JP6490219B2 - デジタルホログラフィにおけるオートフォーカスシステムおよびオートフォーカス方法 - Google Patents
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Description
この方法は、前記少なくとも1つのオブジェクトのホログラフィ画像を再構成して、例えば互いに異なる複数の焦点深度で再構成画像を提供するステップを含んでいる。
例えば、前記再構成画像は、複数の二次元再構成ホログラフィ画像(それぞれ、前記二次元ホログラフィ画像が再構成される(互いに異なる)焦点深度に対応する)を含んでいてよい。
前記再構成画像は、実数成分と虚数成分を含み、これらは協働して位相と振幅の情報をエンコードする。例えば、再構成画像は、焦点面内の波面の位相・振幅の情報をともに示す、複素数の値を持つ画像である。例えば、この波面は、リファレンス光波と相互作用することにより干渉パターンを形成しているオブジェクト光波に対応していてよい。ここで、これらの干渉パターンは、再構成されて再構成ホログラフィ画像を作っているホログラフィ原画像に記録されたものである。
この方法は、ホログラフィ画像を再構成するステップと、前記再構成画像の実部に基づいて、ある深度でオブジェクトについて第1エッジ検出を実施し、再構成画像の虚部に基づいて、前記深度で前記オブジェクトについて第2エッジ検出を実施するステップと、第1エッジ検出に関する第1の標準偏差に基づいて、前記深度で前記オブジェクトについて第1鮮明度を取得するステップと、第2エッジ検出に関する第2の標準偏差に基づいて、前記深度で前記オブジェクトについて第2鮮明度を取得するステップとを含んでいてよい。この方法は、前記第1標準偏差値および前記第2標準偏差値に基づいて、前記深度で前記オブジェクトについて鮮明度を決定するステップをさらに含んでいてよい。
したがって、第1鮮明さ測定値(例えば第1鮮明度)を取得するステップは、第1エッジ検出の結果についての第1の勾配の大きさを取得するステップと、前記第1の勾配の大きさについての第1の標準偏差を取得するステップとを含んでいてよい。
第2鮮明度を取得するステップは、前記第2エッジ検出の結果についての第2の勾配の大きさを取得するステップと、前記第2の勾配の大きさについての第2の標準偏差を取得するステップとを含んでいてよい。
前記1つ以上のプログラムは、ホログラフィ画像を再構成し、再構成画像内のオブジェクトを特定し、前記再構成画像の実部に基づいて、ある深度でオブジェクトについて第1エッジ検出を実施し、前記再構成画像の虚部に基づいて、前記深度で前記オブジェクトについて第2エッジ検出を実施し、前記第1エッジ検出に関する第1標準偏差に基づいて、前記深度で前記オブジェクトについて第1鮮明度を取得し、前記第2エッジ検出に関する第2標準偏差に基づいて、前記深度で前記オブジェクトについて第2鮮明度を取得する、ための命令を含んでいてよい。
本発明の実施形態に係る方法では、前記第1段階の鮮明度を評価するステップは、前記実部に関連する所定深度のそれぞれで、前記第1段階のエッジ検出の結果についての第1の勾配の大きさを取得するステップと、前記第1の勾配の大きさの第1の標準偏差を取得するステップとをさらに含んでいてよい。
edgeimage,real = conv(real_image, edgeoperator)
edgeimage,imaginary = conv(imaginary_image, edgeoperator)
ここで、edgeoperatorは、エッジ検出フィルタ(例えば、グラディエントの大きさについてのフィルタ(gradient magnitude filter)またはラプラシアンフィルタ、または、この技術分野で既知の他の好適なエッジ検出用畳み込みフィルタ)を示す。
例えば、
edgeclearness = std(gradientmagnitude(edgeimage))であり、または他の式で表され、
edgeclearness = std(|gradient(edgeimage)|)または他の式で表され、
edgeclearnessは、以下の値の標準偏差である。
edgeclearness,real = std(|conv(edgeclearness,real, gradientoperation)|)
edgeclearness,imaginary = std(|conv(edgeclearness,imaginary, gradientoperation)|)
edgeclearness,realを取得するステップ603をさらに含む。edgeclearness,realの値は、以下の値の標準偏差に等しい。
図21を参照して説明した正則したカーブを得ることができる。カーブの正則性により、探索範囲をより狭くしやすくなる。
Claims (15)
- デジタルホログラフィによって記録される、少なくとも1つのオブジェクトについて最適化された焦点面を決定するためのオートフォーカス方法であって、前記焦点面は、焦点深度パラメータによって規定され、
前記少なくとも1つのオブジェクトのホログラフィ画像を再構成して、異なる複数の焦点深度で再構成画像を提供するステップ(201)であって、前記再構成画像は、併せて位相の情報と振幅の情報をエンコードする実数成分および虚数成分を含むステップと、
前記互いに異なる複数の焦点深度のうち少なくとも2つの深度について、前記実数成分に対して第1エッジ検出を実施し、前記少なくとも2つの深度について、前記虚数成分に対して第2エッジ検出を実施するステップ(203)と、
