(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
濃淡の縞画像を入力し、この縞画像から演算される位相情報を接続処理する縞画像処理装置において、前記縞画像から演算される、ある領域の各構成点における位相値及びフリンジ数の情報を時間軸に沿って順次記憶する位相メモリと、現在計測中の画像位置において縞画像から位相値を演算すると共に前記位相メモリの対応する計測位置の位相値及びフリンジ数を読出し、現在計測位置におけるフリンジ数を演算処理し、前記位相メモリの記憶データを順次更新する時間軸方向の位相接続回路とを具備することを特徴とする縞画像処理装置における位相接続装置。
【請求項２】
前記時間軸方向の位相接続回路に現在計測位置において演算したフリンジ数の確からしさを表わす正確度を演算すると共に記憶する正確度演算回路を更に設けるようにした請求項１に記載の縞画像処理装置における位相接続装置。
【請求項３】
前記縞画像がリアルタイム位相シフト干渉計の出力画像である請求項１又は２に記載の縞画像処理装置における位相接続装置。
【請求項４】
濃淡の縞画像を入力し、この縞画像から演算される位相情報を接続処理する縞画像の位相接続方法であって、前記縞画像から演算される、ある領域の各構成点における位相値及びフリンジ数の情報を時間軸に沿って順次位相メモリに記憶し、現在計測中の画像位置において縞画像から現在位置での位相値を演算し、この位相値と前記位相メモリの対応する計測位置から読出した位相値及びフリンジ数とを用いて現在計測位置におけるフリンジ数を演算処理し、前記位相メモリの記憶データを順次更新すると共に、現在計測位置での位相値及びフリンジ数を外部に出力するようにしたことを特徴とする縞画像の位相接続方法。
【請求項５】
濃淡の縞画像を入力し、この縞画像から演算される位相情報を接続処理する縞画像処理装置において、位相値及び空間的に位相接続したフリンジ数を記憶する位相メモリと、前記縞画像から現在計測中の画像位置における位相値を入力すると共に、前記位相メモリの所定の空間位置（−ｘ又は＋ｘ又は＋ｙ方向）から所望の位相値及びフリンジ数を読出し、現在計測中の画像位置におけるフリンジ数を演算処理する複数の空間的フリンジ数演算回路と、これらの複数の空間的フリンジ数演算回路の出力を入力して選択論理演算により所望のフリンジ数を選択するフリンジ数選択回路と、この選択されたフリンジ数を前記位相メモリの所定の画像位置へ順次書込む空間軸方向の位相接続回路とを具備することを特徴とする縞画像処理装置における位相接続装置。
【請求項６】
前記空間軸方向の位相接続回路に現在計測位置において演算した位相値の確からしさを表わす正確度を演算すると共に記憶する正確度演算回路を更に設けるようにした請求項５に記載の縞画像処理装置における位相接続装置。
【請求項７】
前記フリンジ数選択回路及び正確度演算回路に時間軸方向に接続演算したフリンジ数及び正確度をそれぞれ入力してフリンジ数の正確度を向上させるようにした請求項６に記載の縞画像処理装置における位相接続装置。
【請求項８】
前記縞画像がリアルタイム位相シフト干渉計の出力画像である請求項５乃至７のいずれかに記載の縞画像処理装置における位相接続装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明は、縞画像処理装置における位相接続方法及び装置に関し、特に、リアルタイム位相シフト干渉計の出力画像を入力して対象物の立体形状を超高精度で高速かつ信頼性を高く計測する場合に有用な位相接続方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、干渉縞や、モアレ縞、格子縞投影など、光を使った縞画像を処理して対象物の形状を計測する場合に、複数の干渉縞画像を使って、干渉縞の位相情報から対象物体の表面形状を計測することが行われてきた。そして、かかる縞画像の取り込みにテレビカメラを使い、信号処理をテレビのフレームあるいはフィールド時間以内で行うことで動画として計測データを得ることができる。特に光の干渉縞を使った計測では、物体の面形状を波長の1/1000程度の精度で観測することができ、高精度の計測をリアルタイムに行うことができることが、例えば特開平２−２８７１０７号公報に記載されている。
【０００３】
かくして物体の面形状が高精度かつリアルタイムで得られるとこの計測データを基に、例えば結晶の成長具合を観測しながら成長制御に必要なパラメータを操作制御することが可能となり、計測データの動画像を実験中のオペレータが観察しながら、バルブやスイッチを手動操作したり、自動制御することが実現可能となる。しかしながら、このような制御においては、正確な計測データがリアルタイムに得られることが重要で、不正確なデータでは自動制御動作が動作不能となってしまうという問題点があった。更に上述の計測範囲を広くするために縞画像を使った計測方法では、位相の接続処理が不可欠であった。
【０００４】
かかる縞画像の位相接続処理では、得られた位相画像から位相の飛びが１周期分変化したことを検出して、１周期分のバイアスを増減する処理を基本として、何周期にもわたる連続した計測範囲が得られるようになっており、従来は、この位相接続処理を生成された画像に対し、その画像の範囲内だけで行っていた。そして縞画像検出器にテレビカメラを使うと、１秒間に３０枚あるいは６０枚の縞画像が得られるが、これらの画像に対してはそれぞれ別々の独立した画像として位相接続処理を行っていた。更に、縞画像から位相を計算する場合は、基本的にアークタンジェント関数を使用するため、分母が小さい値になると、ほんの小さなノイズであっても演算結果が不安定になるという問題点があった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
かかる縞画像の位相接続処理では、位相画像は基本的に相対値しか表わさないため、画像の中のどこか１点を基準点として、画像内の値を順次決定していく。従って、画像内で変化しない点がある場合は、その点を基準点として画像内の全体の形状を決定できるが、画像全体が変化している場合、例えば、対象物体が前後に移動中の場合や、傾いた広い平面を移動させながら形状計測する場合、又結晶成長過程の観察等における部分拡大画像の場合には、形状はそれほど急激に変わらずに、全体として１周期以上にわたって対象物が空間的に移動することが多く発生し、このような画像に対しては、画像内の位相接続処理だけでは、正しい結果が得られず、１周期を超えた後で元にもどったような歪んだ計測結果となってしまっていた。
