算出する算出手段
と、を備えることにより、前記課題を解決したものであ
る。
The present invention is also provided by an interferometer.
In a device for unwrapping three-dimensional phase data, a boundary pixel extracting unit that extracts pixels near a boundary (boundary pixels) after phase calculation, and a neighborhood that extracts pixels (neighboring pixels) near the extracted boundary pixels. Pixel extraction means, area boundary integration means for integrating the boundary pixels and their neighboring pixels into corresponding areas after performing integration into each area for pixels excluding both of the boundary pixels and its neighboring pixels By solving the optimization problem of minimizing the sum of the phase jump amounts between all the regions, the calculation means for calculating the movement amount of each region is provided to solve the above problem.

【0020】[0020]

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、本発明の
実施形態を詳細に説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described in detail below with reference to the drawings.

【0021】図5は、本発明の一実施形態に係るアンラ
ップ装置を含む部品評価システムの構成を示す説明図で
ある。
FIG. 5 is an explanatory diagram showing the configuration of a parts evaluation system including an unwrapping device according to an embodiment of the present invention.

【0022】この評価システムは、干渉計10と、該干
渉計10に接続された信号処理回路30と、該信号処理
回路30に接続されたコンピュータ32と、該コンピュ
ータ32に接続されたモニタ34とを備えている。
This evaluation system includes an interferometer 10, a signal processing circuit 30 connected to the interferometer 10, a computer 32 connected to the signal processing circuit 30, and a monitor 34 connected to the computer 32. Is equipped with.

【0023】前記干渉計10は、平行光束のレーザ光を
出射する光源12と、該光源12からのレーザ光が入射
され、入射光の一部を反射し、残りの一部を透過するビ
ームスプリッタ14と、前記光源12から出射されビー
ムスプリッタ14を透過した光を反射して、参照面を生
成する基準ミラー16と、該基準ミラー16を光軸方向
に移動するための駆動部18と、前記基準ミラー16で
反射され、更にビームスプリッタ14で反射された光の
光路上に配設された結像レンズ20と、該結像レンズ2
0によって結像される像を撮像するためのカメラ22と
を備えている。
The interferometer 10 includes a light source 12 which emits a laser beam of parallel light flux, and a beam splitter which receives the laser beam from the light source 12, reflects a part of the incident light, and transmits the remaining part. 14, a reference mirror 16 that reflects the light emitted from the light source 12 and transmitted through the beam splitter 14 to generate a reference surface, a drive unit 18 for moving the reference mirror 16 in the optical axis direction, An imaging lens 20 disposed on the optical path of the light reflected by the reference mirror 16 and further reflected by the beam splitter 14, and the imaging lens 2
And a camera 22 for capturing an image formed by 0.

【0024】前記光源12から出射され、ビームスプリ
ッタ14で反射された光の光路上には、被検体の被測定
面8が配置され、この被測定面8からの戻り光がビーム
スプリッタ14上に入射するようになっている。
On the optical path of the light emitted from the light source 12 and reflected by the beam splitter 14, the measured surface 8 of the object is arranged, and the return light from the measured surface 8 is directed onto the beam splitter 14. It is supposed to be incident.

【0025】この干渉計10では、光源12から出射さ
れた平行光束のレーザ光は、ビームスプリッタ14に入
射して一部が反射され、残りの一部が透過する。ビーム
スプリッタ14で反射された光は、被測定面8に入射
し、被測定面8からの戻り光が再度ビームスプリッタ1
4に入射し、一部が透過して、結像レンズ20を介して
カメラ22に入射する。一方、光源12から出射され、
ビームスプリッタ14を透過した光は、基準ミラー16
で反射され、再度ビームスプリッタ14に入射して、一
部が反射され、結像レンズ20を介してカメラ22に入
射する。この結果、カメラ22上では、被測定面8から
の光による被検面と基準ミラー16からの光による参照
面との干渉による干渉縞が形成され、この干渉縞がカメ
ラ22によって撮像される。
In this interferometer 10, the parallel light beam emitted from the light source 12 is incident on the beam splitter 14, a part of which is reflected and the remaining part of which is transmitted. The light reflected by the beam splitter 14 is incident on the measured surface 8 and the return light from the measured surface 8 is again reflected by the beam splitter 1.
4 and a part of the light passes through the imaging lens 20 and then enters the camera 22. On the other hand, the light is emitted from the light source 12,
The light transmitted through the beam splitter 14 is reflected by the reference mirror 16
Is reflected by the beam splitter 14 and is incident on the beam splitter 14 again, and a part of the beam is reflected and is incident on the camera 22 via the imaging lens 20. As a result, on the camera 22, interference fringes are formed by the interference between the surface to be measured by the light from the surface to be measured 8 and the reference surface by the light from the standard mirror 16, and the interference fringes are captured by the camera 22.

