KR100944082B1 - Method and system for estimating phase using digital electronic speckle interferometer - Google Patents
Method and system for estimating phase using digital electronic speckle interferometer Download PDFInfo
- Publication number
- KR100944082B1 KR100944082B1 KR1020080002621A KR20080002621A KR100944082B1 KR 100944082 B1 KR100944082 B1 KR 100944082B1 KR 1020080002621 A KR1020080002621 A KR 1020080002621A KR 20080002621 A KR20080002621 A KR 20080002621A KR 100944082 B1 KR100944082 B1 KR 100944082B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- phase
- map
- lapping
- noise
- laser beam
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 20
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims abstract description 84
- 230000010363 phase shift Effects 0.000 claims abstract description 31
- 238000000691 measurement method Methods 0.000 claims abstract description 22
- 230000008859 change Effects 0.000 claims abstract description 12
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims description 16
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 claims description 5
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 claims description 4
- 238000001914 filtration Methods 0.000 claims description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 16
- 230000006870 function Effects 0.000 description 11
- 238000012937 correction Methods 0.000 description 9
- 239000000284 extract Substances 0.000 description 8
- 230000008569 process Effects 0.000 description 5
- 239000003086 colorant Substances 0.000 description 3
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 230000002452 interceptive effect Effects 0.000 description 2
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 2
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 2
- 230000001066 destructive effect Effects 0.000 description 1
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 1
- 238000007689 inspection Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
- G01J9/00—Measuring optical phase difference; Determining degree of coherence; Measuring optical wavelength
- G01J9/02—Measuring optical phase difference; Determining degree of coherence; Measuring optical wavelength by interferometric methods
- G01J9/0215—Measuring optical phase difference; Determining degree of coherence; Measuring optical wavelength by interferometric methods by shearing interferometric methods
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B9/00—Measuring instruments characterised by the use of optical techniques
- G01B9/02—Interferometers
- G01B9/02055—Reduction or prevention of errors; Testing; Calibration
- G01B9/02075—Reduction or prevention of errors; Testing; Calibration of particular errors
- G01B9/02082—Caused by speckles
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
- G01J1/00—Photometry, e.g. photographic exposure meter
- G01J1/02—Details
- G01J1/04—Optical or mechanical part supplementary adjustable parts
- G01J1/0407—Optical elements not provided otherwise, e.g. manifolds, windows, holograms, gratings
- G01J1/0414—Optical elements not provided otherwise, e.g. manifolds, windows, holograms, gratings using plane or convex mirrors, parallel phase plates, or plane beam-splitters
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- Instruments For Measurement Of Length By Optical Means (AREA)
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
Abstract
레이저 스펙클 패턴 간섭으로부터 얻어지는 랩핑 위상맵에서 에러를 유발할 수 있는 위상반전위치를 추출하여 잡음을 제거하고, 잡음이 제거된 위상반전부 위치에서의 기울기 정보를 통해 위상반전위치를 보정 함으로써 랩핑 위상맵에서 사용자가 원하는 형태의 3차원 위상 정보를 제공하는 디지털 전자 스펙클 간섭을 이용한 위상 측정 방법 및 위상 측정 시스템을 개시한다.Wrapping phase map by extracting the phase inversion position that may cause an error from the wrapping phase map resulting from laser speckle pattern interference to remove the noise, and correcting the phase inversion position by the slope information at the phase inverted position where the noise is removed Disclosed is a phase measurement method and a phase measurement system using digital electronic speckle interference that provide 3D phase information in a form desired by a user.
본 발명의 디지털 전자 스펙클 간섭을 이용한 위상 측정 방법은, 측정대상체에 조사되는 레이저 빔을 이용하여 1차 랩핑 위상맵을 획득하는 단계와 1차 랩핑 위상맵에 대하여 노이즈를 제거하여 2차 랩핑 위상맵을 획득하는 단계와 획득된 2차 랩핑 위상맵으로부터 위상반전부를 추출하여 위상반전부의 위치를 원 위상반전부로 기록하는 단계와 기록된 원 위상반전부에서의 위상반전 변화가 없어지도록 2차 랩핑 위상맵을 위상 이동하는 단계와 위상 이동한 2차 랩핑 위상맵에서 원 위상반전부에서의 2차 노이즈 제거를 수행하여 3차 랩핑 위상맵을 생성하는 단계 및 3차 랩핑 위상맵으로부터, 측정대상체에 대한 3차원 위상을 복원하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.In the phase measurement method using the digital electronic speckle interference of the present invention, obtaining a first lapping phase map by using a laser beam irradiated to the measurement object and the second lapping phase by removing noise with respect to the first lapping phase map Acquiring the map, extracting the phase shifter from the obtained secondary lapping phase map, recording the position of the phase shifter as the original phase shifter, and performing the secondary lapping phase so that there is no change of the phase shift in the recorded original phase shifter Phase shifting the map and performing secondary noise removal on the original phase inverter in the phase shifted secondary lapping phasemap to generate the tertiary lapping phasemap and from the tertiary lapping phasemap, Restoring the three-dimensional phase.
레이저 스펙클 패턴 간섭, 랩핑, 위상, 주파수영역 Laser Speckle Pattern Interference, Lapping, Phase, Frequency Domain
Description
본 발명은 레이저 스펙클 패턴 간섭으로부터 얻어지는 랩핑 위상맵에서 에러를 유발할 수 있는 위상반전위치를 추출하여 잡음을 제거하고, 잡음이 제거된 위상반전부 위치에서의 기울기 정보를 통해 위상반전위치를 보정 함으로써 랩핑 위상맵에서 사용자가 원하는 형태의 3차원 위상 정보를 제공하는 디지털 전자 스펙클 간섭을 이용한 위상 측정 방법 및 위상 측정 시스템에 관한 것이다.The present invention removes noise by extracting a phase inversion position that may cause an error from a wrapping phase map obtained from laser speckle pattern interference, and corrects the phase inversion position through slope information at the phase inversion position from which the noise is removed. The present invention relates to a phase measurement method and a phase measurement system using digital electronic speckle interference that provide 3D phase information of a desired shape in a wrapping phase map.
측정대상체의 표면에 간섭성이 우수한 레이저 빔을 조사하여 발생되는 레이저 스펙클 패턴 간섭 무늬의 변화를 관찰하여 측정대상체 표면의 미소 변형을 측정하는 레이저 스펙클 패턴 간섭계 기술은, 기존의 레이저 빔 간섭을 이용한 측정기술의 한 분야로서, 예컨대 미국특허 USA4,352,565에서 볼 수 있듯이 광파이버와의 결합이나 미국특허 USA4,913,547에서와 같이 위상잠금장치 등과 결합되어 비파괴 검사 분야에서 널리 사용되어오고 있다.The laser speckle pattern interferometer technology, which measures the micro deformation of the surface of the object to be measured by observing a change in the laser speckle pattern interference fringe generated by irradiating a laser beam having excellent coherence on the surface of the object to be measured, reduces the conventional laser beam interference. As one of the measurement techniques used, it has been widely used in the field of non-destructive inspection by combining with an optical fiber as shown in US Pat. No. 4,352,565 or a phase locking device as in US Pat. No. 4,913,547.
최근 들어서 이러한 기술은 현장 적용성을 높이기 위하여 미국특허 SA6,188,482에서 볼 수 있듯이 측정대상체의 표면이 거친 경우에도 측정 효율성이 높은 편광을 이용한 레이저 스펙클 장치가 고안되고 있으며, 더불어 USA6,639,685에서 볼 수 있듯이 간섭 영상에 대한 효과적인 영상신호처리 기법이 고안되고 있다. 또한 USA6,043,870에서 볼 수 있듯이 광 파이버와 PZT파이버 펼침기 및 가변감쇠기 등을 이용하여 실험실이나 현장에서 활용할 수 있는 간단한 형태의 완성도가 높은 장치들이 고안되고 있다.Recently, such a technique has been designed to improve the field applicability, as shown in US Patent SA6,188,482, a laser speckle device using polarization with high measurement efficiency even when the surface of the measurement object is rough, and also in USA6,639,685 As can be seen, effective image signal processing techniques for interfering images have been devised. In addition, as shown in USA6,043,870, high-fidelity, simple forms of high-fidelity devices that can be utilized in the laboratory or the field using optical fiber, PZT fiber spreader and variable attenuator are being devised.