【０００６】
また、対象物体が鏡面やレンズ表面のような干渉縞がはっきりと現れる場合は、位相の飛び検出は容易であり、隣の点との位相差をみて位相の飛びを検出する単純なアルゴリズムでも位相接続処理を失敗することはほとんどなかった。ところが、水中の結晶成長の観察のような干渉縞のＳ／Ｎが悪い場合は、画像内で干渉縞が得られず位相データが得られない部分がしばしば発生する。更に干渉計を使った縞計測では光学系のごみ等で画像の一部にノイズが入り、位相接続できない所がしばしば現れる。ところが、位相接続処理は基本的に連続的であるため、一度接続処理に失敗すると、その後のデータが全て決定できなくなっていた。また、画像の一部に干渉縞がうまく生成できない部分があると、その部分の位相は不定となり接続ができなかった。従来の位相接続処理では、縦方向１ラインの接続と水平＋ｘ方向だけを隣り合う画素毎に位相データだけを比較して接続処理するか、または一度フィールドメモリに位相画像を取り込んでから、ソフトウエアで位相接続処理していた。いずれの接続処理でも各画素の位相データだけを使うため、そのデータが正しいのか間違っているのかを判断する情報がなく、画像内にごみなどのノイズ成分があるとそこで接続に失敗することが多かった。特に、接続方向が１方向の処理では、ある点で接続に失敗するとそれ以降、隣接の点の値は間違った値になり、画像上では横線状のエラーとなるという問題点があった。他方、ソフトウエアによる接続処理では、多方向の接続が容易であるが、その場合でも多方向からの接続で矛盾した場合は、どの画素のデータが間違っているか判断できないという問題点となっていた。また接続処理を高速化しても、１度フィールドメモリに書込むため１フィールド以上の遅延が生じていた。かかる処理では動画を得るだけであれば、各フィールドの接続処理を並列的に行うことで位相接続処理にかかる時間は見かけ上短縮できるが、制御信号として使う場合には遅延が大きくなり、精密な制御が難しいという問題点となっていた。
【０００７】
この発明は上述のような事情からなされたものであり、この発明の目的は、上述の位相接続ミスを防止し、時間的及び／または空間的位相接続をリアルタイムで行なうと共に、位相接続の信頼性も考慮した位相接続を実現し、対象物の表面形状の変化をリアルタイムで計測することが可能な縞画像処理装置における位相接続方法及び装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この発明は、濃淡の縞画像を入力し、この縞画像から演算される位相情報を接続処理する縞画像処理装置における位相接続装置に関し、この発明の上記目的は、前記縞画像から演算される、ある領域の各構成点における位相値及びフリンジ数の情報を時間軸に沿って順次記憶する位相メモリと、現在計測中の画像位置において縞画像から位相値を演算すると共に前記位相メモリの対応する計測位置の位相値及びフリンジ数を読出し、現在計測位置におけるフリンジ数を演算し、前記位相メモリの記憶データを順次更新する時間軸方向の位相接続回路とを具備することによって達成される。
【０００９】
また、この発明は、濃淡の縞画像を入力し、この縞画像から演算される位相情報を接続処理する縞画像の位相接続方法にも関し、この発明の上記目的は、前記縞画像から演算される、ある領域の各構成点における位相値及びフリンジ数の情報を時間軸に沿って順次位相メモリに記憶し、現在計測中の画像位置において縞画像から現在位置での位相値を演算し、この位相値と前記位相メモリの対応する計測位置から読出した位相値及びフリンジ数とを用いて現在計測位置におけるフリンジ数を演算処理し、前記位相メモリの記憶データを順次更新すると共に、現在計測位置での位相値及びフリンジ数を外部に出力することによっても達成される。
【００１０】
更にまた、この発明は、濃淡の縞画像を入力し、この縞画像から演算される位相情報を接続処理する縞画像処理装置にも関し、この発明の上記目的は、位相値及び空間的に位相接続したフリンジ数を記憶する位相メモリと、前記縞画像から現在計測中の画像位置における位相値を入力すると共に、前記位相メモリの所定の空間位置（−ｘ又は＋ｘ又は＋ｙ方向）から所望の位相値及びフリンジ数を読出し、現在計測中の画像位置におけるフリンジ数を演算処理する複数の空間的フリンジ数演算回路と、これらの複数の空間的フリンジ数演算回路の出力を入力して選択論理演算により所望のフリンジ数を選択するフリンジ数選択回路と、この選択されたフリンジ数を前記位相メモリの所定の画像位置へ順次書き込む空間軸方向の位相接続回路とを具備することによっても達成される。
【００１１】
【作用】
この発明の位相接続方法及び装置によれば、時間軸での位相接続を行うことにより、対象物が移動しても、その表面形状の変化を正確に連続して計測することができる。また、位相接続の信頼性を数量化できるので、不確実な計測データと信頼性の高い計測データと区別でき、不確実な計測データは制御系での採用を控えることができ、制御系の信頼性／安全性を高めることができる。また、空間的位相接続結果や時間的位相接続結果を相互に比較することにより、位相接続の信頼性が高められ、対象物の形状変化やノイズに強い位相接続処理を実現することができる。
【００１２】
【実施例】
図１にこの発明による信号処理装置を使った制御系への応用の一例を示す。この例では対象物体１８はセル１６の中の結晶であり、その成長過程を計測し、計測結果ＨＸをもとにして成長制御用パラメータをアクチュエータ１４で操作し、目的の結晶成長をさせる系である。光学系８は例えば図２に示すような反射型の干渉計とテレビカメラで構成し、光学系８では、レーザ光２０をハーフミラー２２で分割し、結晶表面１８からの反射光と参照鏡２３からの反射光とで干渉させ干渉縞による縞画像を発生させる。波面分割光学系２４よって位相の異なる３つの縞画像を同時に発生させ、３台のテレビカメラ８Ａ，〜８Ｃを使って同時に３枚の縞画像を取り込んでいる。溶液中の結晶表面１８での干渉縞は非常にＳ／Ｎが悪いためＳ／Ｎ改善のために光路途中に回転拡散板２１を介挿することが望ましい。
【００１３】