【0026】カメラ22の出力は、信号処理回路30に
入力され、ここで、増幅、アナログ−デジタル変換など
の信号処理が行われ、2次元の各位置(画素)毎の干渉
縞強度データが生成され、この干渉縞強度データが、本
発明のアンラップ装置に対応するコンピュータ32に入
力される。縞走査動作時、コンピュータ32には、駆動
部18を制御して、基準ミラー16を例えばλ/4(但
しλは光の波長)ずつ光軸方向に4段階に移動させ、各
位置毎に、信号処理回路30からの干渉縞強度データを
取り込み、縞走査法に基づいて、干渉縞強度データから
位相データを生成する。コンピュータ32は、位相のア
ンラップ等の演算処理を行うと共に、必要に応じて、モ
ニタ34にデータや特性図等を表示する。
The output of the camera 22 is input to the signal processing circuit 30, where signal processing such as amplification and analog-digital conversion is performed to generate interference fringe intensity data for each two-dimensional position (pixel). Then, the interference fringe intensity data is input to the computer 32 corresponding to the unwrap device of the present invention. During the fringe scanning operation, the computer 32 controls the drive unit 18 to move the reference mirror 16 in four steps in the optical axis direction by, for example, λ / 4 (where λ is the wavelength of light), and at each position, The interference fringe intensity data from the signal processing circuit 30 is fetched and phase data is generated from the interference fringe intensity data based on the fringe scanning method. The computer 32 performs arithmetic processing such as phase unwrapping, and displays data and characteristic diagrams on the monitor 34 as necessary.

【0027】図6は、前記コンピュータ32で行われる
本実施形態の処理手順を示したものであり、まずステッ
プ100で、各画素における位相を算出する。
FIG. 6 shows the processing procedure of the present embodiment performed by the computer 32. First, at step 100, the phase at each pixel is calculated.

【0028】次いでステップ104に進み、各画素の近
傍で位相情報は連続であるという仮定を用いて、ノイズ
除去を行う。但し、位相情報は0〜2πの範囲に畳み込
まれるため、図1の右側及び図2の上段に示したような
エッジが生ずる。
Next, in step 104, noise is removed using the assumption that the phase information is continuous in the vicinity of each pixel. However, since the phase information is convolved in the range of 0 to 2π, the edges shown in the right side of FIG. 1 and the upper stage of FIG. 2 occur.

【0029】次いでステップ106に進み、位相情報に
対して、近傍の位相差が少ない画素同士を統合して、領
域統合を行う。この際、ノイズが多い場合には、図3及
び図4を用いて説明したように、本来2πの差がある領
域を、同一領域とみなして統合してしまうことがある。
そこで、本発明では、図7に示すような手順に従って、
領域統合を行う。なお、実際の処理は2次元であるが、
説明のため、1次元の図を参照して説明する。
Next, in step 106, pixels having a small phase difference in the vicinity are integrated with respect to the phase information to perform area integration. At this time, when there is a lot of noise, as described with reference to FIG. 3 and FIG. 4, areas that originally have a difference of 2π may be regarded as the same area and integrated.
Therefore, in the present invention, according to the procedure as shown in FIG.
Perform area integration. Although the actual processing is two-dimensional,
For the sake of explanation, reference will be made to a one-dimensional drawing.

【0030】即ち、位相領域算出後、ステップ302
で、その画素の位相が、一方の境界に対応する0に近く
(しきい値により判断)、且つ、近傍に、別の領域に属
すべき、位相が2πに近い画素が存在するか、あるい
は、その画素の位相が、他方の境界に対応する2πに近
く(しきい値により判断)、且つ、近傍に、他方の別の
領域に属すべき、位相が0に近い画素が存在するという
条件を満たす画素(境界画素と称する)を抽出する。こ
の処理により抽出された境界画素を図6に示す。このス
テップ302で抽出された境界画素は、平面的には図9
に示す如くであり、境界が全て抽出されているわけでは
ない。
That is, after calculating the phase region, step 302
, The phase of the pixel is close to 0 corresponding to one boundary (determined by a threshold value), and there is a pixel in the vicinity, which belongs to another region and has a phase close to 2π, or The condition that the phase of the pixel is close to 2π corresponding to the boundary of the other (determined by the threshold value) and that there is a pixel near the phase that is close to 0 and should belong to another region of the other Pixels (referred to as boundary pixels) are extracted. The boundary pixels extracted by this processing are shown in FIG. The boundary pixels extracted in step 302 are shown in FIG.
As shown in (3), not all boundaries are extracted.

