KR100857476B1 - 향상된 분해능을 가지는 디지털 홀로그래피에서의 위상펼침시스템 및 방법 - Google Patents

향상된 분해능을 가지는 디지털 홀로그래피에서의 위상펼침시스템 및 방법 Download PDF

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Abstract

하나 이상의 픽셀을 포함하는 위상정보 이미지로부터 각 픽셀의 감긴 위상(wrapped phase)을 포함하는 감긴 위상정보를 입력받는 입력부; 상기 감긴 위상정보로부터 하나 이상의 유수(residue)의 위치를 포함하는 유수 정보를 검출하는 유수 검출부; 상기 감긴 위상정보로부터 각 픽셀과 인접한 픽셀의 위상차를 사용하여 하나 이상의 경계선을 포함하는 경계정보를 검출하는 경계정보 검출부; 검출된 경계정보에 따라 상기 하나 이상의 유수를 서로 연결한 하나 이상의 연결선을 포함하는 갈래자름(branch cut) 정보를 검출하는 갈래자름 검출부; 및 검출된 갈래자름 정보에 따라 감긴 위상정보를 적분하는 적분부를 포함하는 것을 특징으로 하는 위상펼침(phase unwrapping) 시스템이 개시된다. 본 발명에 따른 위상펼침 시스템 및 방법을 사용하여, 위상차를 이용하여 물체의 경계정보를 검출하고 검출된 경계정보를 사용하여 갈래자름 정보를 검출함으로써, 분해능이 향상되어 구조가 복잡하거나 감긴 위상정보의 변화량이 큰 물체의 경우에도 물체의 구조를 정확하게 측정할 수 있으며, 연산 속도가 빨라 실시간 측정이 가능한 이점이 있다.
위상 펼침, 골드스타인, 홀로그래피, 경계, 기울기

Description

향상된 분해능을 가지는 디지털 홀로그래피에서의 위상펼침 시스템 및 방법{SYSTEM AND METHOD FOR PHASE UNWRAPPING WITH ELEVATED RESOLVING POWER IN DIGITAL HOLOGRAPHY}
본 발명은 향상된 분해능을 가지는 디지털 홀로그래피에서의 위상펼침 시스템 및 방법에 관한 것으로, 상세하게는 물체의 위상정보 이미지의 각 픽셀의 감긴 위상(wrapped phase)을 포함하는 감긴 위상정보에서, 위상 특이점인 각 유수(residue)의 위치를 포함하는 유수 정보 및 하나 이상의 경계선을 포함하는 경계정보를 검출하며, 검출된 경계정보에 따라 각 유수를 연결한 연결선을 포함하는 갈래자름(branch cut) 정보를 검출하고, 갈래자름 정보에 따라 감긴 위상정보를 적분하여 위상펼침(phase unwrapping)을 수행하는 위상펼침 시스템 및 방법에 관한 것이다.
물리학 및 정밀기계산업 등 응용과학이 발전함에 따라, 시료의 입체적인 상을 관찰할 수 있는 기술이 필요하게 되었다. 그 중 한 가지가 디지털 홀로그래피(digital holography)를 이용한 현미경이다. 디지털 홀로그래피 기술은 30여 년 전부터 개발되어온 기술로서, 물체의 파면(波面)을 계산하여 디지털 홀로그램을 제 작하거나 홀로그램 정보로부터 화상을 재생하는 기술이다.
디지털 홀로그래피 기술에 있어서, 물체의 표면에서 얻어진 기준파와 물체파의 위상차인 감긴 위상(wrapped phase; Φ)의 범위는 -π≤Φ＜π 이다. 하지만, 실제의 물체 위상은 2π 라디안 범위 이상의 값을 가지고 있다. 이에 따라, 감긴 위상정보를 이용하여 실제 물체의 위상정보를 복원하는 방법이 위상펼침(phase unwrapping)이다. 즉, 원본 위상정보는 감긴 위상정보 및 적분을 이용한 위상펼침에 의하여 복원할 수 있다. 그러나, 물체에 불연속점이 있는 경우 계산 결과가 적분 경로에 의존하기 때문에 경로에 따라 다른 결과가 나타난다.