縞画像発生手段の光学系８のテレビカメラ８Ａ〜８Ｃで撮影された縞画像はこの発明による信号処理装置２で処理され、結晶表面形状をテレビレートの動画として計測し出力する。テレビカメラはＮＴＳＣなど放送規格ではインターレースで、１／６０秒ごとに得られるフィールド２枚で１つのフレームを構成するため、縦方向の解像度を最大限に使おうとすると１／３０秒のサンプリングとなってしまう。インターレースでは縦方向の画素で１／６０秒のずれがある。またサンプリングが１／３０秒になるため対象物体１８の変化が十分に遅い場合はよいが、時間軸方向の処理をより精密に行う場合は、ノンインターレースカメラを使う方が縦方向の画素でサンプリングの時間ずれがないため望ましい。この例ではノンインターレースカメラを使うことで、１／６０秒で１枚の画像を取り込み、それを１／６０秒以内で処理するようにしている。
【００１４】
信号処理装置２では、得られた複数の縞画像を使って位相計算回路４で、画像の各画素での位相値Δφを計算する。この位相値が対象物体の表面形状の奥行き方向の値に相当する。位相値の範囲は２πまでしかないため、縞の繰り返しに応じて位相値に２πφのバイアスを加える必要がある。この処理を位相接続回路６が行う。各画素で位相接続処理によってえられた奥行き方向のデータによって対象物体１８の３次元形状がわかる。この３次元形状ＨＸは、表示手段１２で動画として表示されると同時に、制御コントローラ１０に出力される。制御コントローラ１０では測定された１／６０秒ごとの３次元形状を元にして、必要な制御指令をアクチュエータ１４に出力する。アクチュエータ１４では、その指令に基づき結晶の成長パラメータを変化させる。例えば電析によって結晶を成長させる場合は、電極にかける電流を変化させると良く、また照射するレーザ光量を増減させて表面境界の温度を局所的に変化させても良い。
【００１５】
図３に信号処理装置２の主要部のブロック図を示す。カメラ８Ａ〜８Ｃからの縞画像信号ＶＡ〜ＶＣはＡＤコンバータ３１Ａ〜３１Ｃでデジタル化され、それ以降はすべてデジタル処理され、更にローパスフィルタ３２Ａ〜３２Ｃで帯域を制限される。この例では、ＡＤ変換時に必要なアンチエリアシングフィルタの次数を減らすため、オーバーサンプリングを採用しデジタルでローパスフィルタ処理を行うと共に、必要最低限の帯域とする事でできるだけＳ／Ｎを向上させるようにしている。この発明では位相シフト法で縞画像から対象物体の高さ方向の情報を演算する。これはπ／４ずつずれた位相の縞が得られる光学系を使用し、これら３枚の信号を組合わせ、２枚ずつ信号を引き算すると、それぞれサイン信号Ｙ、コサイン信号Ｘとなり、これからアークタンジェントを計算することで必要な位相が演算できる方法であり、例えば、特願平５−３４９４７４号明細書（特開平７−１９８３１９号公報）に記載されている。この例では上述の引き算にはルックアップテーブル（以下ＬＵＴと略す）３３Ａ〜３３Ｃを使う。光学系やカメラの誤差やばらつきなどから、得られた縞画像についてゲインやオフセットの微調整が必要となる場合が多いが、ＬＵＴの値を書き換えることでそれらの調整を容易に行える。また、非線形誤差に対しても補正が可能である。かくして、入力した画像に対し最適な減算処理を行うことができ、サイン信号コサイン信号を理論値にできるだけ近づけることで測定誤差を減らしている。さらにコサイン信号Ｘ、サイン信号Ｙは２次元フィルタ３４Ａ，３４Ｂを通すことでノイズを減らす。またこの２次元フィルタでは空間周波数の制限を行う。位相接続処理では位相の飛びを検出する必要があるが、その場合に隣の画素との位相差を使う。空間周波数が制限されていれば、隣の画素との位相差はその制限範囲以内になるはずで、それ以上の場合は位相の飛びか、またはノイズの影響である。位相の飛びの場合は隣の画素との差は、２πから制限された空間周波数で決まる値の範囲に限られるから（２πに近い値となる）ノイズの影響による位相飛びかどうかを分離する事が容易となる。このようなことから、ここでの空間周波数の制限は重要である。
【００１６】
アークタンジェントの計算はアークタンジェント用ＬＵＴ３５で行う。また同時に変調度ｍ（ｔ）の計算を振幅ＬＵＴ３６でおこなう。図３の例では変調度ｍ（ｔ）からＬＵＴ３７を使って、更にデータの正確度ａ（ｔ）を求めている。カメラからの画像は濃淡の縞画像で、十分なＳ／Ｎが得られているときは、この縞がくっきりと現れている。それに対して干渉縞がきれいに生成できず、縞の濃淡のコントラストが低下している場合は、そこから求められる位相情報は不確かな値となる。このことはコサイン信号Ｘ、サイン信号Ｙを極座標で考えると分かりやすい。図８は、Ｘ軸にコサイン信号、ｙ軸にサイン信号をプロットした図である。縞画像の各画素はこの図の中の１点として表される。アークタンジェント演算で求める位相は図８のΔφである。縞のコントラストつまり縞の変調度は、半径ｍ（ｔ）に相当する。縞のコントラストが低い映像の各画素はこの半径ｍ（ｔ）が小さい円周上にプロットされる。またコントラストが高い縞画像は半径が大きい円周上にプロットされる。また、カメラのダイナミックレンジを越えた信号は飽和してしまうため、ダイナミックレンジによってＸ，Ｙはそれぞれ制限され、最適な最大値及び最小値が存在し、得られる画像はこれらの最大値と最小値に囲まれる矩形内にすべてが入る。半径が小さい（変調度が小さい）場合はコントラストが低いことからも分かるようにＳ／Ｎが低い上に、分解能はビット数によって限界があるから、半径が小さい時は有効ビット数が減ってしまい誤差が大きくなる。このため半径が小さいとデータの正確さは悪化する。また半径が大きい（変調度が大きい）場合でも最大値、最小値に近いところでは、有限なダイナミックレンジによって信号が飽和してやはり正確ではなくなる。従って正確な値が得られる半径の範囲は限られる。
【００１７】
