利用高维亮度信息的条纹图像的相位分布分析方法、装置及其程序的制作方法
【专利摘要】条纹图像相位分布分析技术中，通过时间亮度信息或者空间亮度信息的其中一个的一维离散傅里叶变换来计算相位，但由于测定对象物的反射率的极端性的明暗，所取得的条纹图像的对比度(SN比)差，相位分布分析结果中产生较大的误差，或在测量中由于环境振动或相位偏移设备的性能而相位偏移量中包含误差的情况下也产生较大测量误差，所以希望提高相位分布分析精度。通过根据高维亮度数据进行间隔剔除和图像插值处理，生成多张相位偏移了的云纹条纹图像，通过二维或三维离散傅里叶变换求得云纹条纹的相位分布。进而，通过加上间隔剔除的相位分布，求得原来的条纹图像本身的相位分布。由于使用存在于时空间的高维亮度信息，难以受到随机噪声和振动的影响，即使在测量条件差的情况下，也能够高精度地进行相位分布分析。
【专利说明】利用高维亮度信息的条纹图像的相位分布分析方法、装置 及其程序
【技术领域】
[0001] 本发明涉及对于一张或多张相位偏移了的条纹图像，分析根据存在于时空间的高 维亮度信息生成的云纹（Moir6)条纹的相位信息，从而能够应用于与以往相比高精度的测 定的条纹图像的相位分布分析方法以及使用该方法的条纹图像的相位分布分析装置的技 术。
【背景技术】
[0002] 条纹图像的相位分析技术在多个领域中被活用。通过将栅格图样投影到测定对象 物表面，分析从照相机拍摄到的根据物体的高度而歪斜的栅格图像的相位，从而进行高精 度的三维形状变形测量。存在根据利用基于光的干涉现象的激光的各种干涉仪的干涉条纹 分析，测定光学部件的微小的光学特性的不同、透明材料的厚度、折射率的分布、倾斜角度 的技术。此外，还存在根据基于电子全息（holography)的条纹图像来分析电磁场的技术。 进而，在医疗领域中，也需要在再生医疗工学中对作为产品的细胞的组织质量（细胞的立 体像）非侵入地进行测量。此时，例如存在使用由FK光学研究所的远藤润二氏开发的相位 偏移激光显微镜的情况。能够根据一张或多张相位被偏移了的条纹图像来高精度且快速地 进行分析的方法以及分析装置变得非常重要。
[0003] 为了定量地求得测定对象的物理量（形状、变形、翘曲或折射率等），需要高精 度地提取条纹的相位信息。为了根据条纹图像而提取相位信息，作为以往的方法，存在 FFT(傅里叶变换）法、小波变换（wavelet)法、相位偏移法等。在这些相位分析方法中，分 为利用时间性亮度信息来分析条纹图像的相位的"时间性相位分析方法"和利用空间性亮 度信息来分析条纹图像的相位的"空间性相位分析方法"。由于空间性分析方法能够根据一 张条纹栅格图像计算相位分布，所以面向动态测量。另一方面，由于时间性分析方法能够按 照相机的每个像素计算相位，所以面向高分辨率的分析。
[0004] 以往，作为时间性分析方法之一提出了相位偏移法（非专利文献1)。相位偏移法 是根据具有下式所示的亮度分布I (X，y ;t)的τ张数字图像数据（以后，将拍摄到的具有栅 格图样的数字图像简称为"条纹图像"）求得相位分布的方法。
[0005] [数 1]
[0006]
【权利要求】
1. 一种条纹图像的相位分布分析方法，用于计算将物体表面上的条纹图样通过在水平 方向以及垂直方向上配置了拍摄元件的光学数字照相机拍摄而得到的条纹图像的相位分 布，其特征在于，具有 ： 拍摄一张或者偏移时间相位而拍摄多张所述物体表面上的条纹图样，取得二维条纹图 像或者将多张二维条纹图像按照时序配置而构成的三维条纹图像的步骤； 对所述一张二维条纹图像或者所述三维条纹图像的亮度数据至少进行间隔剔除处理， 生成相位被偏移了的多张云纹条纹图像的步骤； 对所述相位被偏移了的云纹条纹图像使用快速傅里叶变换或者离散傅里叶变换求得 水平方向或者垂直方向的云纹条纹图像的相位分布的步骤；以及 对所述相位分布的各点的值加上所述间隔剔除处理中的该间隔剔除点的相位的值，计 算所述物体上的条纹图样图像的相位分布的步骤。