따라서 불연속점이 있는 경우에도 적분 경로에 무관한 결과를 얻기 위하여 많은 연구가 이루어져 왔으며, 대표적인 것으로 골드스타인 알고리즘(Goldstein algorithm), 마스크 컷(mask cut) 알고리즘 및 핀(Fynn) 알고리즘 등이 있다. 이중 연산에 따른 하드웨어의 부담이 적고 연산시간이 가장 짧은 골드스타인 알고리즘을 가장 많이 사용하고 있다.
골드스타인 알고리즘에서는 물체의 감긴 위상정보로부터 위상 특이점인 유수(residue)를 검출하며, 유수와 유수를 최단거리로 연결하는 선을 갈래자름(branch cut)이라 하고 이 연결선을 제외한 영역에 대해서만 적분을 수행한다. 골드스타인 알고리즘에서는 갈래자름에 의하여 동일한 불연속점이나 경계면에 의해 검출되는 유수를 서로 연결하게 된다. 하지만, 동일한 불연속점이나 경계면에 의한 유수가 다른 불연속면 등에 의한 유수보다 멀리 위치하고 있을 경우에는, 상대적으로 더 가까운 거리에 있는 다른 불연속면에 의한 유수를 연결하게 되는 문제점이 있다.
도 1은 골드스타인 알고리즘에 의한 위상펼침이 잘 수행되지 않는 복잡한 물체의 원본 위상정보를 도시한 그래프이다. 도시되는 바와 같이, 대상 물체의 원본 위상정보는 가운데에 위치한 사각형 돌출부(1) 및 사각형 돌출부(1)의 각 변에서 1 픽셀의 간격을 두고 위치한 얇은 사각형 형태의 돌출부(2)를 포함한다. 도 2는 도 1에 도시된 원본 위상정보를 사용하여 얻은 감긴 위상정보를, 골드스타인 알고리즘에 따라 위상펼침하여 얻은 복원 정보이다. 도 1 및 도 2를 비교하면, 돌출된 사각형의 꼭지점 부분(3)에서 원본 위상정보와 상이한 결과가 나타난 것을 알 수 있다.
도 3은 도 2에 도시된 복원 정보에서 사용된 유수 및 갈래자름 정보를 도시한 그래프이다. 각각의 유수는 흰색과 검은색의 도트(dot)로 표시되며, 갈래자름은 회색 도트로 표시된다. 도 1 및 도 3을 비교하면, 복원 정보에서는 대상 물체의 가운데 위치한 사각형 돌출부(1)와, 사각형 돌출부(1)의 각 변에 인접하여 위치한 얇은 사각형 돌출부(2)가 서로 올바르게 구분되지 않았음을 알 수 있다.
도 4는 도 2에 도시된 복원 정보에서 72행(4)을 따른 복원 정보 및 도 1에 도시된 물체의 원본 위상정보에서 72행(4)의 정보를 도시한 그래프이다. 72행(4)에 해당하는 정보는 사각형 돌출부(1)와 얇은 사각형 형태의 돌출부(2) 사이의 행으로써, 돌출부가 없는 곡면에 해당하는 부분이다. 따라서, 복원된 정보에서도 곡면 형태의 정보만이 존재하여야 한다. 그러나, 도 4에 도시되는 바와 같이, 골드스타인 알고리즘을 사용한 결과 물체의 원본 위상정보(41)와 복원 정보(42)가 서로 상이하여 연산 결과가 잘못되었음을 알 수 있다.
그러므로, 골드스타인 알고리즘은 변화가 적은 감긴 위상정보에는 적당하지만 감긴 위상정보의 변화량이 급격하게 많아지는 경우에는 정확한 결과를 얻기 어렵다. 다른 알고리즘을 이용하여 실제 물체의 위상을 복원할 수는 있으나, 이 경우 골드스타인 알고리즘에 비해 3배 이상 연산시간이 늘어나, 대상 물체를 실시간으로 측정하는데 사용하기 어렵다는 문제점이 있다.