この発明では、データの信頼性を正確度ａ（ｔ）を使い表現する。正確度ａ（ｔ）は、位相値として意味がないと考えられるＮ（Ｎｏ−ｇｏｏｄ）、値はあるが怪しいと考えられるＤ（Ｄｏｕｂｔ）、正確な値として扱ってもよいＧ（Ｇｏｏｄ）の３段階と、値として処理する必要がないＭ（Ｍａｓｋ）の４種類に分類して、それぞれ予め設定した範囲の値を割り当てることができる。この発明では図９に示すように半径で５段階に分けている。例えば半径がＭ１よりも小さい部分では不正確なため計算に意味がないとして正確度ａ（ｔ）はＮ（Ｎｏ−ｇｏｏｄ：例えば８〜１５）、またＸ，Ｙの最大値、最小値のうちもっとも原点に近いもの（図９ではＹ最小値）を通る円の半径であるＭ４よりも大きい場合は飽和しているため計算に意味がないとして正確度ａ（ｔ）はＭ（Ｍａｓｋ：例えば６４〜１２７）とする。半径がＭ１より大きいが正確な値と考えるには疑わしいエリアの半径をＭ２としてこのエリアの正確度ａ（ｔ）をＤ（Ｄｏｕｂｔ：例えば１６〜３１）とする。同様に飽和してはいないが疑わしいエリアを半径Ｒ３として正確度ａ（ｔ）をＤ（Ｄｏｕｂｔ：例えば１６〜３１）とする。それ以外の信頼性の高い範囲では正確度ａ（ｔ）はＧ（Ｇｏｏｄ：例えば３２〜６３）とする。変調度ｍ（ｔ）から正確度ａ（ｔ）への変換はＬＵＴ３７で行うが、固定とはせずに対象物体の性質や、光学系や、カメラの性能などに応じて最適と考えられるように変更する事ができる。この例では変更をする場合はオペレータがＬＵＴ書替えの操作をするが、自動的に行っても、データに応じて動的に変更することもできる。また、この発明では信頼性を表すのに、大きく上述の４段階としているが、この段階は４段階に限定されず２段階でも、もっと多段階でもいくつでもよい。
【００１８】
以上のようにして求められた位相値Δφと正確度ａ（ｔ）を使って、後述する位相接続回路６等で位相接続処理がおこなわれ、その結果求められるフリンジ数φ（ｔ）を表示したり制御に使ったりする。この時同時に正確度ｒ（ｔ）の演算も行われ、得られた画像のすべての画素についてフリンジ数φと正確度ｒ（ｔ）が同時に求められる。
【００１９】
また、図３の表示回路３９では、得られた位相データをもとに表示画像をつくり、表示用のＤＡコンバータ４０を介してＲＧＢで表示手段１２に動画として濃淡表示（図２４（Ａ））したり、３次元形状が分かりやすいように動画の鳥瞰図ワイヤフレーム表示（図２４（Ｄ））したりする。この時、正確度ｒ（ｔ）を同時に表示することもでき、その画像を光学系の調整に利用できる。また、正確度ｒ（ｔ）とフリンジ数φ（ｔ）を重ねてカラー表示することもできる。白黒濃淡の位相表示と、ちょうど色セロファンを重ねたように、４段階の正確度ｒ（ｔ）を重ね合わせた表示が可能である。
【００２０】
位相データをもとにアクチュエータ１４を制御する場合、例えばサンプリング回路３８で画像の中から１０点の位相データをサンプリングして、その値をアナログ電圧で制御コントローラ１０に渡すとアクチュエータの制御が容易である。
【００２１】
次に図１０を利用して位相接続の原理を説明する。この図は１枚の画像として得られる位相データ（例えばフリンジ数φ（ｔ））の２次元分布のなかから、Ｘ方向の１ラインを取り出したものである。アークタンジェント演算で得られる位相値Δφは２πの範囲しかないため、この図のように位相の飛び（フリンジ）がある。フリンジ部の前後で２πのバイアスを与えると連続になる。位相接続はこのフリンジを検出してバイアスを演算する処理である。この例のように位相のずれた縞画像を同時に３枚使用する（３バケット）例では、同時に得られる位相は１つしかないため、フリンジの検出は隣接する２つの位相値Δφ（ｘ，ｙ）（ｔ）とΔφ（ｘ−１，ｙ）（ｔ）との差Δ＝Δφ（ｘ，ｙ）（ｔ）−Δφ（ｘ−１，ｙ）（ｔ）を使って次のように行う。
【００２２】
すなわち、図１０及び図１１に示すように位相差Δに位相の飛びがなく−ｄ１＜Δ＜ｄ１の範囲にΔがある時、フリンジ数は変わらずφ（ｘ，ｙ）（ｔ）＝φ（ｘ，ｙ）（ｔ−１）となると共に、この時の接続的正確度ｂ（ｘ，ｙ）（ｔ）はＧ（Ｇｏｏｄ）とする。また、位相の飛びが検出され、２π−ｄ３＜｜Δ｜＜２πの範囲にΔがある場合、Δ＞０であればフリンジ数φ（ｘ，ｙ）（ｔ）＝φ（ｘ，ｙ）（ｔ−１）−１とし、Δ＜０であればフリンジ数φ（ｘ，ｙ）（ｔ）＝φ（ｘ，ｙ）（ｔ−１）＋１に更新すると共に、これらの場合にも正確度ｂ（ｘ，ｙ）（ｔ）はＧとする。
【００２３】
一方、ノイズ等の影響で、少し上述の範囲から外れた場合、図１１のｄ１＜｜Δ｜＜ｄ２の範囲であればフリンジ数は変化なくφ（ｘ，ｙ）（ｔ）＝φ（ｘ，ｙ）（ｔ−１）とし、この場合の正確度ｂ（ｘ，ｙ）（ｔ）はＤ（Ｄｏｕｂｔ）の範囲の値を設定する。また、２π−ｄ４＜Δ＜２π−ｄ３であればフリンジ数はφ（ｘ，ｙ）（ｔ）＝φ（ｘ，ｙ）（ｔ−１）−１，−２π＋ｄ３＜Δ＜−２π＋ｄ４であればフリンジ数はφ（ｘ，ｙ）（ｔ）＝φ（ｘ，ｙ）（ｔ−１）＋１にそれぞれ更新すると共に、これらの場合にも、正確度ｂ（ｘ，ｙ）（ｔ）の値はＤの範囲の値を設定する。位相差Δの値が上述以外の場合には、正常でないと判定し、フリンジ数はφ（ｘ，ｙ）（ｔ）＝φ（ｘ，ｙ）（ｔ−１）とすると共に、接続的正確度ｂ（ｘ，ｙ）（ｔ）の値はＮ（Ｎｏ−ｇｏｏｄ）の範囲の値とする。
【００２４】
尚、ｘ方向，ｙ方向等空間的に隣の位相値と比較して正確度ｂ（ｘ，ｙ）（ｔ）を演算する場合は、プラス側とマイナス側の位相差に対する正確度特性を対称とするのが一般的に好ましい。一方、時間軸方向の位相差から正確度を演算する場合は、対称物の動く方向が予め予測できる場合、プラス側とマイナス側の正確度の特性を非対称に設定することもできる。
【００２５】
次に、この発明の一実施例を図４及び図５を参照して説明する。先ず、図４はこの発明の縞画像処理装置における位相接続処理を時間軸方向に実施する装置のハードウエア構成の一例であり、図３の位相計算回路４で演算された現在計測中の画素位置（ｘ，ｙ）における時点ｔでの位相値Δφ（ｘ，ｙ）（ｔ）（以下、位置関係は重要でなく、時間の関係を示したい時はΔφ（ｔ）又はΔφ（ｔ−１）等と表記し、時間の関係は重要でなく、空間の関係を示したい場合はΔφ（ｘ，ｙ），Δφ（ｘ−１，ｙ−１）等と表記する）が位相接続回路６ａの比較手段１１０に入力されると共に、位相メモリ１００ａ内の位相値メモリ１０２ａ又は１０２ｂに所定のタイミングで書込まれる。ここで、位相値メモリ及びフリンジ数メモリがそれぞれ２画面づつ用意してあるのは、１フィード又は１フレーム前の時点の位相値及びフリンジ数を読出して位相接続回路６ａで使用するため、位相メモリが１画面相当しかないと、現時点の計測データをメモリに書込んだ時点で以前のデータが消えてしまい、後の処理に利用できなくなるので、読出画像用メモリと書込画像用メモリの２種類のメモリを用意して、順次これらのメモリをフィード又はフレーム単位で切替えることにより、位相接続のタイミング制御を簡単にするためである。
【００２６】
さて、比較手段１１０の他方の入力には一時点前の位相値Δφ（ｔ−１）が読出用位相値メモリ１０２から読出され、これらの位相値の差の符号や絶対値が比較／変換処理され、セレクタ１１２ａの制御信号Ｇ１及びセレクタ１１２ｂの制御信号Ｇ２が比較手段１１０により生成される。