前記第1エッジ検出に関する第1統計的ばらつき測定値に基づいて前記少なくとも2つの深度のそれぞれについて、前記少なくとも1つのオブジェクトのエッジまたは境界の第1鮮明さ測定値を取得し、かつ、前記第2エッジ検出に関する第2統計的ばらつき測定値に基づいて前記少なくとも2つの深度のそれぞれについて第2鮮明さ測定値を取得するステップ(204)と、
前記少なくとも2つの深度について測定したスカラー鮮明さ測定値の比較に基づいて、前記少なくとも1つのオブジェクトについて前記少なくとも2つの深度で再構成された画像間で最適化された焦点面を決定するステップ(205)とを含み、
前記スカラー鮮明さ測定値は、前記第1鮮明さ測定値と前記第2鮮明さ測定値に基づくものである、
方法。 - 前記再構成画像に含まれる該少なくとも1つのオブジェクトを特定するステップ(202)をさらに含み、
前記第1エッジ検出および前記第2エッジ検出を実施するステップ(203)、前記第1鮮明さ測定値および前記第2鮮明さ測定値を取得するステップ(204)、および、前記最適化された焦点面を決定するステップ(205)は、少なくとも1つの特定された該または各オブジェクトに対応する再構成画像の局所領域に適用される、
請求項1に記載の方法。 - 前記特定するステップ(202)は、前記再構成画像をデジタル化するステップ(402)と、同じデジタル値を有する接続領域群を特定するステップ(403)と、前記接続領域群のそれぞれを分割するステップとを含む、
請求項2に記載の方法。 - 前記ステップ(202)では、複数のオブジェクトを特定し、
前記ステップ(205)では、前記複数のオブジェクトに対応する複数の最適化された焦点面を決定し、
この方法は、前記対応する最適化された焦点面内の前記複数のオブジェクトのそれぞれに対応する画像領域を縫合し、複数のオブジェクトのそれぞれを含む合成画像を作るステップをさらに含む、
請求項2または3に記載の方法。 - 前記第1統計的ばらつき測定値および/または前記第2統計的ばらつき測定値は、標準偏差を含む、
請求項1から4のいずれか1項に記載の方法。 - 前記第1鮮明さ測定値を取得するステップおよび/または第2鮮明さ測定値を取得するステップは、前記第1エッジ検出の結果および/または前記第2エッジ検出の結果の勾配の大きさを取得するステップと、前記勾配の大きさの標準偏差を取得するステップとを含む、
請求項4に記載の方法。 - 前記互いに異なる複数の焦点深度のうち少なくとも2つの深度は、所定範囲内で均一に分布した複数の深度を含む、
請求項1から6のいずれか1項に記載の方法。 - 前記所定範囲内で均一に分布した複数の深度は、前記所定範囲における第1の四分位点、第2の四分位点および第3の四分位点を含む、
請求項7に記載の方法。 - 前記ステップ(205)で決定した最適化された焦点面に基づいて、前記互いに異なる複数の焦点深度のうち少なくとも1つの更なる深度を決定するステップと、
前記少なくとも1つの更なる深度について前記第1エッジ検出および前記第2エッジ検出を実施するステップ(203)、および、前記少なくとも1つの更なる深度について前記第1鮮明さ測定値および前記第2鮮明さ測定値を取得するステップ(204)を繰り返すステップと、
前記少なくとも1つの更なる深度について、前記スカラー鮮明さ測定値に基づいて前記焦点面を調節するステップとをさらに含む、
請求項1から8のいずれか1項に記載の方法。 - 前記ステップ(205)で決定した最適化された焦点面に基づいて、前記互いに異なる複数の焦点深度のうち少なくとも1つの更なる深度を決定するステップと、
前記再構成画像の振幅に基づいて、前記少なくとも1つの更なる深度について第2段階のエッジ検出を実施するステップと、
前記第2段階のエッジ検出の結果に基づいて、前記オブジェクトについての第2段階の鮮明さ測定値を評価するステップとをさらに含む、
請求項1から8のいずれか1項に記載の方法。 - 前記少なくとも2つの深度は、所定の第1深度範囲内で均一に分布し、
前記少なくとも1つの更なる深度は、第2深度範囲内で均一に分布し、
前記第2深度範囲は、前記所定の第1深度範囲よりも狭く、
前記第2深度範囲は、前記少なくとも2つの深度についての前記スカラー鮮明さ測定値の比較結果を考慮に入れることにより決定する、
請求項9または10に記載の方法。 - 前記第1エッジ検出および/または前記第2エッジ検出を実施するステップ(203)は、ラプラシアンマスクを用いて前記実数成分および/または前記虚数成分にそれぞれ畳み込みを行うステップを含む、
請求項1から11のいずれか1項に記載の方法。 - 最適化された焦点面を決定するためのオートフォーカスシステム(10)において用いられる計算デバイス(20)であって、プロセッサを含み、請求項1から12のいずれか1項に記載の方法を実行するようにプログラムされた、計算デバイス(20)。
- 測定下のサンプル(12)に向けて光を照射するための光源(11)と、
前記サンプル(12)のホログラムを取得するためのイメージャ(14)とを備えたオートフォーカスシステム(10)であって、
最適化された焦点面を決定するために請求項13に記載の計算デバイス(20)をさらに備えた、
オートフォーカスシステム(10)。 - 請求項13に記載の計算デバイス(20)で実行したときに、請求項1から12のいずれか1項に記載の方法を実施するためのコンピュータプログラム製品。
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