상기 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 본 발명은, 디지털 홀로그래피 기술에 있어서, 변화량이 큰 감긴 위상정보를 위상펼침하여 원본 위상정보를 복원하는 경우에도 상이한 불연속점이나 경계면에 위치하는 유수를 서로 연결하게 되는 문제점이 없는 분해능이 향상된 위상펼침 시스템 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 위상펼침 시스템은, 하나 이상의 픽셀을 포함하는 위상정보 이미지로부터 각 픽셀의 감긴 위상(wrapped phase)을 포함하는 감긴 위상정보를 입력받는 입력부; 상기 감긴 위상정보로부터 하나 이상의 유수(residue)의 위치를 포함하는 유수 정보를 검출하는 유수 검출부; 상기 감긴 위상정보로부터 각 픽셀과 인접한 픽셀의 위상차를 사용하여 하나 이상의 경계선을 포함하는 경계정보를 검출하는 경계정보 검출부; 검출된 경계정보에 따라 상기 하나 이상의 유수를 서로 연결한 하나 이상의 연결선을 포함하는 갈래자름(branch cut) 정보를 검출하는 갈래자름 검출부; 및 검출된 갈래자름 정보에 따라 감긴 위상정보를 적분하는 적분부를 포함하여 구성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 위상펼침 방법은, 하나 이상의 픽셀을 포함하는 위상정보 이미지로부터 각 픽셀의 감긴 위상을 포함하는 감긴 위상정보를 입력받는 단계; 상기 감긴 위상정보로부터 하나 이상의 유수의 위치를 포함하는 유수 정보를 검출하는 단계; 상기 감긴 위상정보로부터 각 픽셀과 인접한 픽셀의 위상차를 사용하여 하나 이상의 경계선을 포함하는 경계정보를 검출하는 단계; 검출된 경계정보에 따라 상기 하나 이상의 유수를 서로 연결한 하나 이상의 연결선을 포함하는 갈래자름 정보를 검출하는 단계; 및 검출된 갈래자름 정보에 따라 감긴 위상정보를 적분하는 단계를 포함하여 구성될 수 있다.
본 발명에 따른 위상펼침 시스템 및 방법을 사용하여, 위상차를 이용하여 물체의 경계정보를 검출하고 검출된 경계정보를 사용하여 갈래자름 정보를 검출함으로써, 분해능이 향상되어 구조가 복잡하거나 감긴 위상정보의 변화량이 큰 물체의 경우에도 물체의 구조를 정확하게 측정할 수 있으며, 연산 속도가 빨라 실시간 측정이 가능한 이점이 있다.
이하에서, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세히 살펴본다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 위상펼침 시스템을 도시한 블록도이다. 도시되는 바와 같이, 상기 실시예에 따른 위상펼침 시스템은 감긴 위상정보가 입력되는 입력부(100), 입력된 감긴 위상정보에서 유수 정보를 검출하는 유수 검출부(200), 위상차를 사용하여 경계정보를 검출하는 경계정보 검출부(300), 경계정보를 사용하여 갈래자름 정보를 검출하는 갈래자름 검출부(400) 및 갈래자름을 고려한 적분을 수행하여 감긴 위상정보의 위상펼침을 수행하는 적분부(500)를 포함하여 구성될 수 있다.
입력부(100)에는 대상 물체의 위상정보 이미지로부터 각 픽셀의 감긴 위상을 포함하는 감긴 위상정보가 입력되며, 입력부(100)는 미리 설정된 변수에 따라 위상정보를 입력받는다.
유수 검출부(200)는 입력된 감긴 위상정보로부터 위상 특이점 픽셀들인 유수들의 위치를 포함하는 유수 정보를 검출한다. 검출되는 유수들은 양의 유수(positive residue) 또는 음의 유수(negative residue)로 구분될 수 있다.
경계정보 검출부(300)는, 입력된 감긴 위상정보로부터 각 픽셀과 인접한 픽셀의 위상차인 위상 기울기를 통하여 대상 물체의 외곽선을 구분하는 하나 이상의 경계선을 포함하는 경계정보를 검출한다.
갈래자름 검출부(400)는 감긴 위상정보로부터 각 유수를 연결한 연결선들을 포함하는 갈래자름 정보를 검출한다. 갈래자름 검출부(400)에서는, 임의의 유수가 경계선 내에 위치할 경우 가장 인접한 동일 경계선 내의 유수와 서로 직선 연결하여 연결선을 형성하거나, 경계선을 따라 연결하여 경계선과 같은 위치에 연결선을 형성하며, 임의의 유수가 경계선 외에 위치하거나 동일한 경계선 내에 다른 유수가 없을 경우에는 인접한 유수와 서로 연결하여 연결선을 형성한다.