【００２７】
一方、フリンジ数メモリ１０４から読出された一時点前のフリンジ数φ（ｔ−１）は＋１回路１１４及び−１回路１１６で加減算処理されてセレクタ１１２ａに入力されると共に、セレクタ１１２ｂにも入力され、その出力は初期化回路１２０から出力されるフリンジ数初期値φｉｎｉと共にセレクタ１１２ｃに入力されて選択処理され、現時点でのフリンジ数φ（ｔ）として外部に出力されると共に書込用フリンジ数メモリ１０４に記憶されるようになっている。かくして、現時点ｔでおける画像位置（ｘ，ｙ）での奥行き位相情報Φ（ｘ，ｙ）（ｔ）は数１により計測できる。
【００２８】
【数１】
Φ（ｘ，ｙ）（ｔ）＝２π＊φ（ｘ，ｙ）（ｔ）＋Δφ（ｘ，ｙ）（ｔ）＋φｉｎｉ
但し、φｉｎｉは初期値である。
【００２９】
かかる構成において、その動作を図５のフローチャートを参照して説明すると、先ず、ステップＳ２の初期化動作において、初期化回路１２０が起動され、位相値メモリ１０２ａ及びフリンジ数メモリ１０４ａが、例えば、読出用メモリに設定され、初期値０及びφｉｎｉで図示しないマイクロプロセッサ等により初期設定される（ステップＳ１６）。この場合、位相値メモリ１０２ｂ及びフリンジ数メモリ１０４ｂは書込用位相メモリとして使用される。
【００３０】
次に、１画面相当の位相メモリの初期値設定が終了すると、濃淡の縞画像から位相計算回路４により各画像位置（ｘ，ｙ）での位相値Δφ（ｘ，ｙ）（ｔ）を演算し、時間的位相接続回路６ａへ入力する。しかして、位相値Δφ（ｘ，ｙ）（ｔ）が時間的位相接続回路６ａへ入力される直前又は同一のタイミングで読出用位相メモリから１フィールド又は１フレーム前の画像位置（ｘ，ｙ）での位相値Δφ（ｘ，ｙ）（ｔ−１）及びフリンジ数φ（ｘ，ｙ）（ｔ−１）が読出されそれぞれ比較手段１１０又はセレクタ１１２ｂ，＋１回路１１４，−１回路１１６へ入力される。
【００３１】
続いて、比較手段１１０において数２により位相差Δが演算され、位相差Δの大きさに応じてフリンジ数φ（ｘ，ｙ）（ｔ）が更新処理される。
【００３２】
【数２】
時間的位相差  Δ＝Δφ（ｘ，ｙ）（ｔ）−Δφ（ｘ，ｙ）（ｔ−１）
数２により時間的位相差Δが演算されると（ステップＳ４）、位相差Δの大きさがチェックされ、｜Δ｜＜Ｋ１の場合には、比較手段１１０からフリンジ数変更なしの選択信号Ｇ２をＯＮにしてセレクタ１１２ｂへ出力する（ステップＳ６）。従って、この場合、φ（ｔ）＝φ（ｔ−１）としてフリンジ数が位相接続回路６ａから出力される（ステップＳ１４）。
【００３３】
また、Δ＜−Ｋ１の場合には（ステップＳ６，Ｓ８）、比較手段１１０の内部で図示しない引き算器、デジタルコンパレータ等により位相差Δの大きさが所定の閾値−Ｋ１，＋Ｋ１等と比較され、フリンジ数変更なしの選択信号Ｇ２はＯＦＦとしてセレクタ１１２ｂへ出力されると共に、＋１回路出力選択信号Ｇ１はＯＮとなってセレクタ１１２ａへ出力される。この結果、時間的位相接続回路６ａの出力はφ（ｔ）＝φ（ｔ−１）＋１となる（ステップＳ１２）。
【００３４】
一方、Δ＞Ｋ１の場合には、上述と同様にして比較手段１１０の内部で、フリンジ数変更なしの選択信号Ｇ２はＯＦＦに設定され、＋１回路出力選択信号Ｇ１もＯＦＦに設定されるので、時間的位相接続回路６ａの出力はφ（ｔ）＝φ（ｔ−１）−１となる（ステップＳ１０）。
【００３５】
かくして、画像位置（ｘ，ｙ）での位相値Δφ（ｘ，ｙ）（ｔ）及びフリンジ数φ（ｘ，ｙ）（ｔ）が生成できると位相メモリ１０２ｂ及び１０４ｂへこれらの値が書込まれる（ステップＳ１８）と共に、サンプリング手段３８及び表示回路３９にも出力され、制御コントローラローラ１０やモニタＴＶ１２等へ外部出力される（ステップＳ２０）。上述のようなステップＳ４〜ステップＳ２０迄の処理を各画像毎に繰り返し（ステップＳ２２）、一画面全体の処理が終了すると（ステップＳ２４）、次のフィールド又はフレーム処理では、位相値メモリ１０２ａ及びフリンジ数メモリ１０４ａを書込プレーンとし、位相値メモリ１０２ｂ及びフリンジ数メモリ１０４ｂを読出プレーンに切替えて、再びステップＳ４〜ステップＳ２４の処理を繰り返す（ステップＳ２６）。かくして、時間軸方向の位相接続処理は終了する。尚、この位相接続処理では上下、左右方向の空間的位相接続を一切実行しなくても位相接続処理ができることに特徴がある。
【００３６】
図４に対応させて示す図６はこの発明の別の一実施例を示すものであり、位相接続回路に入力される位相値Δφの確からしさを示す正確度ｒ（ｔ）を位相値Δφ（ｔ）、フリンジ数φ（ｔ）と共に演算して外部に出力するようにしたものである。図６において、図４と同一の番号を付した装置はそれぞれ同一の機能を果たすと共に、時間的位相接続回路６ｂは時間的位相接続基本回路６ａ及び正確度演算回路１３０から構成され、時間的位相接続基本回路６ａは図４の位相接続回路６ａと基本的に同一である。そして、初期化回路１２０から正確度メモリ１０６ａ，１０６ｂ用の初期値Ｇ４が出力されて正確度演算手段１３２に入力される機能が追加されている。また、正確度演算手段１３２には、位相計算回路４で濃淡の縞画像から演算される変調度ｍ（ｔ）を変調度−正確度変換手段３７により変換した計測的正確度ａ（ｔ）と、正確度メモリ１０６から読出してマスク画素か否か判定するマスク判定データｒ（ｔ−１）と、位相差Δに基づいて位相差−正確度変換手段１３４により生成される接続的正確度ｂ（ｔ）とがそれぞれ入力され、優先順位付論理演算によって正確度ｒ（ｔ）が生成されるようになっている。
【００３７】
尚、計測的正確度ａ（ｔ）は図９（Ａ）及び（Ｂ）を用いてその概念を上述で詳述してあり、図９（Ｂ）に示すような変換テーブルを変調度−正確度変換手段３７に用意すると良い。又、接続的正確度ｂ（ｔ）は図１１を用いてその概念を上述で説明してあるが、より具体的には、比較手段１１０から位相差Δを正確度変換手段１３４に符号も含めて入力し、−２π＜Δ＜＝−２π＋ｄ３又は−ｄ１＜＝Δ＜＝ｄ１又は２π−ｄ３＜＝Δ＜２πの範囲であれば正確度ｂ（ｘ，ｙ）（ｔ）はＧとして３２〜６３の値を設定する。また、−２π＋ｄ３＜Δ＜＝−２π＋ｄ４又は−ｄ２＜＝Δ＜−ｄ１又はｄ１＜Δ＜＝ｄ２又は２π−ｄ４＜＝Δ＜２π−ｄ３の範囲であれば、正確度ｂ（ｘ，ｙ）（ｔ）はＤとして１６〜３１の値を設定する。更に、−２π＋ｄ４＜Δ＜−ｄ２又はｄ２＜Δ＜２π−ｄ４の範囲であれば、正確度ｂ（ｘ，ｙ）（ｔ）はＮとして８〜１５の値を設定すると良い。