【0031】次いでステップ304に進み、ステップ3
02で抽出された境界画素の近傍(例えば8近傍)の画
素(近傍画素と称する)を抽出する。このステップ30
4により抽出された近傍画素の例を図10に示す。この
ステップ304で抽出された近傍画素を、ステップ30
2で抽出された境界画素に加えた場合には、平面的には
図11に示す如くなり、境界全てが抽出される。
Then, the process proceeds to step 304 and step 3
Pixels (referred to as neighboring pixels) in the vicinity (for example, 8 neighborhoods) of the boundary pixel extracted in 02 are extracted. This step 30
FIG. 10 shows an example of neighboring pixels extracted by No. 4. The neighboring pixels extracted in step 304 are set in step 30
When it is added to the boundary pixels extracted in 2, the plane is as shown in FIG. 11, and all the boundaries are extracted.

【0032】次いでステップ306に進み、図12に示
す如く、ステップ302及び304で抽出された境界画
素及び近傍画素を除いた画素について領域統合を行う。
この境界画素及び近傍画素を除いた画素を平面的に示し
たのが図13であり、白い領域のみで領域統合処理を行
う。
Next, in step 306, as shown in FIG. 12, region integration is performed on the pixels excluding the boundary pixels and neighboring pixels extracted in steps 302 and 304.
FIG. 13 is a plan view showing the pixels excluding the boundary pixels and the neighboring pixels, and the area integration process is performed only on the white area.

【0033】領域統合終了後、ステップ308に進み、
各領域で領域の要素数がしきい値、例えば4〜16画素
以下の場合は、これをノイズとみなして無効領域とし、
残りの領域を有効領域として残す。これにより、ノイズ
によって生じる小領域を誤って有効領域としてしまうこ
とがない。
After the area integration is completed, the process proceeds to step 308,
In each area, when the number of elements of the area is a threshold value, for example, 4 to 16 pixels or less, this is regarded as noise and is regarded as an invalid area,
The remaining area is left as the effective area. This prevents a small area caused by noise from being mistakenly set as an effective area.

【0034】次いでステップ310に進み、ステップ3
02で抽出した境界画素及びステップ304で抽出した
近傍画素を、図14に示す如く、対応する各領域へ統合
させることによって、図4(C)に示した如く、それぞ
れ別の領域に正しく統合させることができる。
Then, the process proceeds to step 310 and step 3
The boundary pixel extracted in 02 and the neighboring pixel extracted in step 304 are integrated into corresponding areas as shown in FIG. 14 so that they are correctly integrated into different areas as shown in FIG. 4C. be able to.

【0035】領域統合終了後、図6のステップ108に
進み、各領域で領域の要素数がしきい値、例えば4〜1
6画素以下の場合は、これをノイズとみなして無効領域
とし、残りの領域を有効領域として残す。これにより、
ノイズによって生じる小領域を誤って有効領域としてし
まうことがない。なお、このステップ108におけるし
きい値は、図7のステップ308におけるしきい値と異
なる値に設定することができる。
After the region integration is completed, the process proceeds to step 108 in FIG. 6 and the number of elements in each region is a threshold value, for example, 4 to 1.
In the case of 6 pixels or less, this is regarded as noise and is set as an invalid area, and the remaining area is left as an effective area. This allows
A small area caused by noise will not be mistaken as an effective area. The threshold in step 108 can be set to a value different from the threshold in step 308 of FIG.

【0036】次いでステップ110に進み、各領域に対
して、それぞれの領域間の位相ジャンプ量の和を最小化
する最適化問題を解くベストフィットを行う。いま、図
15に示すような複数の領域の同時ベストフィットを考
え、図16に示すように、領域SとS′の境界対応点を
i (S)、ri (S')とする。
Next, in step 110, the best fit for solving the optimization problem that minimizes the sum of the phase jump amounts between the respective regions is performed for each region. Now, considering simultaneous best-fitting of a plurality of regions as shown in FIG. 15, assume that the boundary corresponding points of the regions S and S ′ are r i (S) and r i (S ′) as shown in FIG.