국내 발명특허 기술로는, 특1993-0029143에서 볼 수 있듯이, 위상이동장치로 널리 활용되는 PZT를 대신하여 간단한 기계적 조작을 이용하는 장치가 고안되었고, 10-2005-0050063에서는 광검출기를 이용하여 신호의 영점을 검출하여 이를 동기신호로 활용함으로써 측정 효율성을 높이는 광섬유형 간섭 시스템이 고안되었으며, 특2002-0092725에서는 기존의 고가인 PZT 제어 방식 대신에 사분파장판과 편광기를 이용한 경제적인 스펙클 간섭계가 고안되었다.As the invention patent technology of Korea, as shown in 1993-0029143, a device using a simple mechanical operation has been devised in place of PZT, which is widely used as a phase shifter, and in 10-2005-0050063, a signal is detected using a photodetector. An optical fiber type interference system has been devised to improve the measurement efficiency by detecting zero point and using it as a synchronization signal.In a special 2002-0092725, an economical speckle interferometer using a quadrant plate and a polarizer is devised instead of the existing expensive PZT control method. It became.
하지만, 이러한 고안들은 주로 장치의 경제성을 높이거나 현장 적용을 위한 간단한 구성 및 신호 대 잡음 비율을 높이기 위한 장치로 한정되어 고안된 것으로, 측정대상체에 대한 정확한 3차원 복원 작업에는 여전히 많은 개선할 점을 가지고 있는 것이 사실이다.However, these designs are mainly limited to devices that increase the economics of the device, or the simple configuration for the field application and the signal-to-noise ratio, and there are still many improvements for accurate 3D reconstruction of the object to be measured. It is true.
이에 따라, 레이저 스펙클 패턴 간섭으로부터 얻어지는 랩핑 위상맵에서 에러를 유발할 수 있는 위상반전위치를 추출하여 이 위치에서의 잡음을 제거 함으로써, 측정대상체에 대한 보다 정밀한 3차원 복원을 수행하는 모델이 절실히 필요하다.Accordingly, a model that performs more accurate three-dimensional reconstruction of the measurement object is urgently needed by extracting a phase inversion position that may cause an error from the wrapping phase map resulting from laser speckle pattern interference and removing noise at this position. Do.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술을 개선하기 위해 안출된 것으로서, 레이저 스펙클 패턴 간섭으로부터 얻어지는 랩핑 위상맵에서 에러를 유발할 수 있는 위상반전위치를 추출하여 잡음을 제거하고, 잡음이 제거된 위상반전부 위치에서의 기울기 정보를 통해 위상반전위치를 보정 함으로써 랩핑 위상맵에서 사용자가 원하는 형태의 3차원 위상 정보를 제공하는 디지털 전자 스펙클 간섭을 이용한 위상 측정 방법 및 위상 측정 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention has been made to improve the prior art as described above, extracting a phase inversion position that may cause an error in the wrapping phase map obtained from laser speckle pattern interference to remove noise, the noise is removed phase shifter It is an object of the present invention to provide a phase measurement method and a phase measurement system using digital electronic speckle interference, which provides a user-desired three-dimensional phase information in a wrapping phase map by correcting the phase inversion position through the tilt information at the position. .
또한, 본 발명은 랩핑 위상맵에서 노이즈를 제거하여 사용자가 원하는 측정대상체 표면 형상 변화에 대한 정밀한 정보를 제공할 수 있도록 하는 디지털 전자 스펙클 간섭을 이용한 위상 측정 방법 및 위상 측정 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.In addition, an object of the present invention is to provide a phase measurement method and a phase measurement system using digital electronic speckle interference to remove noise from the wrapping phase map to provide precise information on the desired shape change of the surface of the measurement target. It is done.
상기의 목적을 이루기 위한 디지털 전자 스펙클 간섭을 이용한 위상 측정 방법은 측정대상체에 조사되는 레이저 빔을 이용하여 1차 랩핑 위상맵을 획득하는 단계와 1차 랩핑 위상맵에 대하여 노이즈를 제거하여 2차 랩핑 위상맵을 획득하는 단계와 획득된 2차 랩핑 위상맵으로부터 위상반전부를 추출하여 위상반전부의 위치를 원 위상반전부로 기록하는 단계와 기록된 원 위상반전부에서의 위상반전 변화가 없어지도록 2차 랩핑 위상맵을 위상 이동하는 단계와 위상 이동한 2차 랩핑 위상맵에서 원 위상반전부에서의 2차 노이즈 제거를 수행하여 3차 랩핑 위상맵을 생성하 는 단계 및 3차 랩핑 위상맵으로부터, 측정대상체에 대한 3차원 위상을 복원하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, a phase measurement method using digital electronic speckle interference is obtained by obtaining a first wrapping phase map by using a laser beam irradiated to a measurement object, and removing the noise on the first wrapping phase map by performing a second order. Obtaining a lapping phase map, extracting a phase shifter from the obtained secondary lapping phase map, recording the position of the phase shifter as the original phase shifter, and removing the phase shift change in the recorded original phase shifter. From the step of phase shifting the lapping phasemap and the step 2 of performing secondary noise removal on the original phase inverter in the phase shifted secondary lapping phase map, and generating the third lapping phase map, and measuring from the third lapping phase map. And reconstructing the three-dimensional phase of the object.
또한, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 기술적 구성으로서, 디지털 전자 스펙클 간섭을 이용한 위상 측정 시스템은 측정대상체에 조사되는 레이저 빔을 이용하여 랩핑 위상맵을 획득하는 랩핑 위상맵 획득 수단과 획득된 랩핑 위상맵으로부터 위상반전부를 식별하여 위상반전부의 위치를 원 위상반전부로 기록하는 위상반전부 식별수단과 기록된 원 위상반전부에 대해 위상반전 변화가 없어지도록 랩핑 위상맵을 위상 이동하는 위상 이동수단과 위상 이동한 랩핑 위상맵의 원 위상반전부에 대한 노이즈 제거를 수행하는 위상반전부 노이즈 제거수단 및 노이즈 제거된 위상반전부를 포함하는 랩핑 위상맵으로부터, 측정대상체에 대한 3차원 위상을 복원하는 3차원 위상 복원수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, as a technical configuration of the present invention for achieving the above object, the phase measurement system using digital electronic speckle interference is obtained with a wrapping phase map acquisition means for obtaining a wrapping phase map by using a laser beam irradiated to the measurement object Phase inverting unit identification means for identifying the phase inverting unit from the wrapping phase map and recording the position of the phase inverting unit as the original phase inverting unit and phase shifting means for phase shifting the wrapping phase map so that the phase inversion change is eliminated with respect to the recorded original phase inverting unit. 3, which restores the three-dimensional phase of the object to be measured, from the wrapping phase map including the noise canceling means and the phase shifting portion noise removing means for removing noise of the original phase shifting portion of the wrapped phase map shifted in phase. And dimensional phase recovery means.
본 발명에 따르면, 레이저 스펙클 패턴 간섭으로부터 얻어지는 랩핑 위상맵에서 에러를 유발할 수 있는 위상반전위치를 추출하여 잡음을 제거하고, 잡음이 제거된 위상반전부 위치에서의 기울기 정보를 통해 위상반전위치를 보정 함으로써 랩핑 위상맵에서 사용자가 원하는 형태의 3차원 위상 정보를 제공하는 디지털 전자 스펙클 간섭을 이용한 위상 측정 방법 및 위상 측정 시스템을 제공할 수 있다.According to the present invention, a phase inversion position that may cause an error may be extracted from a wrapping phase map obtained from laser speckle pattern interference to remove noise, and the phase inversion position may be determined through slope information at the phase inverted position from which the noise is removed. By calibrating, it is possible to provide a phase measurement method and a phase measurement system using digital electronic speckle interference that provide 3D phase information of a desired shape in a wrapping phase map.
또한, 본 발명에 의해서는, 랩핑 위상맵에서 노이즈를 제거하여 사용자가 원하는 측정대상체 표면 형상 변화에 대한 정밀한 정보를 제공할 수 있도록 하는 디지털 전자 스펙클 간섭을 이용한 위상 측정 방법 및 위상 측정 시스템을 제공할 수 있다.In addition, the present invention provides a phase measurement method and a phase measurement system using digital electronic speckle interference to remove noise from a wrapping phase map to provide accurate information on a change in the shape of a target surface desired by a user. can do.