【００３８】
ここで、正確度ａ（ｔ），ｂ（ｔ）に単一の値を割当てるのではなく、一定範囲の値を割当てているのは、変調度の大きさを正確度に反映させたり、位相差の大きさを正確度に反映させて、同一の正常Ｇｏｏｄの範囲の正確度にも変化を与えてより細かな正確度の評価ができるようにしたり、時間軸での接続の正確度と空間軸での接続の正確度の間で優先順位を付けて正確度を評価するためである。
【００３９】
かかる構成において、その動作を図７のフローチャートを参照して説明すると、先ず、ステップＳ２の初期化動作において、初期化回路１２０が起動され、位相値メモリ１２０ａ，フリンジ数メモリ１０４ａ及び正確度メモリ１０６ａが、例えば、読出用位相メモリに設定され、初期値Δφ０、φｉｎｉ及びｒ０で図示しないマイクロプロセッサ等により初期設定される。
【００４０】
次に、１画面の全領域に対して上述の３種類の位相メモリ１０２ａ〜１０６ａの初期値設定が終了すると、濃淡の縞画像から位相計算回路４により各画像位置（ｘ、ｙ）での位相値Δφ（ｔ）及び変調度ｍ（ｔ）がそれぞれ演算され、位相接続基本回路６ａ及び正確度演算回路１３０へ入力される（ステップＳ３）。
【００４１】
しかして、位相値Δφ（ｔ）が時間的位相接続基本回路６ａの比較手段１１０に入力されると、位相値メモリ１０２ａより１フィード又は１フレーム前の位相値Δφ（ｔ−１）が所定のタイミングで読出され、上述の数２により時間的位相差Δが比較手段１１０の内部で演算され（ステップＳ４）、Δ＜−Ｋ１の場合には、ステップＳ６，Ｓ８，Ｓ１２によりフリンジ数φ（ｔ）＝φ（ｔ−１）＋１に更新され、また、接続的正確度変換手段１３４によりこの時の時間接続的正確度ｂ（ｔ）はＧ又はＤが正確度演算手段１３２へ出力される。また、Δ＞Ｋ１の場合には、ステップＳ６，Ｓ８，Ｓ１０によりフリンジ数φ（ｔ）＝φ（ｔ−１）−１に更新されると共に、時間接続的正確度ｂ（ｔ）はＧ又はＤが正確度変換手段１３４を介して生成される。一方、−Ｋ２＜＝Δ＜＝Ｋ２の場合には、フリンジ数の変更はなく、φ（ｔ）＝φ（ｔ−１）となり、この場合にも時間接続的正確度ｂ（ｔ）はＧ又はＤとなる（ステップＳ６，Ｓ４２，Ｓ１４）。更にＫ２＜｜Δ｜＜Ｋ１の場合には、接続の異常が発生したと判定し、フリンジ数はφ（ｔ）＝φ（ｔ−１）であるが、時間接続的正確度ｂ（ｔ）はＮの範囲の値を正確度変換手段１３４から出力する（ステップＳ６，Ｓ４２，Ｓ４４）。
【００４２】
また、位相計算回路４で変調度ｍ（ｔ）が演算されると、計測的正確度ａ（ｔ）が変調度−正確度変換手段３７により生成されて（ステップＳ４０）、正確度演算手段１３２に入力される。かくして、計測的正確度ａ（ｔ）、時間接続的正確度ｂ（ｔ）及び正確度メモリ１０６から１フィード又は１フレーム前の正確度ｒ（ｔ−１）が正確度演算手段１３２に入力されると、ｒ（ｔ−１）により現在位置（ｘ，ｙ）がマスク領域か否か判定され、マスク領域であればマスクデータが出力され、マスク領域でなければ、例えば、大きい正確度の値がこの画素の正確度ｒ（ｘ，ｙ）（ｔ）＝ｍａｘ（ａ（ｔ），ｂ（ｔ））として、正確度演算手段１３２から出力される（ステップＳ４６）。
【００４３】
かくして、画素位置（ｘ，ｙ）での位相値Δφ（ｔ）、フリンジ数φ（ｔ）及び正確度ｒ（ｔ）が生成できると位相メモリ１０２ｂ、１０４ｂ及び１０６ｂへこれらの値が書き込まれる（ステップＳ１８）と共に、サンプリング手段３８及び表示回路３９にも出力され、制御コントローラ１０やモニタＴＶ１２でこれらのデータが利用される（ステップＳ２０）。更に上述のステップＳ３〜ステップＳ２０の各処理が各画素毎に繰り返し実行され（ステップＳ２２）、一画面全体の処理が終了すると（ステップＳ２４）、位相メモリ１０２ａ，１０４ａ１０６ａが次のフィールド又はフレームでは書込プレーンとなり、位相メモリ１０２ｂ，１０４ｂ，１０６ｂが読出プレーンとなって、上述の処理を繰り返す（ステップＳ２６）。かくして正確度付きの時間軸方向の位相接続処理が終了する。この正確度付き位相接続処理では、制御コントローラ側で正確度ｒ（ｔ）をチェックし、正確度が低い位相データは制御指令の生成に採用せず、正確度の高い位相データに対してのみ自動制御指令を出力したり、光学系の焦点調整等に利用できる。
【００４４】
図４に対応させて示す図１３は、この発明のまた別の一実施例を示すものであり、空間的位相接続回路６ｃの内部に＋ｘ方向，−ｘ方向及び＋ｙ方向の空間的フリンジ数演算回路６ａｘｐ，６ａｘｍ，６ａｙｐ等を設け、位相接続処理を時間軸ではなく隣接画素との比較に基づく空間的処理により実行するようにしたものである。図１３において、図４と同一の番号を付した装置はぞれぞれ同一の機能を果たすと共に、時間的位相接続回路６ａとフリンジ数演算回路６ａｘｐ，６ａｘｍ，６ａｙｐとはその構成要素は全く同一であるが、比較手段１１０に入力する比較のための読み出し用位相値及びフリンジ数の読出位置及びタイミングが時間的位相接続の場合とは大きく異なっている。すなわちフリンジ数演算回路では空間的位相接続を実行するため、同一フィード又は同一フレーム内のサンプリングした位相値データ及びフリンジ数データを読出して使用する。従って、＋ｘ方向フリンジ数演算回路６ａｘｐへはΔφ（ｘ−１，ｙ）（ｔ）及びφ（ｘ−１，ｙ）（ｔ）のデータを読出して入力し、フリンジ数φ（ｘｐ，ｙ）（ｔ）を選択回路１５０へ出力する。また、−ｘ方向フリンジ数演算回路６ａｘｍへは、位置（ｘ＋１，ｙ）から位相値及びフリンジ数を読出したいのであるが、位相値Δφ（ｘ，ｙ）（ｔ）を入力した直後の時点では、まだこれらの値が利用できないので、一行分演算処理を遅らせ、位相値Δφ（ｘ，ｙ＋１）（ｔ）を入力するタイミングでΔφ（ｘ＋１，ｙ）（ｔ）のデータを位相値メモリから読出すようにすると良い。更に、＋ｙ方向フリンジ数演算回路６ａｙｐへは位置（ｘ，ｙ−１）から位相値Δφ（ｘ，ｙ−１）及びフリンジ数φ（ｘ，ｙ−１）を読出して入力し、フリンジ数φ（ｘ，ｙｐ）を選択回路１５０へ出力するようにする。かかる構成において、その動作を図１４のフローチャートを参照して説明すると、先ず、ステップＳ２の初期化動作において、初期化回路１２０が起動され、位相値メモリ１０２及びフリンジ数メモリ１０４等が初期化されると共に、出発点（ｘｉｎｉ，ｙｉｎｉ）でのフリンジ数φｉｎｉ（ｘｉｎｉ，ｙｉｎｉ）も設定される。