【0037】この時、ベストフィット後の面SとS′の
回転と平行移動を、それぞれR(S)、R(S')及びT(S)
(S')とすると、この時の対応点間の距離fi (s、s')は、
次式で表される。
At this time, the rotations and the parallel movements of the surfaces S and S'after the best fit are respectively changed by R (S) , R (S ') and T (S) ,
If T (S ') , the distance f i (s, s') between corresponding points at this time is
It is expressed by the following equation.

【0038】[0038]

【数4】 [Equation 4]

【0039】この際、fi (s、s')を、2πの整数倍で丸め
ることで、誤差を少なくする効果を得ることも考えられ
る。
At this time, it is possible to obtain the effect of reducing the error by rounding f i (s, s') by an integral multiple of 2π.

【0040】次に、次の制約条件を考慮する。Next, consider the following constraints.

【0041】[0041]

【数5】 ここで、tx、ty、tzはx、y、z方向の平行移動
成分、φ、ψ、θは、ロール、ヨー、ピッチを表してい
る。
[Equation 5] Here, tx, ty, and tz represent translation components in the x, y, and z directions, and φ, ψ, and θ represent roll, yaw, and pitch.

【0042】ここでは、上下方向の平行移動が殆どなの
で、tx(sys)、ty(sys)、φ(sys )、ψ(sys)、θ
(sys)の制約条件は、0に非常に近い値とする。
Since most of the vertical translation is performed here, tx (sys) , ty (sys) , φ (sys ) , ψ (sys) , θ
The constraint condition of (sys) is a value very close to 0.

【0043】なお、φ、ψ、θで回転Rを表現すると、
次式になる。
When the rotation R is represented by φ, ψ, and θ,
It becomes the following formula.

【0044】[0044]

【数6】 [Equation 6]

【0045】ペナルティ法により、この制約条件を考慮
することにすると、面sのペナルティ関数pは、次のよ
うに定義される。
Considering this constraint condition by the penalty method, the penalty function p of the surface s is defined as follows.

【0046】[0046]

【数7】 ここで、γtx、γty、γtz、γφ、γθ、γψは、各ペ
ナルティの重みであり、制約条件の許容値の逆数とし
て、予め与えられている正の定数とする。
[Equation 7] Here, γ tx , γ ty , γ tz , γ φ, γ θ, and γ ψ are weights of the respective penalties, and are positive constants given in advance as the reciprocals of the allowable values of the constraint conditions.

【0047】以上から、制約条件をペナルティ関数とし
て組み込んだ評価関数ベクトルFは、次式となる。
From the above, the evaluation function vector F incorporating the constraint condition as a penalty function is as follows.

【0048】[0048]

【数8】 但し、値が0となるペテルティ項は除く。[Equation 8] However, the peterty term with a value of 0 is excluded.

【0049】よって、境界間のずれ距離に対応する評価
量Φは、次式で与えられる。
Therefore, the evaluation amount Φ corresponding to the displacement distance between the boundaries is given by the following equation.

【0050】[0050]

【数9】 [Equation 9]

【0051】この評価量Φを最小にする未知パラメータ
Xを、例えば非線形最小二乗法の繰返し計算により求め
る。ここで、Nsは、同時ベストフィットの対象となる
面の数、N(s,s′)は、面sとs′の間の対応点の
数であり、未知パラメータXは、次式で与えられる。
The unknown parameter X that minimizes the evaluation amount Φ is obtained by iterative calculation of the nonlinear least squares method, for example. Here, Ns is the number of surfaces to be subjected to simultaneous best fitting, N (s, s ′) is the number of corresponding points between the surfaces s and s ′, and the unknown parameter X is given by the following equation. To be

【0052】[0052]

【数10】 [Equation 10]

【0053】上記のようにして求められたベストフィッ
トによる解を基に、図6のステップ112で、各領域の
相互の画素について位相計算を行い、図2の中段に示し
たような、領域毎に異なる位相を加算することによっ
て、図2の下段に示したように全体を統合して、図1の
左側に示したような全体図形を得る。
Based on the solution obtained by the best fit obtained as described above, in step 112 of FIG. 6, the phase calculation is performed for the mutual pixels in each region, and the regions are calculated as shown in the middle part of FIG. By adding different phases to, the whole is integrated as shown in the lower part of FIG. 2 and the whole figure as shown on the left side of FIG. 1 is obtained.