이하에서는, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 디지털 전자 스펙클 간섭을 이용한 위상 측정 방법 및 위상 측정 시스템에 대해 상세히 설명한다.Hereinafter, a phase measurement method and a phase measurement system using digital electronic speckle interference according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명인 디지털 전자 스펙클 간섭을 이용한 위상 측정 시스템의 구성도이다.1 is a block diagram of a phase measurement system using the digital electronic speckle interference of the present invention.
도 1을 참조하면, 디지털 전자 스펙클 간섭을 이용한 위상 측정 시스템 (100)은, 랩핑 위상맵 획득 수단(101), 위상반전부 식별수단(102), 위상 이동수단(103), 위상반전부 노이즈 제거수단(104), 기울기 정보 생성 및 보정 수단(105) 및 3차원 위상 복원수단(106)을 포함한다.Referring to FIG. 1, a
랩핑 위상맵 획득 수단(101)은 측정대상체에 조사되는 레이저 빔을 이용하여 랩핑 위상맵을 획득하는 기능을 수행한다. 즉, 랩핑 위상맵 획득 수단(101)은 레이저 빔을 생성하여 측정대상체에 조사하고, 조사되는 레이저 빔을 이용하여 측정대상체의 표면에 대한 변형을 측정하여 그 측정 결과에 따라, 표면의 변형에 대한 랩핑 위상맵을 생성한다. 제1 레이저 빔의 광경로 길이를 PZT와 연관된 거울을 사용하여 조절하는 경우, 랩핑 위상맵 획득 수단(101)은 PZT를 간섭 영상과 관련된 파장의 4분의 1씩 이동시켜 제1 레이저 빔의 광경로 길이를 조절하여 네 종류의 간섭 영상을 획득하고, 획득된 네 종류의 간섭 영상으로부터 랩핑 위상맵을 생성한다.The wrapping phase
또한, 랩핑 위상맵 획득 수단(101)은 획득된 랩핑 위상맵에 포함되는 임펄 스 패턴의 잡음을, 필터를 사용하여 제거할 수도 있다.In addition, the wrapping phase
도 2는 랩핑 위상맵 획득 수단의 구성도이다.2 is a configuration diagram of the wrapping phase map obtaining means.
도 2를 참조하면, 랩핑 위상맵 획득 수단(201)은 분할 수단(201), 광경로 길이 조절수단(202), 차단 수단(203) 및 측정 수단(204)으로 구성될 수 있다.Referring to FIG. 2, the wrapping phase
분할 수단(201)은 조사된 레이저 빔을 입력받아 제1 및 제2 레이저 빔으로 분할한다.The dividing
광경로 길이 조절수단(202)은 분할된 제1 레이저 빔의 광경로 길이를 조절하여 일정 각도로 비스듬하게 측정대상체에 조사한다. 즉, 광경로 길이 조절수단(202)은 분할된 제1 레이저 빔의 광경로 길이를 PZT와 연관된 거울을 통해 조절하여 측정대상체의 표면에 수직방향에 대해서 약 45도 방향으로 조사한다.The optical path length adjusting means 202 adjusts the optical path length of the divided first laser beam and irradiates the measurement object obliquely at a predetermined angle. That is, the optical path length adjusting means 202 adjusts the optical path length of the divided first laser beam through a mirror associated with the PZT to irradiate the surface of the measurement object in the direction of about 45 degrees with respect to the vertical direction.
차단 수단(203)은 분할된 제2 레이저 빔을 제3 및 제4 레이저 빔으로 분할하고, 제3 레이저 빔 또는 제4 레이저 빔 중 어느 하나의 조사를 차단한다.The blocking means 203 splits the divided second laser beam into third and fourth laser beams, and blocks the irradiation of either the third laser beam or the fourth laser beam.
측정 수단(204)은 제3 레이저 빔이 조사되는 경우, 제3 레이저 빔의 조사 각도를 조절하여 카메라에 조사하고, 카메라에 조사된 제3 레이저 빔과 측정대상체에 조사된 제1 레이저 빔의 간섭 현상에 따른 간섭 영상을 카메라로부터 추출하여 측정대상체의 표면에 수직방향인 제1 방향에 대한 변형을 측정할 수 있다.When the third laser beam is irradiated, the
또는, 측정 수단(204)은 제4 레이저 빔이 조사되는 경우, 제4 레이저 빔의 조사 각도를 조절하여 측정대상체에 조사하고, 측정대상체에 조사된 제4 레이저 빔 및 제1 레이저 빔의 간섭 현상에 따른 간섭 영상을 카메라로부터 추출하여 측정대상체의 표면에 평행한 수평 방향인 제2 방향에 대한 변형을 측정할 수도 있다.Alternatively, when the fourth laser beam is irradiated, the measuring means 204 adjusts the irradiation angle of the fourth laser beam to irradiate the measurement object, and the interference phenomenon between the fourth laser beam and the first laser beam irradiated to the measurement object. According to the present invention, the interference image may be extracted from the camera, and the deformation in the second direction, which is a horizontal direction parallel to the surface of the measurement object, may be measured.
위상반전부 식별수단(102)은 획득된 랩핑 위상맵으로부터 위상반전부의 위치를 추출하여 상술한 위상반전부의 위치를 원 위상반전부로 기록하는 위상반전부를 식별하는 기능을 수행한다.The phase shift unit identification means 102 performs a function of extracting the position of the phase shift unit from the obtained wrapping phase map to identify the phase shift unit for recording the position of the phase shift unit as the original phase shift unit.
위상 이동수단(103)은 식별된 원 위상반전부에 대해 위상반전 변화가 없어지도록 랩핑 위상맵을 위상 이동하는 기능을 수행한다. 즉, 위상 이동수단(103)은 식별된 위상반전부를 위상반전이 없게 만드는 각도 n(약 90도에서 270도 사이)으로 랩핑 위상맵을 위상 이동한다. 본 명세서는 설명의 편의를 위해 상기 각도 n을 180도로 한정하여 설명한다.The
위상반전부 노이즈 제거수단(104)은 랩핑 위상맵의 위상반전부에 대한 노이즈 제거를 수행하는 기능을 수행한다. 즉, 위상반전부 노이즈 제거수단(104)은 위상 이동한 랩핑 위상맵을 주파수 영역으로 변환하여 주파수 영역으로 변환된 랩핑 위상맵을 노이즈 필터링하여 원 위상반전부의 노이즈를 제거하고, 노이즈 제거된 원 위상반전부를 포함하는 랩핑 위상맵을, 주파수 영역에서 시간 영역으로 변화한다. 여기서, 위상반전부 노이즈 제거수단(104)은 주파수 영역에서 저주파 통과 필터를 사용하여 상술한 원 위상반전부 주변의 고주파 잡음 신호를 제거한다.The phase inverting unit
위상반전부 노이즈 제거수단(104)에 포함될 수 있는 기울기 정보 생성 및 보정 수단(105)은 랩핑위상맵의 원 위상반전부 위치에서의 기울기 정보를 추출하는 기능을 수행한다.The inclination information generation and correction means 105 which may be included in the phase inversion unit
기울기 정보 생성 및 보정수단(105)은 시간영역으로 돌아온 랩핑위상맵의 원 위상반전부 위치에서의 기울기 정보를 추출하고, 추출된 기울기 정보를 이용하 여 위상이동된 랩핑위상맵의 원 위상반전부 위치의 기울기 값을 보정한 다음에 이를 역위상 이동하여 원 위상반전부 위치의 노이즈가 제거된 랩핑 위상맵을 생성한다. The slope information generation and correction means 105 extracts the slope information from the original phase inverted position of the wrapping phase map returned to the time domain, and uses the extracted slope information, and the original phase inverted position of the wrapped phase map shifted. After correcting the gradient value of, and shifting the phase out of phase to generate a wrapping phase map from which the noise of the original phase inverter position is removed.
3차원 위상 복원수단(106)은 노이즈 제거된 위상반전부를 포함하는 랩핑 위상맵으로부터, 측정대상체에 대한 3차원 위상을 복원하는 기능을 수행한다The three-dimensional phase restoring means 106 performs a function of restoring the three-dimensional phase of the measurement object from the wrapping phase map including the noise canceled phase inversion unit.