【００４５】
次に、濃淡の縞画像から図３の位相計算回路４により画像位置（ｘ，ｙ）での位相値Δφ（ｘ，ｙ）（ｔ）が演算され、位相値メモリ１０２の所定の番地に記憶される（ステップＳ３）と共に、＋ｘ方向フリンジ数演算回路６ａｘｐの比較器１１０にも入力され、位相メモリ１００ｃからΔφ（ｘ−１，ｙ）（ｔ）及びφ（ｘ−１，ｙ）（ｔ）が読出されて、フリンジ数φ（ｘｐ，ｙ）が演算処理され（ステップＳ４７）、選択回路１５０を介してフリンジ数メモリ１０４へ書込まれる。しかして、１行分遅れたΔφ（ｘ，ｙ＋１）（ｔ）を入力したタイミングで、タイミング制御回路１００ｃの制御のもとに、位相値Δφ（ｘ，ｙ）（ｔ），Δφ（ｘ＋１，ｙ）（ｔ）及びフリンジ数φ（ｘ＋１，ｙ）（ｔ）が位相メモリから読出されて−ｘ方向フリンジ数演算回路６ａｘｍに入力され、その出力φ（ｘｍ，ｙ）が選択回路１５０へ転送される（ステップＳ４８）。また、同じくΔφ（ｘ，ｙ＋１）（ｔ）を入力したタイミングで、位相値Δφ（ｘ，ｙ）（ｔ）、Δφ（ｘ，ｙ−１）（ｔ）及びフリンジ数φ（ｘ，ｙ−１）（ｔ）が位相メモリから読出されて＋ｙ方向フリンジ数演算回路６ａｙｐに入力され、その出力φ（ｘ，ｙｐ）が選択回路１５０へ転送される（ステップＳ４９）。更に、この同じタイミングでフリンジ数メモリからφ（ｘ，ｙ）（ｔ）の値が読出され、同じく選択回路１５０に入力されると、選択回路１５０ではこれらのフリンジ数を多数決演算により比較し、２つ以上同一の値であればその値をフリンジ数φ（ｘ，ｙ）（ｔ）としてフリンジ数メモリへ書込む、また、入力されたフリンジ数が全て異なる場合には、例えば＋ｘ方向フリンジ数演算回路６ａｘｐの出力φ（ｘｐ，ｙ）をフリンジ数φ（ｘ，ｙ）（ｔ）としてフリンジ数メモリの所定位置へ書込む（ステップＳ５０）。
【００４６】
かくして、フリンジ数φ（ｘ，ｙ）（ｔ）が決定されると、制御／表示用に位相値Δφ（ｘ，ｙ）（ｔ）及びフリンジ数φ（ｘ，ｙ）（ｔ）が外部出力される（ステップＳ５２）。その後、ｘ，ｙの更新処理が順次実行され（ステップＳ５４）、水平方向１ライン相当の遅れ時間だけで、リアルタイムで空間的位相接続処理が実行できる（ステップＳ５６）。かかる空間的位相接続処理では、異なる３方向から空間的位相接続を行ない、多数決演算によりフリンジ数を決定しているので、単独の位相接続処理に比べて接続の信頼性を大きく向上させることができる。
【００４７】
図６及び図１３に対応させて示す図１５は、この発明の更にまた別の一実施例を示すものであり、空間的位相接続回路６ｄの内部に、正確度付き空間的フリンジ数演算回路１４０ａ〜１４０ｃを設け、これらのフリンジ数演算回路から出力される正確度及びフリンジ数に基づいて選択信号生成回路１６０で最終的フリンジ数φ（ｘ，ｙ）及び正確度ｒ（ｘ，ｙ）の選択信号Ｇ１２、Ｇ１０を生成し、セレクタ１６４及び１６２で最適な出力を選択するようにしたものである。図１６に正確度付き空間的フリンジ数演算回路１４０の更に詳細なブロック図を示すが、これらの構成要素は図６に示した時間的位相接続回路６ｂと同一であり、図６で位相メモリから読出したデータｒ（ｘ，ｙ）（ｔ−１），Δφ（ｘ，ｙ）（ｔ−１）、φ（ｘ，ｙ）（ｔ−１）がそれぞれｒ（ｘ−１，ｙ）（ｔ），Δφ（ｘ−１，ｙ）（ｔ）、φ（ｘ−１，ｙ）（ｔ）等、空間的変位読出データに置換えられている。
【００４８】
このような構成において、その動作を図１７のフローチャートを参照して説明すると、先ず、ステップＳ２の初期化動作において、初期化回路１２０が起動され、位相値メモリ１０２、フリンジ数メモリ１０４、正確度メモリ１０６及び変調度／計測的正確度メモリ１０８等が初期化されると共に、出発点（ｘｉｎｉ，ｙｉｎｉ）でのフリンジ数φｉｎｉ（ｘｉｎｉ，ｙｉｎｉ）もフリンジ数メモリに設定される。
【００４９】
次に、濃淡の縞画像から図３の位相計算回路４により画像位置（ｘ，ｙ）での位相値Δφ（ｘ，ｙ）（ｔ）及び変調度ｍ（ｘ，ｙ）（ｔ）が演算され、正確度付き空間的フリンジ数演算回路１４０ａ〜１４０ｃに入力されると、変調度ｍ（ｘ，ｙ）（ｔ）は更に計測的正確度ａ（ｘ，ｙ）（ｔ）にＬＵＴ３７により変換された後、位相値メモリ１０２、計測的正確度メモリ１０８等に記憶される（ステップＳ３）。続いて、＋ｘ方向正確度付き空間的フリンジ数演算回路１４０ａ及び＋ｙ方向正確度付き空間的フリンジ数演算回路１４０ｃが起動され、それぞれ、位相値メモリ１０２からΔφ（ｘ−１，ｙ）（ｔ），Δφ（ｘ，ｙ−１）（ｔ）が読出されて、比較手段１１０ａ，１１０ｃへ入力されると共に、変位読出正確度ｒ（ｘ−１，ｙ）（ｔ），ｒ（ｘ，ｙ−１）（ｔ）も読出されて、正確度演算手段１３２ａ，１３２ｃへ入力され、更に、変位読出フリンジ数φ（ｘ−１，ｙ）（ｔ），φ（ｘ，ｙ−１）（ｔ）も読出されて、セレクタ１１２ｂ，＋１回路１１４ａ，−１回路１１６ａ及びセレクタ１１２ｃ，＋１回路１１４ｃ，−１回路１１６ｃ等に入力される。かくして、正確度付き空間的フリンジ数演算回路１４０ａ及び１４０ｃにおいて、フリンジ数φ（ｘｐ，ｙ）及びφ（ｘ，ｙｐ）がそれぞれ演算されると共に、正確度ｒ（ｘｐ，ｙ）及びｒ（ｘ，ｙｐ）も演算され（ステップＳ６０，Ｓ６４）、これらのデータがそれぞれセレクタ１６４及び１６２に入力される。更に、正確度ｒ（ｘｐ，ｙ），ｒ（ｘ，ｙｐ）は選択信号生成回路１６０にも入力され、セレクタ１６２及び１６４の選択信号Ｇ１０，Ｇ１２を次のようにして生成する。
【００５０】
すなわち、選択信号生成回路１６０では、例えば、図２０に示すように、入力される正確度ｒ（ｘｐ，ｙ）とｒ（ｘ，ｙｐ）を比較し、大きい正確度を示すフリンジ数演算回路の出力をセレクタで選択するように制御信号Ｇ１０及びＧ１２を生成すれば良い。この演算は、例えば、選択信号生成回路１６０の内部にＭＰＵを用意しておき、ｒ（ｘｐ，ｙ）とｒ（ｘ，ｙｐ）の大小を比較して、大きい方のフリンジ数演算回路番号をＧ１０，Ｇ１２として出力することで達成される（ステップＳ６８）。かくして、第１段階の正確度ｒ（ｘ，ｙ）及びフリンジ数φ（ｘ，ｙ）（ｔ）が決定されたので、これらの値をそれぞれ正確度メモリ１０６及びフリンジ数メモリ１０４に書込む。
【００５１】