적분부(500)는 검출된 갈래자름 정보를 고려하여, 갈래자름 정보를 제외한 나머지 영역에 대하여 적분을 수행함으로써 감긴 위상정보를 위상펼침하여 복원 정보를 얻는다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 위상펼침 방법의 각 단계를 도시한 순서도이다. 도시되는 바와 같이, 상기 실시예에 따른 위상펼침 방법은 물체의 위상정보 이미지로부터 각 픽셀의 감긴 위상을 포함하는 감긴 위상정보가 입력부(100)에 입력되는 것으로 시작된다(S1). 입력부(100)에는 픽셀 당 정보량(bitflags) 등 감긴 위상의 입력에 필요한 변수가 미리 설정되어 있으며, 입력부(100)는 설정된 변수에 따라 감긴 위상정보를 입력받는다.
입력부(100)에 감긴 위상정보가 입력되면, 유수 검출부(200)에서는 입력된 감긴 위상정보를 전달받아, 위상 특이점 픽셀들인 유수들의 위치를 포함하는 유수 정보를 검출한다(S2). 유수 검출부(200)에는 유수 정보의 검출을 위하여 음의 유수(negative residue) 또는 양의 유수(positive residue)와 같은 유수의 종류 및 유수 검출 조건 등의 설정 정보가 미리 저장된다. 각각의 유수는 원본 위상에 감긴 연산자(wrapping operator)를 적용하여 연산된 감긴 위상의 부호에 따라, 감긴 위상의 값이 양수이면 양의 유수이며, 음수이면 음의 유수에 해당한다.
도 7은 유수 검출부(200)에서 검출된 유수 정보를 도시한 개략도이다. 각 픽셀의 위상이 격자 형태로 도시되며, 위상 특이점 픽셀들인 양의 유수(11)와 음의 유수(12)가 각각 흰색과 검은색으로 표시된다. 각 유수의 검출 조건 및 검출 방법 등은 널리 알려진 골드스타인 알고리즘과 동일한 방법으로 수행될 수 있어, 본 명세서에서는 자세한 설명을 생략한다.
다음으로, 경계정보 검출부(300)에서는 감긴 위상정보로부터 위상 기울기를 사용하여 경계정보를 검출한다(S3). 경계정보란 대상 물체의 외곽을 구분짓는 하나 이상의 경계선을 포함하는 정보를 의미하며, 위상 기울기란 위상정보 이미지에서 임의의 픽셀과 인접한 픽셀 사이의 위상차를 의미한다. 인접한 픽셀이란 해당 픽셀을 기준으로 수직, 수평 또는 대각선 방향에서 맞닿아 있는 픽셀을 의미한다. 즉, 경계정보 검출부(300)는 감긴 위상정보로부터 각 픽셀과 인접한 픽셀들과의 위상차가 미리 설정된 기준값 이상인 경계선들을 검출한다. 도 8에는 전술한 유수 정보(11, 12)와 더불어, 경계정보 검출부(300)에서 하나 이상의 경계선(15)을 포함하는 경계정보가 도시된다.
본 발명의 일 실시예에서, 경계정보 검출부(300)는 임의의 픽셀과 인접한 픽셀과의 위상차가 최고 위상값의 49.4% 이상인 것을 기준으로 하여 경계정보에 포함되는 경계선들을 검출할 수도 있다. 위상정보로 사용될 수 있는 이미지 정보는 감긴 위상(Φ)을 -π≤Φ＜π 또는 -π≤Φ≤π의 범위로 표현할 수 있기 때문이다. 반면, 전하 결합 소자(CCD; Charge Coupled Device) 또는 기타 수단에 의하여 취득된 디지털화된 위상정보 이미지는 일반적으로 8 비트(bit)의 그레이 스케일(gray scale) 이미지로 표현되며 256단계의 값을 가지게 된다.
따라서, 감긴 위상의 범위는 0≤Φ＜255 또는 0≤Φ≤255 로 표현될 수 있으며, 최대 위상값의 1/2값은 127 또는 126이 될 수 있다. 이때, 최고 위상값의 1/2값을 포함하여 그 이상의 위상차를 가지는 경우를 경계선 내에 포함하기 위하여, 임의의 픽셀과 인접한 픽셀 사이의 위상차가 최고 위상값의 49.4% 이상일 경우 양 픽셀 사이에 경계선을 설정하는 것이 바람직하다.