이하, 도3 내지 도10을 참조하여 본 발명인 디지털 전자 스펙클 간섭을 이용한 위상 측정 시스템의 구체적인 실시예를 설명한다.Hereinafter, a specific embodiment of a phase measurement system using digital electronic speckle interference according to the present invention will be described with reference to FIGS. 3 to 10.
도 3은 본 발명인 디지털 전자 스펙클 간섭을 이용한 위상 측정 시스템에 대한 세부 구성도이다.3 is a detailed block diagram of a phase measurement system using the present invention digital electronic speckle interference.
도 3을 참조하면, 우선 레이저 빔 분할기(322)는 랩핑 위상맵 획득 수단(320)의 분할 수단으로, 레이저 빔의 방향을 제어하는 미러(321)의 반사를 통해 방향이 변화된 레이저(310)에서 발생된 레이저 빔을, 제1 및 제2 레이저 빔으로 분할한다.Referring to FIG. 3, first, the
랩핑 위상맵 획득 수단(320)의 광경로 길이 조절수단인 PZT 제어장치(330)는 미러(325)가 부착된 PZT(324)를 제어 함으로써, 미러(323)에 반사되는 분할된 제1 레이저 빔의 광경로 길이를 조절하여 렌즈(326)를 거쳐 측정대상체(327)에 조사한다. 즉, PZT 제어장치(330)는 분할된 제1 레이저 빔의 광경로 길이를 PZT(324)에 부착된 미러(325)를 통해 조절하여 렌즈(326)를 거쳐 측정대상체(327)의 표면에 수직방향에 대해서 약 45도 방향으로 조사한다.The
랩핑 위상맵 획득 수단(320)의 차단 수단 중 하나인 레이저 빔 분할기(329) 는 미러(328)에 반사되는 분할된 제2 레이저 빔을 제3 및 제4 레이저 빔으로 분할하고, 차단 수단 중 다른 하나인 스위치(331)는 제3 레이저 빔 또는 제4 레이저 빔 중 어느 하나의 조사를 차단한다.The
스위치(331)에 의해 제3 레이저 빔이 조사되는 경우, 랩핑 위상맵 획득 수단(320)에 포함될 수 있는 측정 수단(340)은 미러(332), 렌즈(333), 미러(334), 렌즈(335), 레이저 빔 분할기(336) 및 렌즈(337)를 통해 제3 레이저 빔의 조사 각도를 조절하여 카메라(338)에 조사되도록 하고, 카메라(338)에 조사된 제3 레이저 빔과 측정대상체(327)에 조사된 제1 레이저 빔의 간섭 현상에 따른 간섭 영상을 카메라(338)로부터 추출하여 측정대상체(327)의 제1 방향인 out of plane 방향에 대한 변형을 측정한다.When the third laser beam is irradiated by the
또한, 스위치(331)에 의해 제4 레이저 빔이 조사되는 경우, 랩핑 위상맵 획득 수단(320)에 포함될 수 있는 측정 수단(340)은 미러(339), 미러(341) 및 렌즈(342)를 통해 제4 레이저 빔의 조사 각도를 조절하여 측정대상체(327)에 조사되도록 하고, 측정대상체(327)에 조사된 제4 레이저 빔 및 제1 레이저 빔의 간섭 현상에 따른 간섭 영상을 카메라(338)로부터 추출하여 측정대상체(327)의 제2 방향인 in plane 방향에 대한 변형을 측정한다.In addition, when the fourth laser beam is irradiated by the
이때, 랩핑 위상맵 획득 수단(320)은 PZT 제어장치(330)를 이용하여 PZT(324)를 간섭 영상과 관련된 파장의 4분의 1씩 이동시켜 제1 레이저 빔의 광경로 길이를 조절하여 네 종류의 간섭 영상을 카메라(338)가 획득하도록 한다.At this time, the wrapping phase map obtaining means 320 adjusts the optical path length of the first laser beam by moving the
도 4는 본 발명인 디지털 전자 스펙클 간섭을 이용한 위상 측정 시스템의 랩핑 위상맵 획득 수단이 획득한 랩핑 위상맵에 관한 도면이다.4 is a diagram of a wrapping phase map obtained by a wrapping phase map obtaining means of a phase measurement system using the digital electronic speckle interference of the present invention.
랩핑 위상맵 획득 수단(320)에 포함될 수 있는 측정 수단(340)은 획득된 네 종류의 간섭 영상으로부터 도 4에 도시된 바와 같은 랩핑 위상맵(401)을 생성한다. 즉, 측정 수단(340)은 네 장의 간섭된 영상으로부터 한 장의 랩핑 위상맵을 추출한 다음, 변형 전과 변형 후의 랩핑 위상맵을 하나씩을 얻어 서로 뺄셈 연산을 수행 함으로써 측정대상체(327)의 미소 표면 이동 정보를 제공하는 랩핑 위상맵(401)을 획득한다.Measuring means 340, which can be included in the wrapping phase map obtaining means 320, generates a
도 5는 본 발명인 디지털 전자 스펙클 간섭을 이용한 위상 측정 시스템의 랩핑 위상맵 획득 수단이 획득한 랩핑 위상맵으로부터 잡음을 제거한 후의 도면이다.FIG. 5 is a diagram after noise is removed from a wrapping phase map obtained by a wrapping phase map obtaining means of a phase measurement system using digital electronic speckle interference.
랩핑 위상맵 획득 수단(320)에 포함될 수 있는 잡음제거 수단(350)은 상술한 획득된 랩핑 위상맵에 포함되는 임펄스 패턴의 잡음을, 필터를 사용하여 도 5에 도시된 바와 같은 잡음이 제거된 랩핑 위상맵(501)을 획득할 수 있다. 즉, 잡음제거 수단(350)은 랩핑 위상맵에 포함되어 있는 강한 임펄스 패턴(impulse pattern)의 잡음을 제거한다Noise removing means 350, which may be included in the wrapping phase map obtaining means 320, removes the noise of the impulse pattern included in the obtained wrapping phase map as described above with reference to FIG. The
랩핑 위상맵을 획득하는 과정을 좀 더 자세히 살펴보면, 랩핑 위상맵 획득 수단은 변형전의 측정대상체의 표면에 대하여 카메라에 획득되는 레이저 간섭된 영상을 획득하여 제1 영상 저장부에 저장하고, 한 프린지 길이인 360도의 1/4 파장 길이인 90도 만큼 PZT를 위치 이동시켜 레이저 간섭된 영상을 획득하여 제2 영상저장부에 저장한다.Looking at the process of acquiring the lapping phase map in more detail, the lapping phase map obtaining means obtains a laser-interfered image obtained by the camera with respect to the surface of the measurement object before deformation, stores it in the first image storage unit, and a fringe length. A PZT is moved by 90 degrees, which is a quarter wavelength of 360 degrees, to obtain a laser-interfered image and to store it in the second image storage unit.
또한, 랩핑 위상맵 획득 수단은 한 프린지의 반인 180도 만큼 이동시켜 얻은 간섭 영상을 제3 영상저장부에 저장하며, 270도 만큼 이동시켜서 얻은 간섭 영상을 제4 영상저장부에 저장한다. 상술한 0도, 90도, 180도, 270도 위상이동된 간섭 영상에 대한 수식은 다음의 수학식 1의 (1), (2), (3), (4)와 같다. 랩핑 위상맵 획득 수단은 이들 4장의 영상들로부터 변형전의 위상맵을 수학식 1의 (5)를 사용하여 얻은 다음 이를 변형 전 위상맵 저장부에 저장한다.In addition, the wrapping phase map obtaining means stores the interference image obtained by moving 180 degrees, which is half of one fringe, in the third image storage unit, and stores the interference image obtained by moving 270 degrees in the fourth image storage unit. The above-described equations for the 0 degree, 90 degree, 180 degree, and 270 degree phase shifted interference images are the same as (1), (2), (3), and (4) in Equation 1 below. The wrapping phase map obtaining means obtains the phase map before deformation from these four images using Equation (1) and stores it in the pre-deformation phase map storage unit.
