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(In Japanese)デジタルホログラフィ装置、及びデジタルホログラフィによる画像生成方法

Patent code P140010329
Posted date Feb 25, 2014
Application number P2013-500973
Patent number P5891566
Date of filing Feb 14, 2012
Date of registration Mar 4, 2016
International application number JP2012053436
International publication number WO2012114947
Date of international filing Feb 14, 2012
Date of international publication Aug 30, 2012
Priority data
  • P2011-040820 (Feb 25, 2011) JP
Inventor
  • (In Japanese)粟辻 安浩
  • (In Japanese)夏 鵬
  • (In Japanese)田原 樹
Applicant
  • National University Corporation Kyoto Institute of Technology
Title (In Japanese)デジタルホログラフィ装置、及びデジタルホログラフィによる画像生成方法
Abstract (In Japanese)0次回折光を正確に除去して強度ムラを補正し、被写体を高精度に計測することができるデジタルホログラフィ装置(1)は、偏光子アレイ6が装着された撮像素子7に記録された偏光子アレイホログラムから、位相シフト量が同じ成分をそれぞれ抽出して生成した第1ホログラム及び第2ホログラムを生成するホログラム生成部(26)と、第1ホログラムを複数の第1領域に分割し、第2ホログラムを複数の第2領域に分割する分割部(3)と、第1ホログラムの第1領域における強度の第1平均値と、第2ホログラムの第1領域に対応する第2領域における強度の第2平均値とを比較する比較部(4)と、第1平均値と第2平均値とが異なるときに、第1平均値と第2平均値とが等しくなるように、第1平均値と第2平均値との少なくとも一方を補正する補正部(5)とを備える。
Outline of related art and contending technology (In Japanese)

以後の文章中で位相の単位はラジアンで表す。加工技術の精密化や多様化に伴い、物体の3次元形状等の高度な計測や解析が求められ、様々な測定法が開発されている。該測定法のうち、光の干渉を利用した干渉計測技術、特にデジタルホログラフィは、非接触かつ非破壊で、物体の3次元情報を得ることができるため、近年、注目を集めている測定法の一つとなっている。

デジタルホログラフィは、3次元物体への光照射によって得られる干渉パターン(干渉縞)から、コンピュータを用いて3次元物体の像を再生する技術である。具体的には例えば、3次元物体への光照射によって得られる物体光と、該物体光に対して可干渉である参照光とが作る干渉パターンを、CCD(charge coupled device)等の撮像素子を用いて記録する。記録された干渉パターンに基づいて、コンピュータで回折を計算し、3次元物体の像を再生する。

本発明者らは、光源から出射された光を、その進行方向に垂直な平面上において互いに位相が異なる2種類の参照光に分割する偏光子アレイをCCDカメラの撮像面に貼り付ける等の装着する構成を備え、1回の撮影により、被写体の再生画像の画質を向上させたデジタルホログラフィ装置を提案している(特許文献1)。

また本発明者らは、物体光を互いに偏光方向が異なる2種類の物体光に分割し、それぞれの伝播方向に角度差を生じさせる偏光分割部と、第1偏光子領域および第2偏光子領域が複数配置され、参照光と、被写体を介して到達する物体光とを透過させる偏光子アレイ部とを設けることにより、1回の撮像でその瞬間の深い奥行き範囲の高精度3次元情報を得ることができるデジタルホログラフィ装置を提案している(特許文献2)。

Field of industrial application (In Japanese)

はじめに、本明細書においては、偏光子アレイが装着された撮像素子の各画素に記録されて、参照光の位相シフト量が異なる2種類以上のホログラム情報を含む1枚のホログラムを、偏光子アレイホログラムと定義する。本発明は、この偏光子アレイホログラムから、位相シフト量が同じ成分をそれぞれ抽出した第1ホログラム及び第2ホログラムに基づいて、被写体の再生像を生成するデジタルホログラフィ装置、及びデジタルホログラフィによる画像生成方法に関する。

Scope of claims (In Japanese)
【請求項1】
 
偏光子アレイが装着された撮像素子の画素に記録されて、参照光の位相シフト量が異なる2種類以上のホログラム情報を含む偏光子アレイホログラムから、前記位相シフト量が同じ成分をそれぞれ抽出して生成した第1ホログラム及び第2ホログラムを生成するホログラム生成部と、
前記第1ホログラムを複数の第1領域に分割し、前記第2ホログラムを前記複数の第1領域の分割パターンと同じ分割パターンにより複数の第2領域に分割する分割部と、
前記第1ホログラムの前記第1領域における強度の第1平均値と、前記第2ホログラムの前記第1領域に対応する第2領域における強度の第2平均値とを比較する比較部と、
前記第1平均値と前記第2平均値とが異なるときに、0次回折光強度が正確に除去されるように、前記第1ホログラムの前記第1領域における強度と前記第2ホログラムの前記第1領域に対応する第2領域における強度との少なくとも一方を補正する補正部とを備えたことを特徴とするデジタルホログラフィ装置。