경계정보가 검출되면, 갈래자름 검출부(400)에서는 검출된 경계정보를 사용 하여 각 유수를 연결한 하나 이상의 연결선을 포함하는 갈래자름 정보를 검출한다(S4). 본 발명의 제1 실시예에서, 갈래자름 검출부(400)는 경계정보 검출부(300)에서 검출된 각 경계선 내에 위치하는 유수들에 대해서는 동일한 경계선 내에서 최단 거리에 위치한 다른 유수와 직선 연결함으로써 연결선을 형성한다. 반면, 경계선의 밖에 존재하는 유수들 또는 동일한 경계선 내에 다른 유수가 존재하지 않는 유수들에 대해서는 널리 알려진 골드스타인 알고리즘과 동일한 방법으로 최단 거리에 위치한 다른 유수와 연결하여 연결선을 형성한다.
반면 본 발명의 제2 실시예에서는, 갈래자름 검출부(400)는 경계정보 검출부(300)에서 검출된 각 경계선 내에 위치하는 유수들에 대해서는 동일한 경계선 내에서 최단 거리에 위치한 다른 유수와 경계선을 따라 연결하여, 경계선상에 위치한 연결선을 형성한다. 경계선 밖에 존재하는 유수들 또는 동일한 경계선 내에 다른 유수가 존재하지 않는 유수들에 대해서는 최단 거리에 위치한 다른 유수와 연결하여 연결선을 형성한다.
제1 실시예 및 제2 실시예에 있어서, 갈래자름 검출부(400)는 경계선의 밖에 존재하거나 동일한 경계선 내에 다른 유수가 존재하지 않는 유수들에 대해서는, 인접한 유수가 서로 상이한 위상 부호를 가지는 유수 쌍극자(dipole residue)들을 제외한 나머지 유수 중 최단 거리에 위치한 다른 유수와 연결하여 연결선을 형성할 수도 있다.
도 9 내지 도 11은 각각 도 1에 도시된 원본 위상정보의 일부분(10)에서 골드스타인 알고리즘, 본 발명의 제1 실시예 및 제2 실시예에 따라 검출된 갈래자름 정보를 도시한다. 도 9에 도시되는 바와 같이, 골드스타인 알고리즘에서는 유수 쌍극자(13)를 제외한 나머지 유수(11, 12)들을 서로 연결하여, 사각형들(14)로 도시되는 갈래자름 정보를 검출하였다. 반면, 본 발명의 제1 실시예에서는 도 10에 도시되는 바와 같이 각각의 경계선(15)에 속하는 유수들은 각 경계선(15) 내에서 가장 인접한 유수와 서로 연결함으로써, 사각형들(16)로 도시되는 갈래자름 정보를 검출하였다. 한편, 본 발명의 제2 실시예에서는 도 11에 도시되는 바와 같이 각 경계선(15) 내에서 가장 인접한 유수들을 각 경계선(15)을 따라 연결하여, 각 경계선(15)상에 위치한 사각형들(16)로 도시되는 갈래자름 정보를 검출하였다.
도 9에 도시된 골드스타인 알고리즘에 따른 결과에서는 원본 위상정보의 가운데에 위치한 사각형 돌출부(1)와 얇은 사각형 형태의 돌출부(2)가 올바르게 분리되지 않으며, 하나의 돌출부에 의한 유수들이 상이한 돌출부에 의한 유수들과 서로 연결되었다. 반면, 도 10에 도시된 본 발명의 제1 실시예에 따른 결과에서는 사각형 돌출부(1)에 의한 유수들끼리 서로 연결되고, 얇은 사각형 형태의 돌출부(2)에 의한 유수들끼리 서로 연결되어 두 개의 돌출부(1, 2)에 의한 결과가 명확하게 분리되어 검출되는 것을 알 수 있다. 나아가, 도 11에 도시된 제2 실시예에 따른 결과에서는 두 개의 돌출부(1, 2)의 모서리 부분이 더욱 명확하게 구분되었다.