마찬가지로, 랩핑 위상맵 획득 수단은 측정대상체의 표면이 변형된 후의 영상에 대하여 0도, 90도, 180도, 270도 위상 이동된 영상들을 각각 획득하여 이들을 제5 영상저장부, 제6 영상저장부, 제7 영상저장부, 제8 영상저장부에 저장할 수 있다. 이들 영상들의 강도 값은 수학식 1의 (1), (2), (3), (4)와 같으며, 이들 영상들로부터 수학식 1의 (5)를 이용하여 변형후의 위상맵을 추출한 다음 이를 변형 후 위상맵 저장부에 저장한다.Similarly, the lapping phase map obtaining means obtains images shifted from 0 degrees, 90 degrees, 180 degrees, and 270 degrees with respect to the image after the surface of the measurement object is deformed, respectively, and stores them as the fifth image storage unit and the sixth image storage unit. The seventh image storage unit and the eighth image storage unit may be stored. The intensity values of these images are the same as (1), (2), (3), and (4) of Equation 1, and after the transformed phase map is extracted from these images by using Equation (5), After deformation, it is stored in the phase map storage unit.
랩핑 위상맵 획득 수단은 변형 후 위상맵 저장부에 저장된 위상맵 영상에서 변형전 위상맵 저장부에 저장된 영상을 뺀 영상을 생성한 다음 1차 랩핑 위상맵 저장부에 이를 저장한다. 얻어진 1차 랩핑 위상맵은 측정대상체의 변형을 랩핑된 위상 형태의 영상으로 나타낸다. 이렇게 얻어진 1차 랩핑 위상맵은 임펄스 형태의 강한 잡음 신호들이 포함되어 있으며, 잡음제거 수단은 이를 제거한다.The wrapping phase map obtaining means generates an image obtained by subtracting the image stored in the phase map storage before the transformation from the phase map image stored in the phase map storage after the transformation, and then stores the image in the primary wrapping phase map storage. The obtained primary lapping phase map shows the deformation of the measurement object as an image of the wrapped phase form. The first lapping phase map thus obtained contains strong noise signals in the form of an impulse, and the noise removing means removes them.
잡음제거 수단은 랩핑 위상맵 저장부에 저장된 1차 랩핑 위상맵에 대해 메디안 필터(Median filter) 같은 필터를 사용하여 잡음을 제거한다.The noise removing means removes the noise using a filter such as a median filter on the first wrapping phase map stored in the wrapping phase map storage.
90도에서 270도 사이의 위상영상 저장부는 잡음이 제거된 위상맵에서 90도와 270도 사이의 위상에 대한 정보를 추출하여 이를 저장한다. 또한, 랩핑 위상맵 저장부에 저장된 랩핑 위상맵에 대해 180도 위상이동영상 저장부는 180도 위상이동한 랩핑 위상맵의 위상을 180도 이동시킨 다음 이를 저장한다. 잡음제거 필터부는 메디안 필터 같은 필터를 사용하여 180도 위상이동영상 저장부에 저장된 180도 위상이동된 랩핑 위상맵에 대해 잡음을 제거하고, 180도 위상이동 영상저장부는 이를 다시 역으로 180도 위상이동을 시킨 다음 영상을 저장한다. 저장된 영상에 대해, 0도에서 90도 및 270도에서 360도 사이의 위상영상 저장부는 저장하지 않은 나머지 위상인 0도에서 90도 사이의 영상과 270도에서 360도 사이의 영상을 추출하여 저장한다.The phase image storage unit between 90 degrees and 270 degrees extracts and stores information about the phase between 90 degrees and 270 degrees from the noise-free phase map. Also, the 180-degree phase shift image storage unit shifts the phase of the lapping phase map 180 degrees out of phase with respect to the wrapping phase map stored in the lapping phase map storage unit, and stores the phase 180 degrees. The noise reduction filter unit removes the noise of the 180 degree phase shifted wrapping phase map stored in the 180 degree phase shift image storage unit using a filter such as a median filter, and the 180 degree phase shift image storage unit reverses the 180 degree phase shift again. And save the video. For the stored image, the phase image storage unit between 0 degrees and 90 degrees and 270 degrees and 360 degrees extracts and stores the remaining phases, which are not stored, images between 0 degrees and 90 degrees and images between 270 degrees and 360 degrees. .
랩핑 위상맵 저장부는 90도에서 270도 사이의 위상 영상을 갖고 있는 90도에서 270도 사이의 위상영상 저장부에 저장된 영상과, 0도에서 90도 및 270도에서 360도 사이의 위상영상을 저장하고 있는 0도에서 90도 및 270도에서 360도 사이의 위상영상 저장부에 저장된 영상을 합쳐서 잡음이 제거된 랩핑 위상맵인 2차 랩핑 위상맵을 저장한다. 이와 같은 1차 필터링 단계는 1차 랩핑 위상맵에 포함된 전체적인 노이즈를 대략적으로 제거하면서 노이즈가 감소된 2차 랩핑 위상맵을 생성한다.The lapping phase map storage unit stores an image stored in a phase image storage unit between 90 and 270 degrees that has a phase image between 90 and 270 degrees, and a phase image between 0 and 90 degrees and 270 and 360 degrees. A secondary lapping phase map, which is a lapping phase map from which noise is removed, is stored by combining images stored in a phase image storage unit between 0 degrees and 90 degrees and 270 degrees and 360 degrees. This first filtering step generates a second lapping phase map with reduced noise while roughly removing the overall noise included in the first lapping phase map.
도 4는 본 발명인 디지털 스펙클 간섭을 이용한 위상측정시스템으로 획득한 노이즈가 포함된 1차 랩핑 위상맵을 보여주고, 도 5는 1차 필터링 단계를 거쳐 전체적으로 노이즈를 감소시킨 2차 랩핑 위상맵이다.FIG. 4 is a diagram illustrating a first wrapping phase map including noise obtained by a phase measuring system using a digital speckle interference, and FIG. 5 is a second wrapping phase map which reduces noise as a whole through a first filtering step. .