【0054】次いでステップ114に進み、ステップ1
08で排除した小さな無効領域について、補間が可能で
あれば、補間を行って、データを補充する。なお、近傍
画素が少ないなどの理由で補間ができない場合には、そ
のままとすることができる。
Then, the process proceeds to step 114 and step 1
If interpolation is possible with respect to the small invalid area excluded in 08, interpolation is performed and data is replenished. If interpolation cannot be performed due to a small number of neighboring pixels, it can be left as it is.

【0055】このようにして、図7に示した領域統合処
理と、最適化問題を解くベストフィットの手法を組み合
わせることにより、特に優れた効果を得ることができ
る。なお、各領域の移動量を求める方法は、ベストフィ
ットの手法に限定されず、例えば、特開平10−901
12で提案されたような、方程式を使う方法を用いても
よい。
In this way, a particularly excellent effect can be obtained by combining the region integration processing shown in FIG. 7 and the best fit method for solving the optimization problem. The method of obtaining the movement amount of each area is not limited to the best-fit method, and is, for example, JP-A-10-901.
A method using equations, such as that proposed in 12, may be used.

【0056】[0056]

【発明の効果】本発明によれば、ノイズが大きい状況で
も、正しいアンラップが可能となる。
According to the present invention, correct unwrapping can be performed even in a situation where noise is large.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】アンラッピングを説明するための斜視図FIG. 1 is a perspective view for explaining unwrapping.

【図2】同じく1次元の図[Figure 2] Similarly, a one-dimensional diagram

【図3】従来のアンラッピングにおける問題点を説明す
るための1次元の図
FIG. 3 is a one-dimensional diagram for explaining problems in conventional unwrapping.

【図4】同じく平面図FIG. 4 is a plan view of the same.

【図5】本発明の一実施形態に係るアンラップ装置を含
む部品評価システムの構成を示す説明図
FIG. 5 is an explanatory diagram showing a configuration of a parts evaluation system including an unwrapping device according to an embodiment of the present invention.

【図6】前記実施形態におけるアンラップの処理手順を
示す流れ図
FIG. 6 is a flowchart showing an unwrap processing procedure in the embodiment.

【図7】同じく領域統合処理手順を示す流れ図FIG. 7 is a flow chart showing a region integration processing procedure.

【図8】前記領域統合処理手順により抽出された境界画
素の例を示す1次元の図
FIG. 8 is a one-dimensional diagram showing an example of boundary pixels extracted by the region integration processing procedure.

【図9】同じく平面図FIG. 9 is a plan view of the same.

【図10】前記領域統合処理手順により抽出された近傍
画素の例を示す1次元の図
FIG. 10 is a one-dimensional diagram showing an example of neighboring pixels extracted by the region integration processing procedure.

【図11】前記領域統合処理手順により抽出された境界
画素と近傍画素を示す平面図
FIG. 11 is a plan view showing boundary pixels and neighboring pixels extracted by the region integration processing procedure.

【図12】前記境界画素及び近傍画素を除いた画素で領
域統合を行う様子を示す1次元の図
FIG. 12 is a one-dimensional diagram showing how regions are integrated with pixels excluding the boundary pixels and neighboring pixels.

【図13】同じく平面図FIG. 13 is a plan view of the same.

【図14】前記境界画素及び近傍画素を各領域に統合す
る様子を示す1次元の図
FIG. 14 is a one-dimensional diagram showing how the boundary pixels and neighboring pixels are integrated into each region.

【図15】ベストフィットの対象の例を示す斜視図FIG. 15 is a perspective view showing an example of an object of best fit.

【図16】ベストフィットで用いた符号の説明図FIG. 16 is an explanatory diagram of codes used in best fit.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

8…被測定面 10…干渉計 12…光源 14…ビームスプリッタ 16…基準ミラー 18…駆動部 20…結像レンズ 22…カメラ 30…信号処理装置 32…コンピュータ(アンラップ装置) 34…モニタ 8: Surface to be measured 10 ... Interferometer 12 ... Light source 14 ... Beam splitter 16 ... Reference mirror 18 ... Drive unit 20 ... Imaging lens 22 ... Camera 30 ... Signal processing device 32 ... Computer (unwrapping device) 34 ... Monitor