갈래자름 검출부(400)에서 검출된 갈래자름 정보는 적분부(500)로 전달되며, 적분부(500)에서는 갈래자름 정보에 포함된 연결선들을 제외한 나머지 영역에 대하여 적분을 수행함으로써 감긴 위상정보를 위상펼침한다(S5). 적분부(500)에서의 적분 과정은 널리 알려진 골드스타인 알고리즘과 동일하게 수행될 수 있으므로, 본 명세서에서는 자세한 설명을 생략한다.
도 12는 본 발명의 제1 실시예에 따라 적분부(500)에서 위상펼침된 복원 정보를 도시한 그래프이다. 도 2에 도시되는 종래 기술인 골드스타인 알고리즘에 따라 복원된 복원 정보와 달리, 도 12에 도시되는 복원 정보에서는 물체의 위상정보에서 돌출된 사각형(1)의 각 꼭지점 부분에서 오류가 발생하지 않고 정상적으로 물체의 원본 위상정보가 복원된 것을 알 수 있다. 따라서, 종래 기술에 비해볼 때 구조가 복잡한 물체를 측정하는 경우에도 정확한 측정이 가능하여, 분해능이 향상되었음을 알 수 있다.
다만, 도 12에 도시되는 복원 정보의 경우 위상정보에서 가운데에 위치한 사각형 돌출부(1) 및 얇은 사각형 돌출부(2)의 각 모서리 부분은 사각형 형태로 복원되지 않고 부정확하게 위상펼침되었다. 한편, 도 13은 본 발명의 제2 실시예에 따라 위상펼침된 복원 정보를 도시한다. 도 13에 도시되는 복원 정보에서는 각 돌출부(1, 2)의 모서리 부분에서도 원본 위상정보의 형태가 올바르게 복원되어 제1 실시예에 비해 더욱 향상된 결과를 보이는 것을 알 수 있다.
도 14는 도 12에 도시된 복원 정보에서 사용된 유수 및 갈래자름 정보를 도시한 그래프이다. 각각의 유수는 흰색과 검은색의 도트(dot)로 표시되며, 갈래자름은 회색 도트로 표시된다. 도 3에 도시되는, 종래 기술인 골드스타인 알고리즘에 따라 검출된 유수 및 갈래자름 정보와 달리, 도 14에 도시되는 복원 정보에서는 물체의 위상정보에서 돌출된 사각형(1) 및 돌출된 사각형(1)의 각 변에 인접하여 위치한 얇은 사각형 돌출부(2)들이 명확하게 구분되어 검출되는 것을 알 수 있다.
다만, 도 12에서와 마찬가지로 도 14에 도시되는 갈래자름 정보에서 각 돌출부(1, 2)의 모서리 부분은 사선 형태로 부정확하게 갈래자름되었다. 한편, 도 15는 도 13에 도시된 복원 정보에서 사용된 유수 및 갈래자름 정보를 도시한 그래프이다. 도 13에서와 마찬가지로, 도 15에 도시되는 갈래자름 정보에서는 각 돌출부(1, 2)의 모서리 부분에서도 원본 위상정보의 형태가 올바르게 구분되었음을 알 수 있다.
도 16은 도 12 및 도 13에 도시된 복원 정보에서 72행(4) 방향의 복원 정보를 종래 기술과 비교하여 도시한 그래프이다. 도 4와 관련하여 전술한 바와 같이, 물체의 원본 위상정보를 나타내는 그래프(41)와 종래 기술인 골드스타인 알고리즘에 의한 복원 정보(42)는 상이하다. 반면, 본 발명에 따른 72행(4)의 복원 정보(43)는 물체의 원본 위상정보(41)와 동일한 곡면 형태를 보여, 종래 기술에 따를 경우 발생하는 오차가 제거되었음을 알 수 있다.
하기 표 1은 종래 기술은 골드스타인 알고리즘과 본 발명의 제1 및 제2 실시예에 따라 복원된 복원 정보에서의 오류 결과를 비교하여 나타낸 표이다.
Figure 112007057598656-pat00001
표 1에 나타나는 바와 같이, 종래 기술과 비교하여 본 발명의 제1 및 제2 실시예에 따른 복원 정보가 현저하게 낮은 오류를 가지는 것을 알 수 있다.