도 5와 같이 위상반전위치인 원 위상반전 위치에서 잡음을 완전하게 제거하지 않은 랩핑 위상맵으로부터 3차원 위상정보를 복원하는 경우, 도 6에 도시된 바와 같이 복원된 3차원 위상(601) 영상은 오류를 포함하고 있을 수 있다. 따라서, 획득된 랩핑 위상맵은 위상반전위치의 잡음을 완전하게 제거할 필요가 있다.When the 3D phase information is restored from the wrapping phase map in which the noise is not completely removed from the original phase inversion position as shown in FIG. 5, the
위상반전잡음 제거부(360)에 포함된 위상반전부 식별수단은 획득된 2차 랩핑 위상맵으로부터 위상반전부를 식별하는 기능을 수행하고 이를 원 위상반전부로 기록한다.The phase inverting unit identification means included in the phase inverting
위상반전잡음 제거부(360)에 위상 이동수단은 식별된 원 위상반전부에 대해 위상반전 변화가 없어지도록 랩핑 위상맵을 위상 이동하는 기능을 수행한다. 즉, 위상 이동수단은 식별된 원 위상반전부를 위상반전이 없는 프레인(plane)으로 만드는 각도 n(180도)으로 랩핑 위상맵을 위상 이동한다.The phase shifting means in the phase inversion
위상반전잡음 제거부(360)에 포함된 노이즈 제거수단은 위상 이동한 2차 랩핑 위상맵의 원 위상반전부에서의 노이즈 제거를 수행하는 기능을 수행한다. 즉, 노이즈 제거수단은 위상 이동한 2차 랩핑 위상맵을 주파수 영역으로 변환하여 주파수 영역으로 변환된 2차 랩핑 위상맵을 저주파 통과 필터와 같은 필터를 사용하여 노이즈 필터링하여 원 위상반전부의 노이즈를 제거하고, 노이즈 제거된 원 위상반전부를 포함하는 2차 랩핑 위상맵을, 주파수 영역에서 시간 영역으로 변화한다.The noise removing unit included in the phase inverting
위상반전잡음 제거부(360)에 포함된 기울기 정보 생성 및 보정 수단은 위상 이동한 2차 랩핑 위상맵에의 원 위상반전부에서의 기울기 정보를 보정하는 기능을 수행한다.The inclination information generation and correction means included in the phase inversion
원 위상반전부 위치에서의 잡음을 제거하는 것을 더욱 자세히 살펴보면, 우선 위상반전잡음 제거부(360)는 2차 랩핑 위상맵에서 위상이 반전되는 위치를 추출하여 이를 원 위상반전부 위치로 기억한다. 이를 위하여 위상반전잡음 제거부(360)는 2차 랩핑 위상맵에서 X축 방향의 절대 기울기 정보를 추출하고, Y축 방향의 절대 기울기 신호를 추출한다.Looking at removing the noise at the original phase inverter position in more detail, first, the phase
위상반전잡음 제거부(360)는 X축 차분 신호 획득부와 Y축 차분 신호 획득부에서 획득한 신호에서 위상반전잡음 제거부와 연관된 사용자가 설정한 일정 상수 경계값 이상의 값을 갖는 위치를 원 위상 반전위치로 판단하며 이를 기록한다. 만약 X축 기울기 값과 Y축 기울기 값 모두 일정 상수 경계값을 넘어서면, 위상반전잡음 제거부(360)는 더 큰 값의 기울기 값을 갖는 방향을 선택한다.The phase
위상반전잡음 제거부(360)는 동시에 2차 랩핑 위상맵을 180도 위상 이동시킨 다음 이 영상을 180도 위상이동부에 저장하며, 주파수 변환부와 저주파통과필터부와 역주파수변환부로 구성되는 위상반전잡음 제거부(360)의 필터부는 180도 위상 이동된 영상에 대해 잡음을 제거한다.The phase
구체적으로, 주파수 변환부는 180도 위상이동된 2차 랩핑 위상맵을 주파수 영역으로 변환하며, 저주파통과필터부는 사용자가 설정한 일정 크기의 창을 씌어 창 내의 영상은 그대로 두거나 가중치를 곱하는 헤밍창(Hamming window)이나 헤닝(Hanning window)을 씌우고 창 밖의 영상 값은 0으로 설정한다. 이후, 역주파수변환부는 저주파 통과 필터 창이 씌어진 주파수 영역의 영상을 시간영역으로 변환시킨다.In detail, the frequency converter converts the second lapping phase map 180 degrees phase shifted into the frequency domain, and the low pass filter part covers a predetermined size window set by the user, leaving the image in the window as it is or multiplying the weights. Put a window or a hanning window and set the image value outside the window to zero. Thereafter, the inverse frequency converter converts the image of the frequency domain in which the low pass filter window is written to the time domain.
위상반전잡음 제거부(360)는 기록하고 있는 X축 방향과 Y축 방향의 원 위상반전 위치에 대해 X축과 Y축 방향의 기울기 정보를 각각 추출한 후에 이를 저장하며, 위상이동 위상맵 저장부, 위상반전위치 기울기 값 보정부와 위상맵 180도 이동부를 이용하여 위상반전위치에서의 잡음을 세밀하게 제거한다.The phase inversion
위상이동 위상맵 저장부는 랩핑 위상맵을 180도 위상이동 시켜 이를 저장한다.The phase shift phase map storage phase shifts the wrapping phase map 180 degrees and stores the phase shift.
위상반전위치 기울기값 보정부는 기록되어 있는 원 위상반전부 위치인 X축 방향과 Y축 방향의 위상 반전 위치에 대해 추출한 X축과 Y축 방향의 기울기 정보를 이용하여 위상정보 보정을 수행한다. 이어서, 위상맵 180도 이동부는 180도로 역 위상이동을 수행하여 위상반전부 잡음이 제거된 3차 랩핑 위상맵을 구한다.The phase inversion position inclination value correcting unit performs phase information correction by using the inclination information in the X and Y axis directions extracted with respect to the phase inversion positions in the X and Y axis directions, which are the recorded original phase inversion unit positions. Subsequently, the phase map 180-degree moving unit performs reverse phase shift of 180 degrees to obtain a third-order wrapping phase map from which the phase shift unit noise is removed.
도 7은 본 발명인 디지털 전자 스펙클 간섭을 이용한 위상 측정 시스템을 이용하여 위상반전부 잡음을 제거한 후의 랩핑 위상맵인 3차 랩핑 위상맵을 보여주는 도면이다.FIG. 7 is a diagram illustrating a third-order lapping phase map, which is a lapping phase map after removing the phase inversion unit noise using a phase measurement system using the digital electronic speckle interference.
3차원 위상 복원부(370)는 위상반전부 잡음이 제거된 3차 랩핑 위상맵으로부터 완전한 3차원 위상을 복원할 수 있도록 한다.The 3D
도 8은 본 발명인 디지털 전자 스펙클 간섭을 이용한 위상 측정 시스템의 3차원 위상 복원부가 위상반전위치에서 잡음을 제거한 후의 랩핑 위상맵을 3차원 위상으로 복원한 것에 관한 도면이다.FIG. 8 is a diagram of a 3D phase restoration unit reconstructing a wrapping phase map after removing noise at a phase inversion position of a phase measurement system using digital electronic speckle interference.
도 8에서 보듯이, 3차원 위상 복원부(370)에 포함된 3차원 위상 복원수단은 노이즈 제거된 위상반전부를 포함하는 랩핑 위상맵으로부터, 측정대상체에 대한 3차원 위상(801)을 복원하는 기능을 수행한다.As shown in FIG. 8, the three-dimensional phase restoring unit included in the three-dimensional
본 고안에서의 3차원 위상복원부(370)는 경로 독립 위상복원 알고리듬인 (Discrete Cosine Transform)에 기초한 최소자승기법의 위상 복원법을 사용하였다. In the present invention, the 3D
도 9는 위상반전위치의 잡음이 제거되기 전의 랩핑 위상맵으로부터 복원한 3차원 위상영상과 잡음이 제거된 후의 랩핑 위상맵으로부터 복원한 3차원 위상영상에서 한 축만을 본 X축 라인 프로파일 비교 그래프이다. 즉, 도 6과 도 8의 Y축 값 420에서 바라 본 X축 방향의 라인프로파일이다.9 is an X-axis line profile comparison graph in which only one axis is seen in a 3D phase image reconstructed from a lapping phase map before the noise of the phase inversion position is removed and a 3D phase image reconstructed from the lapping phase map after the noise is removed. . That is, it is the line profile of the X-axis direction seen from the Y-axis value 420 of FIG. 6 and FIG.
도 9의 그래프(901)에서 보듯이, 본 발명인 디지털 전자 스펙클 간섭을 이용한 위상 측정 시스템은 오차가 발생하는 위상반전위치의 잡음이 제거되기 전의 랩핑 위상맵에서 원 위상반전위치의 잡음을 제거하여 상술한 오차를 효과적으로 제거한다.As shown in the
도 10의 좌, 우 영상은 각각 위상반전위치의 잡음이 제거되기 전의 랩핑 위상맵과 제거된 후의 랩핑 위상맵으로부터 복원한 3차원 위상영상에 대해 16색의 가 상 칼라링으로 본 영상에 관한 도면이다.The left and right images shown in FIG. 10 are images of 16-color virtual coloring of the 3D phase image reconstructed from the lapping phase map before the noise of the phase inversion position and the lapping phase map after the removal, respectively. .
도 10에서 보듯이, 좌측영상은 16색의 가상 칼라링으로 본 위상반전위치의 잡음이 제거되기 전의 랩핑 위상맵(1001)으로부터 복원한 3차원 위상영상으로 위상반전부 근처에서 매끄럽지 않고 불규칙한 형태의 많은 위상 오차가 포함된 것을 알 수 있다. 반면, 우측 영상은 랩핑위상맵의 위상반전부 위치에서의 노이즈를 제거한 다음 복원한 3차원 위상영상을 16색의 가상칼라링으로 본 영상으로 위상반전부 위치에서 위상이 매끄러운 형태로 복원된 것을 알 수 있다.As shown in Fig. 10, the left image is a three-dimensional phase image restored from the
따라서, 본 발명에 의하면, 레이저 스펙클 패턴 간섭으로부터 얻어지는 랩핑 위상맵에서 에러를 유발할 수 있는 위상반전위치를 추출하여 잡음을 제거하고, 잡음이 제거된 위상반전부 위치에서의 기울기 정보를 통해 위상반전위치를 보정 함으로써 랩핑 위상맵에서 사용자가 원하는 형태의 3차원 위상 정보를 제공하는 디지털 전자 스펙클 간섭을 이용한 위상 측정 시스템을 마련할 수 있다.Therefore, according to the present invention, the phase inversion position that may cause an error is extracted from the wrapping phase map obtained from the laser speckle pattern interference to remove noise, and the phase inversion is performed through the slope information at the phase inverted position from which the noise is removed. By correcting the position, it is possible to prepare a phase measurement system using digital electronic speckle interference that provides 3D phase information of a desired shape in a wrapping phase map.