フロントページの続き (56)参考文献 特開2000−155051(JP,A) 特開2001−241930(JP,A) 特開2001−153797(JP,A) 特開2002−131027(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01B 9/02 G01J 9/02 Continuation of front page (56) Reference JP 2000-155051 (JP, A) JP 2001-241930 (JP, A) JP 2001-153797 (JP, A) JP 2002-131027 (JP, A) ( 58) Fields surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) G01B 9/02 G01J 9/02

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】干渉計によって得られる2次元位相データ
のアンラップを行う方法において、 位相算出後、境界付近の画素(境界画素)を抽出し、 更に、抽出された境界画素の近傍の画素(近傍画素)を
抽出し、 前記境界画素と、その近傍画素を共に除いた画素につい
て、各領域への統合を行った後、 前記境界画素と、その近傍画素を、対応する領域に統合
させることを特徴とする干渉計における2次元位相デー
タのアンラップ方法。
1. A method for unwrapping two-dimensional phase data obtained by an interferometer, wherein after calculating a phase, pixels near a boundary (boundary pixels) are extracted, and pixels near the extracted boundary pixel (neighborhood) are extracted. Pixel) is extracted, and the boundary pixel and its neighboring pixels are removed, and after the pixels are integrated into each area, the boundary pixel and its neighboring pixels are integrated into a corresponding area. Method for unwrapping two-dimensional phase data in an interferometer.
【請求項2】前記各領域への統合に際して、各領域で領
域の要素数がしきい値以下の小領域は、ノイズとみなし
て無効領域とすることを特徴とする請求項1に記載の干
渉計における2次元位相データのアンラップ方法。
2. The interference according to claim 1, wherein, in the integration into each of the areas, a small area in which the number of elements of the area is equal to or less than a threshold value is regarded as noise and is regarded as an invalid area. Method for unwrapping two-dimensional phase data in a meter.
【請求項3】前記無効領域の画素について、領域統合
後、データを補間することを特徴とする請求項2に記載
の干渉計における2次元位相データのアンラップ方法。
3. The method of unwrapping two-dimensional phase data in an interferometer according to claim 2, wherein data is interpolated for pixels in the invalid area after area integration.
【請求項4】前記各領域に対して、全ての領域間の位相
ジャンプ量の和を最小化する最適化問題を解くことによ
り、各領域の移動量を算出することを特徴とする請求項
1乃至3のいずれかに記載の干渉計における2次元位相
データのアンラップ方法。
4. The amount of movement of each region is calculated by solving an optimization problem for each region that minimizes the sum of the amount of phase jump between all regions. 4. An unwrapping method for two-dimensional phase data in the interferometer according to any one of 3 to 3.
【請求項5】干渉計によって得られる2次元位相データ
のアンラップを行う装置において、 位相算出後、境界付近の画素(境界画素)を抽出する境
界画素抽出手段と、 更に、抽出された境界画素の近傍の画素(近傍画素)を
抽出する近傍画素抽出手段と、 前記境界画素と、その近傍画素を共に除いた画素につい
て、各領域への統合を行った後、前記境界画素と、その
近傍画素を、対応する領域に統合させる領域統合手段
と、 全ての領域間の位相ジャンプ量の和を最小化する最適化
問題を解くことにより、各領域の移動量を算出する算出
手段と、 を備えたことを特徴とする干渉計における2次元位相デ
ータのアンラップ装置。
5. An apparatus for unwrapping two-dimensional phase data obtained by an interferometer, comprising boundary pixel extraction means for extracting pixels near a boundary (boundary pixels) after phase calculation, and further for extracting the extracted boundary pixels. A neighboring pixel extraction unit that extracts neighboring pixels (neighboring pixels), the boundary pixels, and the pixels excluding the neighboring pixels are integrated into each area, and then the boundary pixels and the neighboring pixels are combined. , Area integration means for integrating the areas into corresponding areas, and calculation means for calculating the movement amount of each area by solving an optimization problem that minimizes the sum of phase jump amounts between all areas. A two-dimensional phase data unwrapping device for an interferometer.
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JP5264257B2 (en) * 2008-04-09 2013-08-14 キヤノン株式会社 Wavefront measuring method and wavefront measuring apparatus using the same
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2001153797A (en) * 1999-11-24 2001-06-08 Science & Tech Agency Method for unwrapping phase data
JP2001241930A (en) * 2000-03-02 2001-09-07 Fuji Photo Optical Co Ltd Method of analyzing fringe image
JP2002131027A (en) * 2000-10-23 2002-05-09 Mitsutoyo Corp Measuring apparatus for interference of phase shift, method therefor and record medium

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