이상 본 발명의 특정 실시예를 도시하고 설명하였으나, 본 발명의 기술사상은 첨부된 도면과 상기한 설명내용에 한정하지 않으며 본 발명의 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 형태의 변형이 가능함은 이 분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 자명한 사실이며, 이러한 형태의 변형은, 본 발명의 정신에 위배되지 않는 범위 내에서 본 발명의 특허청구범위에 속한다고 볼 것이다.　
도 1은 물체의 원본 위상정보를 도시한 그래프이다.
도 2는 도 1에 도시된 원본 위상정보로부터 얻어진 감긴 위상정보를 종래 기술에 따라 복원한 복원 정보를 도시한 그래프이다.
도 3은 도 2에 도시된 복원 정보에서 사용된 유수 정보 및 갈래자름 정보를 도시한 그래프이다.
도 4는 도 2에 도시된 복원 정보에서 하나의 행 방향의 복원 정보를 도시한 그래프이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 위상펼침 시스템의 구성을 도시한 블록도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 위상펼침 방법의 각 단계를 도시한 순서도이다.
도 7은 감긴 위상정보로부터 검출된 유수 정보를 도시한 개략도이다.
도 8은 감긴 위상정보로부터 검출된 유수 정보 및 본 발명의 일 실시예에 따라 검출된 경계정보를 도시한 개략도이다.
도 9는 감긴 위상정보로부터 종래 기술에 따라 검출된 유수 정보 및 갈래자름 정보를 도시한 개략도이다.
도 10은 감긴 위상정보로부터 본 발명의 제1 실시예에 따라 검출된 유수 정보, 경계정보 및 갈래자름 정보를 도시한 개략도이다.
도 11은 감긴 위상정보로부터 본 발명의 제2 실시예에 따라 검출된 유수 정 보, 경계정보 및 갈래자름 정보를 도시한 개략도이다.
도 12는 본 발명의 제1 실시예에 따라 복원된 복원 정보를 도시한 그래프이다.
도 13은 본 발명의 제2 실시예에 따라 복원된 복원 정보를 도시한 그래프이다.
도 14는 도 12에 도시된 복원 정보에서 사용된 유수 정보 및 갈래자름 정보를 도시한 그래프이다.
도 15는 도 13에 도시된 복원 정보에서 사용된 유수 정보 및 갈래자름 정보를 도시한 그래프이다.
도 16은 도 12 및 도 13에 도시된 복원 정보에서 하나의 행 방향의 복원 정보를 종래 기술에 의한 복원 정보와 비교하여 도시한 그래프이다.

Claims (14)

  1. 하나 이상의 픽셀을 포함하는 위상정보 이미지로부터 각 픽셀의 감긴 위상(wrapped phase)을 포함하는 감긴 위상정보를 입력받는 입력부;
    상기 감긴 위상정보로부터 하나 이상의 유수(residue)의 위치를 포함하는 유수 정보를 검출하는 유수 검출부;
    상기 감긴 위상정보로부터 각 픽셀과 인접한 픽셀의 위상차를 사용하여 하나 이상의 경계선을 포함하는 경계정보를 검출하는 경계정보 검출부;
    검출된 경계정보에 따라 상기 하나 이상의 유수를 서로 연결한 하나 이상의 연결선을 포함하는 갈래자름(branch cut) 정보를 검출하는 갈래자름 검출부; 및
    검출된 갈래자름 정보에 따라 감긴 위상정보를 적분하는 적분부를 포함하는 것을 특징으로 하는 위상펼침(phase unwrapping) 시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 경계정보 검출부는,
    상기 각 픽셀과 인접한 픽셀의 위상차가 미리 설정된 값 이상일 경우 상기 각 픽셀과 인접한 픽셀 사이에 경계선을 설정하는 것을 특징으로 하는 위상펼침 시스템.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 미리 설정된 값은 상기 위상정보 이미지에서 사용 가능한 최대 위상값의 49.4% 인 것을 특징으로 하는 위상펼침 시스템.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 갈래자름 검출부는,
    상기 하나 이상의 경계선 내에 위치한 유수를 동일한 경계선 내에서 가장 인접한 유수와 연결하여 상기 연결선을 형성하며,
    상기 하나 이상의 경계선 내에 위치하지 않거나, 상기 하나 이상의 경계선 내에 위치하나 동일한 경계선 내에 다른 유수가 존재하지 않는 유수를, 가장 인접한 유수와 연결하여 상기 연결선을 형성하는 것을 특징으로 하는 위상펼침 시스템.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 갈래자름 검출부는,
    상기 하나 이상의 경계선 내에 위치한 유수를 동일한 경계선 내에서 가장 인접한 유수와 직선으로 연결하여 상기 연결선을 형성하는 것을 특징으로 하는 위상펼침 시스템.