도 11은 본 발명인 디지털 전자 스펙클 간섭을 이용한 위상 측정 방법에 대한 작업 흐름도이다.11 is a flowchart illustrating a phase measurement method using the present inventors' digital electronic speckle interference.
단계 1101에서, 본 발명인 위상 측정 시스템의 랩핑 위상맵 획득 수단은 측정대상체에 조사되는 레이저 빔을 이용하여 랩핑 위상맵을 획득한다. 즉, 본 단계는 랩핑 위상맵 획득 수단이 레이저 빔을 생성하여 측정대상체에 조사하고, 조사되는 레이저 빔을 이용하여 측정대상체의 표면에 대한 변형을 측정하여 측정 결과에 따라, 표면의 변형에 대한 랩핑 위상맵을 생성하는 과정이다.In
더욱 자세히 설명하면, 단계 1101은 제1 레이저 빔의 광경로 길이를 PZT와 연관된 거울을 사용하여 조절하는 경우, 랩핑 위상맵 획득 수단이 PZT를 간섭 영상과 관련된 파장의 4분의 1씩 이동시켜 제1 레이저 빔의 광경로 길이를 조절하여 네 종류의 간섭 영상을 획득하고, 획득된 네 종류의 간섭 영상으로부터 랩핑 위상맵을 생성하는 과정이다.More specifically, in
또한, 단계 1101은 랩핑 위상맵 획득 수단이 획득된 랩핑 위상맵에 포함되는 임펄스 패턴의 잡음을, 필터를 사용하여 제거하는 과정을 포함할 수도 있다.In addition,
단계 1102에서, 본 발명인 위상 측정 시스템의 위상반전부 식별수단은 획득된 랩핑 위상맵으로부터 위상반전부를 식별하고 이 위치들을 원 위상반전부로 기록한다.In
단계 1103에서, 본 발명인 위상 측정 시스템의 위상 이동수단은 식별된 원 위상반전부에 대해 위상변화가 없어지도록 랩핑 위상맵을 위상 이동한다. 즉, 본 단계는 위상 이동수단이 식별된 위상반전부를 위상반전이 없는 프레인(plane)으로 만드는 각도 n으로 랩핑 위상맵을 위상 이동한다.In
단계 1104에서, 본 발명인 위상 측정 시스템의 노이즈 제거수단은 위상 이동한 위치에서 위상반전부에 대한 노이즈 제거를 수행한다. 즉, 본 단계는 노이즈 제거수단이 위상 이동한 랩핑 위상맵을 주파수 영역으로 변환하여 주파수 영역으로 변환된 랩핑 위상맵을 노이즈 필터링하여 위상반전부의 노이즈를 제거하고, 노이즈 제거된 위상반전부를 포함하는 랩핑 위상맵을, 주파수 영역에서 시간 영역으로 변화하는 과정이다.In
단계 1104는 본 발명인 위상 측정 시스템의 기울기 정보 생성 및 보정 수단 은 위상 이동한 랩핑 위상맵에서 원 위상반전부 위치에서 추출된 기울기 정보를 생성하는 과정을 포함할 수 있다. 또한 이 추출된 기울기 정보를 활용하여 위상이동된 랩핑 위상맵의 원 위상반전부 위치에서 위상 보정을 수행한 다음에 역 위상이동을 시켜 위상반전부의 노이즈가 제거된 랩핑 위상맵을 구하는 과정을 포함할 수도 있다. In
단계 1105에서, 본 발명인 위상 측정 시스템의 3차원 위상 복원수단은 노이즈 제거된 위상반전부를 포함하는 랩핑 위상맵으로부터, 측정대상체에 대한 3차원 위상을 복원한다.In
따라서, 본 발명에 의하면, 레이저 스펙클 패턴 간섭으로부터 얻어지는 랩핑 위상맵에서 에러를 유발할 수 있는 위상반전위치를 추출하여 잡음을 제거하고, 잡음이 제거된 위상반전부 위치에서의 기울기 정보를 통해 위상반전위치를 보정 함으로써 랩핑 위상맵에서 사용자가 원하는 형태의 3차원 위상 정보를 제공하는 디지털 전자 스펙클 간섭을 이용한 위상 측정 방법을 마련할 수 있다.Therefore, according to the present invention, the phase inversion position that may cause an error is extracted from the wrapping phase map obtained from the laser speckle pattern interference to remove noise, and the phase inversion is performed through the slope information at the phase inverted position from which the noise is removed. By correcting the position, it is possible to prepare a phase measurement method using digital electronic speckle interference that provides 3D phase information of a desired shape in a wrapping phase map.
본 발명에 의해서는, 레이저 스펙클 패턴 간섭으로부터 얻어지는 랩핑 위상맵에서 에러를 유발할 수 있는 위상반전위치를 추출하여 잡음을 제거하고, 잡음이 제거된 위상반전부 위치에서의 기울기 정보를 통해 위상반전위치를 보정 함으로써 랩핑 위상맵에서 사용자가 원하는 형태의 3차원 위상 정보를 제공하도록 할 수 있다.According to the present invention, a phase inversion position that may cause an error may be extracted from a wrapping phase map obtained from laser speckle pattern interference to remove noise, and phase inversion position may be obtained through gradient information at the phase inverted position from which the noise is removed. By correcting, the user may provide 3D phase information of a desired shape in the wrapping phase map.
또한, 본 발명에 의해서는, 랩핑 위상맵에서 노이즈를 제거하여 사용자가 원하는 측정대상체 표면 형상 변화에 대한 정밀한 정보를 제공하도록 할 수 있다.In addition, according to the present invention, it is possible to remove the noise from the wrapping phase map to provide accurate information about the change in the shape of the surface of the measurement object desired by the user.
또한, 본 발명의 실시예들은 다양한 컴퓨터로 구현되는 동작을 수행하기 위한 프로그램 명령을 포함하는 컴퓨터 판독 가능 매체를 포함한다. 상술한 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체는 프로그램 명령은 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다.In addition, embodiments of the present invention include computer-readable media containing program instructions for performing various computer-implemented operations. The computer-readable media described above may include program instructions, data files, data structures, etc. alone or in combination. The medium or program instructions may be those specially designed and constructed for the purposes of the present invention, or they may be of the kind well-known and available to those having skill in the computer software arts. Examples of computer-readable recording media include magnetic media such as hard disks, floppy disks, and magnetic tape, optical media such as CD-ROMs, DVDs, and magnetic disks, such as floppy disks. Magneto-optical media, and hardware devices specifically configured to store and execute program instructions, such as ROM, RAM, flash memory, and the like. Examples of program instructions include not only machine code generated by a compiler, but also high-level language code that can be executed by a computer using an interpreter or the like.
지금까지 본 발명에 따른 구체적인 실시예에 관하여 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서는 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.While specific embodiments of the present invention have been described so far, various modifications are possible without departing from the scope of the present invention. Therefore, the scope of the present invention should not be limited to the described embodiments, but should be defined not only by the claims below, but also by those equivalent to the claims.
도 1은 본 발명인 디지털 전자 스펙클 간섭을 이용한 위상 측정 시스템의 구성도이다.1 is a block diagram of a phase measurement system using the digital electronic speckle interference of the present invention.
도 2는 랩핑 위상맵 획득 수단의 구성도이다.2 is a configuration diagram of the wrapping phase map obtaining means.
도 3은 본 발명인 디지털 전자 스펙클 간섭을 이용한 위상 측정 시스템에 대한 세부 구성도이다.3 is a detailed block diagram of a phase measurement system using the present invention digital electronic speckle interference.
도 4는 본 발명인 디지털 전자 스펙클 간섭을 이용한 위상 측정 시스템의 랩핑 위상맵 획득 수단이 획득한 랩핑 위상맵에 관한 도면이다.4 is a diagram of a wrapping phase map obtained by a wrapping phase map obtaining means of a phase measurement system using the digital electronic speckle interference of the present invention.