2. 如权利要求1所述的条纹图像的相位分布分析方法，其特征在于， 取得所述二维条纹图像的步骤是如下步骤： 拍摄相对于所述光学数字照相机的拍摄元件的水平以及垂直的配置而在所述物体表 面上在一个方向上或者相互正交的两个方向上倾斜配置的所述条纹图样，取得二维条纹图 像的步骤， 生成所述相位被偏移了的多张云纹条纹图像的步骤由以下步骤构成： 对所述二维条纹图像在水平方向和垂直方向上分别按Μ像素和N像素的等间隔的像素 依次改变水平方向和垂直方向的起点的像素的同时，各进行Μ次以及Ν次的间隔剔除处理 的子步骤，其中，Μ和Ν都为3以上的整数；以及 对通过所述间隔剔除处理得到的水平或者垂直方向的各个间隔剔除图像进行亮度值 的插值处理，生成ΜΧΝ张云纹条纹图像的子步骤。
3. 如权利要求1所述的条纹图像的相位分布分析方法，其特征在于， 取得所述三维条纹图像的步骤是如下步骤： 偏移时间相位而拍摄Τ张相对于所述光学数字照相机的拍摄元件的水平以及垂直的 配置而在所述物体表面上在水平方向或者垂直方向上配置的、或者在水平方向和垂直方向 上以栅格状配置的所述条纹图样，取得相位被偏移了的多张二维条纹图像的步骤，其中，Τ 为3以上的整数， 生成所述相位被偏移了的多张云纹条纹图像的步骤由以下步骤构成： 具有在所述栅格状的条纹图样的亮度振幅分布不是一定的情况下，使用通过相位偏移 法计算出的亮度振幅和背景亮度分布，将偏移了所述时间相位的Τ张二维条纹图像变换为 亮度振幅成为一定的归一化后的Τ张二维条纹图像的前处理子步骤，且对所述亮度振幅为 一定的偏移方向了时间相位的Τ张二维条纹图像的各个，在水平方向或者垂直方向上按照 Μ像素的等间隔的像素进行采样的间隔剔除处理子步骤；以及 对通过所述间隔剔除处理得到的水平或者垂直方向的Μ张间隔剔除处理图像的各个 进行亮度值的插值处理，生成MX Τ张云纹条纹图像的子步骤。
4. 如权利要求1所述的条纹图像的相位分布分析方法，其特征在于， 取得所述三维条纹图像的步骤是如下步骤： 偏移时间相位而拍摄T张相对于所述光学数字照相机的拍摄元件的水平以及垂直的 配置而在所述物体表面上在一个方向上倾斜配置或者在相互正交的两个方向上以栅格状 倾斜配置的所述条纹图样，取得相位被偏移了的多张二维条纹图像的步骤，其中，T为3以 上的整数， 生成所述相位被偏移了的多张云纹条纹图像的步骤是应用以下子步骤，从而关于偏移 了时间相位的T张，生成MX NX T张云纹条纹图像的步骤： 具有只要是在所述条纹图样的亮度振幅分布不是一定的情况下，就使用通过相位偏移 法计算出的亮度振幅和背景亮度分布，将偏移了所述时间相位的T张二维条纹图像变换为 亮度振幅成为一定的归一化后的T张二维条纹图像的前处理子步骤，且对所述亮度振幅为 一定的各个二维条纹图像在水平方向和垂直方向上分别按照Μ像素和N像素的等间隔的像 素依次改变水平方向和垂直方向的起点的像素的同时，各进行Μ次以及Ν次的间隔剔除处 理的子步骤；以及 对通过所述间隔剔除处理得到的水平或者垂直方向的各个间隔剔除图像，进行亮度值 的插值处理而生成ΜΧΝ张云纹条纹图像的子步骤。
5. -种测量装置，用于测量构造物的三维形状、位移、翘曲的分布，其特征在于， 实施权利要求1至权利要求4的任一项所述的条纹图像的相位分布分析方法。
6. -种测量装置，测量光学部件、透明物体的厚度、或者折射率的分布或倾斜角度，其 特征在于， 实施权利要求1至权利要求4的任一项所述的条纹图像的相位分布分析方法。
7. -种测量装置，进行基于超声波影像化图像的相位信息的被检体的缺陷检测、基于 异常位移的检测的滑坡探测、以及基础设施构造物的健全性评价，其特征在于， 实施权利要求1至权利要求4的任一项所述的条纹图像的相位分布分析方法。
8. -种测量装置，对生物的细胞组织非侵入地进行分析以及评价，其特征在于， 实施权利要求1至权利要求4的任一项所述的条纹图像的相位分布分析方法。
9. 一种程序，用于条纹图像的相位分布分析，其特征在于， 执行权利要求1至权利要求4的任一项所述的过程。
【文档编号】G01B11/25GK104160241SQ201280071189
【公开日】2014年11月19日 申请日期:2012年12月20日 优先权日:2012年3月14日
【发明者】李志远 申请人:独立行政法人产业技术总合研究所