  6. 제 4항에 있어서,
    상기 갈래자름 검출부는,
    상기 하나 이상의 경계선 내에 위치한 유수를 동일한 경계선 내에서 가장 인 접한 유수와 상기 동일한 경계선을 따라 연결하여, 상기 동일한 경계선상에 위치한 연결선을 형성하는 것을 특징으로 하는 위상펼침 시스템.
  7. 제 4항에 있어서,
    상기 갈래자름 검출부는,
    상기 하나 이상의 경계선 내에 위치하지 않거나, 상기 하나 이상의 경계선 내에 위치하나 동일한 경계선 내에 다른 유수가 존재하지 않는 유수를, 상이한 부호를 갖는 2개의 인접한 유수들을 포함하는 유수 쌍극자(dipole residue)를 제외한 나머지 유수들 중 가장 인접한 유수와 연결하여 상기 연결선을 형성하는 것을 특징으로 하는 위상펼침 시스템.
  8. 하나 이상의 픽셀을 포함하는 위상정보 이미지로부터 각 픽셀의 감긴 위상을 포함하는 감긴 위상정보를 입력받는 단계;
    상기 감긴 위상정보로부터 하나 이상의 유수의 위치를 포함하는 유수 정보를 검출하는 단계;
    상기 감긴 위상정보로부터 각 픽셀과 인접한 픽셀의 위상차를 사용하여 하나 이상의 경계선을 포함하는 경계정보를 검출하는 단계;
    검출된 경계정보에 따라 상기 하나 이상의 유수를 서로 연결한 하나 이상의 연결선을 포함하는 갈래자름 정보를 검출하는 단계; 및
    검출된 갈래자름 정보에 따라 감긴 위상정보를 적분하는 단계를 포함하는 것 을 특징으로 하는 위상펼침 방법.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 경계정보를 검출하는 단계는,
    상기 각 픽셀과 인접한 픽셀의 위상차가 미리 설정된 값 이상일 경우 상기 각 픽셀과 인접한 픽셀 사이에 경계선을 설정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 위상펼침 방법.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 미리 설정된 값은 상기 위상정보 이미지에서 사용 가능한 최대 위상값의 49.4% 인 것을 특징으로 하는 위상펼침 방법.
  11. 제 8항에 있어서,
    상기 갈래자름 정보를 검출하는 단계는,
    상기 하나 이상의 경계선 내에 위치한 유수를 동일한 경계선 내에서 가장 인접한 유수와 연결하여 상기 연결선을 형성하는 단계 (a); 및
    상기 하나 이상의 경계선 내에 위치하지 않거나, 상기 하나 이상의 경계선 내에 위치하나 동일한 경계선 내에 다른 유수가 존재하지 않는 유수를, 가장 인접한 유수와 연결하여 상기 연결선을 형성하는 단계 (b)를 포함하는 것을 특징으로 하는 위상펼침 방법.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 단계 (a)는,
    상기 하나 이상의 경계선 내에 위치한 유수를 동일한 경계선 내에서 가장 인접한 유수와 직선으로 연결하여 상기 연결선을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 위상펼침 방법.
  13. 제 11항에 있어서,
    상기 단계 (a)는,
    상기 하나 이상의 경계선 내에 위치한 유수를 동일한 경계선 내에서 가장 인접한 유수와 상기 동일한 경계선을 따라 연결하여, 상기 동일한 경계선상에 위치한 연결선을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 위상펼침 방법.
  14. 제 11항에 있어서,
    상기 단계 (b)는,
    상기 하나 이상의 경계선 내에 위치하지 않거나, 상기 하나 이상의 경계선 내에 위치하나 동일한 경계선 내에 다른 유수가 존재하지 않는 유수를, 상이한 부호를 갖는 2개의 인접한 유수들을 포함하는 유수 쌍극자를 제외한 나머지 유수들 중 가장 인접한 유수와 연결하여 상기 연결선을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 위상펼침 방법.
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