도 5는 본 발명인 디지털 전자 스펙클 간섭을 이용한 위상 측정 시스템의 랩핑 위상맵 획득 수단이 획득한 랩핑 위상맵으로부터 잡음을 제거한 후의 랩핑 위상맵에 관한 도면이다..5 is a diagram of a wrapping phase map after removing noise from a wrapping phase map obtained by a wrapping phase map obtaining unit of a phase measurement system using digital electronic speckle interference according to the present invention.
도 6은 위상반전위치의 잡음을 제거하지 않은 랩핑 위상맵으로부터 위상복원한 3차원 위상영상이다.6 is a three-dimensional phase image which is phase-restored from a wrapping phase map without removing noise of the phase inversion position.
도 7은 본 발명인 디지털 전자 스펙클 간섭을 이용한 위상 측정 시스템의 위상반전잡음 제거부가 획득한 랩핑 위상맵의 위상반전위치에서 잡음을 제거한 후의 랩핑 위상맵에 관한 도면이다.FIG. 7 is a diagram illustrating a wrapping phase map after removing noise from a phase inversion position of a wrapping phase map obtained by a phase inversion noise removing unit of a phase measurement system using digital electronic speckle interference according to the present invention.
도 8은 본 발명인 디지털 전자 스펙클 간섭을 이용한 위상 측정 시스템의 3차원 위상 복원부가 위상반전위치에서 잡음을 제거한 후의 랩핑 위상맵을 3차원 위상으로 복원한 위상영상에 관한 도면이다.FIG. 8 is a diagram of a phase image of a 3D phase restoration unit reconstructing a wrapping phase map after removing noise from a phase inversion position of a phase measurement system using digital electronic speckle interference.
도 9는 위상반전위치의 잡음이 제거되기 전의 랩핑 위상맵과 제거된 후의 랩핑 위상맵으로부터 3차원 위상을 복원한 위상영상의 한 축에서 바라본 X-축 라인프로파일 비교 그래프이다.9 is an X-axis line profile comparison graph viewed from one axis of a phase image obtained by reconstructing a three-dimensional phase from the lapping phase map before the noise of the phase inversion position is removed and the lapping phase map after the removal.
도 10은 위상반전위치의 잡음이 제거되기 전의 랩핑 위상맵과 제거된 후의 랩핑 위상맵으로부터 복원한 3차원 위상영상을 16색의 가상 칼라링으로 본 영상에 관한 도면이다.FIG. 10 is a diagram illustrating an image of a three-dimensional phase image reconstructed from a lapping phase map before the noise of the phase inversion position and the lapping phase map after the removal are viewed by virtual coloring of 16 colors.
도 11은 본 발명인 디지털 전자 스펙클 간섭을 이용한 위상 측정 방법에 대한 작업 흐름도이다.11 is a flowchart illustrating a phase measurement method using the present inventors' digital electronic speckle interference.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>
100 : 위상 측정 시스템100: phase measurement system
101 : 랩핑 위상맵 획득 수단101: lapping phase map acquisition means
102 : 위상반전부 식별수단102: phase inverting unit identification means
103 : 위상 이동수단103: phase shifting means
104 : 위상반전부 노이즈 제거수단104: phase inversion noise removing means
105 : 기울기정보 생성 및 보정 수단105: slope information generation and correction means
106 : 3차원위상 복원수단106: 3D phase restoration means
Claims (11)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020080002621A KR100944082B1 (en) | 2008-01-09 | 2008-01-09 | Method and system for estimating phase using digital electronic speckle interferometer |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020080002621A KR100944082B1 (en) | 2008-01-09 | 2008-01-09 | Method and system for estimating phase using digital electronic speckle interferometer |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20090076586A KR20090076586A (en) | 2009-07-13 |
| KR100944082B1 true KR100944082B1 (en) | 2010-02-24 |
Family
ID=41333669
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020080002621A KR100944082B1 (en) | 2008-01-09 | 2008-01-09 | Method and system for estimating phase using digital electronic speckle interferometer |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR100944082B1 (en) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR102286162B1 (en) * | 2017-05-10 | 2021-08-06 | 한국전자통신연구원 | Apparatus and method for processing bio optical signal using spread spectrum |
| CN112461158B (en) * | 2020-10-22 | 2022-08-05 | 天津大学 | Three-dimensional measuring method and device for speckle projection phase shift high-frequency stereo vision |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20030046666A (en) * | 2001-12-06 | 2003-06-18 | 이주성 | Method for the measuring an object of deformation and natural vibration mode by using espi |
| KR20040025808A (en) * | 2002-09-20 | 2004-03-26 | 사이타마 다이가쿠쵸 | Deformation measuring method and apparatus using electronic speckle pattern interferometry |
| KR20060062997A (en) * | 2004-12-06 | 2006-06-12 | 김수길 | Phase-shifting method using waveplates in shearography and system for measuring deformation using the same |
-
2008
- 2008-01-09 KR KR1020080002621A patent/KR100944082B1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20030046666A (en) * | 2001-12-06 | 2003-06-18 | 이주성 | Method for the measuring an object of deformation and natural vibration mode by using espi |
| KR20040025808A (en) * | 2002-09-20 | 2004-03-26 | 사이타마 다이가쿠쵸 | Deformation measuring method and apparatus using electronic speckle pattern interferometry |
| KR20060062997A (en) * | 2004-12-06 | 2006-06-12 | 김수길 | Phase-shifting method using waveplates in shearography and system for measuring deformation using the same |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR20090076586A (en) | 2009-07-13 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP4323955B2 (en) | System and method for measuring wavefront | |
| JP5467321B2 (en) | 3D shape measuring method and 3D shape measuring apparatus | |
| CN103913128B (en) | A kind of fast phase method of deploying based on Quality Map region segmentation | |
| KR101899026B1 (en) | Digital Holographic Reconstruction Apparatus and Method Using Single Generated Phase Shifting Method | |
| JP5739976B2 (en) | Method for reconstructing phase image, computer program, and arithmetic device for reconstructing phase image | |
| JP5554681B2 (en) | Method and apparatus for determining height map of object surface | |
| KR102425448B1 (en) | Apparatus for generating three-dimensional shape information of an object to be measured | |
| US11869207B2 (en) | Determination of a true shape of an object based on transformation of its optical image | |
| KR100944082B1 (en) | Method and system for estimating phase using digital electronic speckle interferometer | |
| JP2006250853A (en) | Object surface shape measuring method and its system | |
| Gu et al. | Synchronous triple-optical-path digital speckle pattern interferometry with fast discrete curvelet transform for measuring three-dimensional displacements | |
| KR102478970B1 (en) | A method of generating three-dimensional shape information of an object to be measured | |
| JP4069204B2 (en) | Displacement distribution measurement method using digital holography | |
| US7115848B1 (en) | Methods, systems and computer program products for calibration of microscopy imaging devices | |
| KR100871270B1 (en) | Method of Generating Image Information of Sample Using Optical Interferometer And Apparatus Using The Same | |
| Maciel et al. | Digital processing techniques for fringe analysis | |
| JP6257072B2 (en) | Surface shape measurement method using a white interferometer | |
| JP6592796B2 (en) | Object shape measuring method, object shape measuring apparatus, optical phase measuring method, and optical phase measuring apparatus | |
| JP2010002840A (en) | Digital holography image reproduction method and program | |
| KR102055307B1 (en) | Apparatus for generating three-dimensional shape information of an object to be measured | |
| Servin et al. | Phase-shifting interferometry using a two-dimensional regularized phase-tracking technique | |
| JP2007071589A (en) | Displacement distribution measuring method and object image reproducing method using digital holography | |
| Kelly et al. | A theoretical comparison of Fresnel based digital holography and phase retrieval from the transport of intensity equation | |
| Barada et al. | Surface Shape Measurement of a Concave Mirror by Doppler Phase-Shifting Digital Holography | |
| KR20220107135A (en) | Apparatus for generating three-dimensional shape information of an object to be measured |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant | ||
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20130111 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20131227 Year of fee payment: 5 |
|
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20141230 Year of fee payment: 6 |
|
| LAPS | Lapse due to unpaid annual fee |