【請求項2】
 
前記補正部は、前記第1平均値が前記第2平均値よりも大きいときに、0次回折光強度が正確に除去されるように、前記第1ホログラムの前記第1領域における強度を補正する請求項1記載のデジタルホログラフィ装置。

【請求項3】
 
前記分割部は、前記複数の第1領域の分割パターンと同じ分割パターンにより参照光を複数の参照光領域に分割し、
前記補正部は、前記第1平均値が前記第2平均値よりも大きいときに、前記第1領域と前記第1領域に対応する前記第2領域との少なくとも一方の参照光領域における強度を補正する請求項1記載のデジタルホログラフィ装置。

【請求項4】
 
前記分割部により前記第1ホログラムで分割された複数の第1領域は、マトリックス状に配置されている請求項1記載のデジタルホログラフィ装置。

【請求項5】
 
前記分割部により前記第1ホログラムで分割された複数の第1領域は、ホログラムの画素数512×512ピクセルに対して6行×6列に配置されている請求項1記載のデジタルホログラフィ装置。

【請求項6】
 
偏光子アレイが装着された撮像素子の画素に記録されて、参照光の位相シフト量が異なる2種類以上のホログラム情報を含む偏光子アレイホログラムから、前記位相シフト量が同じ成分をそれぞれ抽出して生成した第1ホログラム及び第2ホログラムを生成するホログラム生成ステップと、
前記第1ホログラムを複数の第1領域に分割し、前記第2ホログラムを前記複数の第1領域の分割パターンと同じ分割パターンにより複数の第2領域に分割する分割ステップと、
前記第1ホログラムの前記第1領域における強度の第1平均値と、前記第2ホログラムの前記第1領域に対応する第2領域における強度の第2平均値とを比較する比較ステップと、
前記第1平均値と前記第2平均値とが異なるときに、0次回折光強度が正確に除去されるように、前記第1ホログラムの前記第1領域における強度と前記第2ホログラムの前記第1領域に対応する第2領域における強度との少なくとも一方を補正する補正ステップとを包含することを特徴とするデジタルホログラフィによる画像生成方法。

【請求項7】
 
偏光子アレイが装着された撮像素子の画素に記録されて、参照光の位相シフト量が異なる2種類以上のホログラム情報を含む偏光子アレイホログラムから、前記位相シフト量が同じ成分をそれぞれ抽出して生成した第1ホログラム及び第2ホログラムを生成するホログラム生成部と、
前記第1ホログラムを複数の第1領域に分割し、前記第2ホログラムを前記複数の第1領域の分割パターンと同じ分割パターンにより複数の第2領域に分割する分割部と、
前記第1ホログラムの前記第1領域と及び前記第2ホログラムの前記第2領域との少なくとも一方における強度の補正値を変えながら、前記第1及び前記第2ホログラムに基づいて、位相シフト法の演算及び回折積分により複数の再生像群を生成する再生像群生成部と、
前記複数の再生像群から0次回折光の重畳が最小の再生像を選択し、前記選択した再生像の前記補正値を求める選択部とを備えたことを特徴とするデジタルホログラフィ装置。

【請求項8】
 
偏光子アレイが装着された撮像素子の画素に記録されて、参照光の位相シフト量が異なる2種類以上のホログラム情報を含む偏光子アレイホログラムから、前記位相シフト量が同じ成分をそれぞれ抽出して生成した第1ホログラム及び第2ホログラムを生成するホログラム生成ステップと、
前記第1ホログラムを複数の第1領域に分割し、前記第2ホログラムを前記複数の第1領域の分割パターンと同じ分割パターンにより複数の第2領域に分割する分割ステップと、
前記第1ホログラムの前記第1領域と及び前記第2ホログラムの前記第2領域との少なくとも一方における強度の補正値を変えながら、前記第1及び前記第2ホログラムに基づいて、位相シフト法の演算及び回折積分により複数の再生像群を生成する再生像群生成ステップと、
前記複数の再生像群から0次回折光の重畳が最小の再生像を選択し、前記選択した再生像の前記補正値を求める選択ステップとを包含することを特徴とするデジタルホログラフィによる画像生成方法。
IPC(International Patent Classification)
F-term
Drawing

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JP2013500973thum.jpg
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