しかしながら、この時点では−ｘ方向正確度付き空間的演算回路１０４ｂで使用する位相値Δφ（ｘ＋１，ｙ）（ｔ），フリンジ数φ（ｘ＋１，ｙ）（ｔ），正確度ｒ（ｘ＋１，ｙ）（ｔ）は、まだそれぞれの位相メモリに格納されていないので、次の画素の処理に移り、一水平ライン遅れた位置（ｘ，ｙ＋１）の計測データを入力処理した後で、空間的フリンジ数演算回路１４０ｂを起動すると良い。そして、空間的フリンジ数演算回路１４０ｂの演算では、位相値Δφ（ｘ，ｙ）（ｔ）、Δφ（ｘ＋１，ｙ）（ｔ）を位相値メモリ１０２から読出すと共に、フリンジ数φ（ｘ＋１，ｙ）（ｔ）をフリンジ数メモリ１０４から読出し、更に、正確度ｒ（ｘ＋１，ｙ）を正確度メモリ１０６から読出し、変調度ｍ（ｘ，ｙ）（ｔ）から演算される計測用正確度ａ（ｘ，ｙ）（ｔ）を変調度メモリ１０８から読出して演算回路１４０ｂに供給し、フリンジ数φ（ｘｍ，ｙ）（ｔ）及び正確度ｒ（ｘｍ，ｙ）（ｔ）を演算する（ステップＳ６２）。
【００５２】
かくして、正確度ｒ（ｘｍ，ｒ）（ｔ）が生成されると、この信号が選択信号生成回路１６０に入力されると共に、正確度メモリ１０６から上述の第１段階の正確度ｒ１（ｘ，ｙ）（ｔ）が読出されてセレクタ１６２及び選択信号生成回路１６０にも入力される。また、フリンジ数メモリ１０４から上述の第１段階のフリンジ数φ１（ｘ，ｙ）（ｔ）が読出されてセレクタ１６４に入力される。この時点で、３方向の空間的位相接続結果を比較することが可能となり、選択信号生成回路１６０では、第２段階の選択信号生成処理を行う。この第２段階の選択信号生成処理では、第１段階の選択信号生成論理と同じく、最大の正確度を出力するフリンジ数演算回路の出力を図２０に示すように選択しても良い。また、この時点で、改めてフリンジ数演算回路１４０ａ〜１４０ｃを全て起動して正確度及びフリンジ数を求め直し、図２１に示すような多数決論理に基づいて、第２段階の選択信号生成処理を行なうようにしても良い（ステップＳ６８）。
【００５３】
かくして、第２段階の選択信号生成処理が終了すると、最大値演算又は多数決演算又はこれらの組合せ演算により、最終的正確度ｒ（ｘ，ｙ）（ｔ）及びフリンジ数φ（ｘ，ｙ）（ｔ）が決定され、位相メモリ１０６及び１０４にそれぞれ書込まれる（ステップＳ７０）と共に、制御／表示用に位相値データΔφ（ｘ，ｙ）（ｔ）と共に外部に出力される（ステップＳ７２）。この後、ｘ，ｙの更新処理及び第１段階／第２段階の選択信号生成処理が時分割的に所定の遅延時間のもとに実行されて（ステップＳ５４）、一画面の空間的位相接続処理が完成する（ステップＳ５６）。かかる空間的位位相接続処理では、異なる３方向から空間的位相接続処理を行うと共に、各接続の確からしさを数量化して評価しているので、ノイズ画面や段差形状等接続処理が不確かな箇所を予めチェックでき、光学系の調整やフードバックシステムの制御指令の作成に有用である。
【００５４】
図１５に対応させて示す図１８は、この発明のまた別の一実施例を示すものであり、空間的位相接続回路６ｄに正確度付き時間的フリンジ数演算回路６ｂを追加し、位相接続の正確度を１段と向上させたものである。正確度付き時間的フリンジ数演算回路６ｂは図６の時間的位相接続回路６ｂと同一の構成であり、これらのフリンジ数演算回路から出力される正確度は選択信号生成回路１６０ａにそれぞれ入力されると共に、セレクタ１６２ａにも入力され、また、フリンジ数も選択信号生成回路１６０ａ及びセレクタ１６４ａにそれぞれ入力されるようになっている。
【００５５】
このような構成において、その動作を図１９のフローチャートを参照して説明すると、先ず、ステップＳ２の初期化動作において、初期化回路１２０が起動され、位相値メモリ１０２、フリンジ数メモリ１０４、正確度メモリ１０６及び変調度／計測的正確度メモリ１０８等が初期化される。
【００５６】
次に、濃淡の縞画像から図３の位相計算回路４により画像位置（ｘ，ｙ）での位相値Δφ（ｘ，ｙ）（ｔ）及び変調度ｍ（ｘ，ｙ）（ｔ）又は計測的正確度ａ（ｘ，ｙ）（ｔ）が演算され、位相値メモリ１０２ｂ、計測的正確度メモリ１０８等に書込まれる（ステップＳ３）と共に、正確度付き時間的フリンジ数演算回路６ｂ及び正確度付き空間的フリンジ数演算回路１４０ａ，１４０ｃにも入力され、これらのフリンジ数演算回路６ｂ，１４０ａ，１４０ｃがそれぞれ起動される。しかして、これらのフリンジ数演算回路が起動されると、各フリンジ数演算回路では位相値メモリ１０２ａ，フリンジ数メモリ１０４ａ、１０４ｂ等の所定の空間位置から位相値及びフリンジ数を読出し、フリンジ数φ（ｘｔ，ｙｔ）（ｔ），正確度ｒ（ｘｔ，ｙｔ）（ｔ）等を演算処理して求める。具体的には、時間的フリンジ数演算回路６ｂでは、位相値メモリ１０２ａ及びフリンジ数メモリ１０４ａより１フィード又は１フレーム前の時点（ｔ−１）における位相値Δφ（ｘ，ｙ）（ｔ−１）及びフリンジ数φ（ｘ，ｙ）（ｔ−１）を読出して、演算処理し、フリンジ数φ（ｘｔ，ｙｔ）（ｔ）、正確度ｒ（ｘｔ，ｙｔ）（ｔ）を選択信号生成回路１６０ａ及びセレクタ１６２ａ，１６４ａへ出力する（ステップＳ６６）。また、空間的フリンジ数演算回路１４０ａでは、位相値メモリ１０２ｂ及びフリンジ数メモリ１０４ｂから位相値Δφ（ｘ−１，ｙ）（ｔ）及びフリンジ数φ（ｘ−１，ｙ）（ｔ）を読出して演算処理し、フリンジ数φ（ｘｐ，ｙ）（ｔ），正確度ｒ（ｘｐ，ｙ）（ｔ）を選択信号生成回路１６０ａ及びセレクタ１６２ａ，１６４ａへ出力する（ステップＳ６０）。更に、空間的フリンジ数演算回路１４０ｃでは、位相値メモリ１０２ｂ及びフリンジ数メモリ１０４ｂから位相値Δφ（ｘ，ｙ−１）（ｔ）及びフリンジ数φ（ｘ，ｙ−１）（ｔ）を読出して演算処理し、フリンジ数φ（ｘ，ｙｐ）（ｔ）、正確度ｒ（ｘ，ｙｐ）（ｔ）を選択信号生成回路１６０ａ及びセレクタ１６２ａ，１６４ａへ出力する（ステップＳ６４）。尚、この時点では位置（ｘ＋１，ｙ）での位相値及びフリンジ数がまだ演算されていないので、例えば、画素位置（ｘ＋２，ｙ）での位相値Δφ（ｘ＋２，ｙ）（ｔ）の入力処理を開始する時点以後、所望の時点で、所定の遅延時間後、再度フリンジ数演算回路１４０ｂ及び６ｂ，１４０ａ，１４０ｃ等を起動して最終的フリンジ数φ（ｘ，ｙ）（ｔ）及び正確度ｒ（ｘ，ｙ）（ｔ）を求め直す。
【００５７】
かくして、フリンジ数演算回路６ｂ，１４０ａ，１４０ｃにより、正確度ｒ（ｘｔ，ｙｔ）（ｔ）、ｒ（ｘｐ，ｙ）（ｔ）、ｒ（ｘ，ｙｐ）（ｔ）及びフリンジ数φ（ｘｔ，ｙｔ）（ｔ）、φ（ｘｐ，ｙ）（ｔ）、φ（ｘ，ｙｐ）（ｔ）が演算されると、選択信号生成回路１６０ａにより第１段階のフリンジ数φ１（ｘ，ｙ）（ｔ）及び正確度ｒ１（ｘ，ｙ）（ｔ）を選択するための制御信号Ｇ２２及びＧ２０が図２０又は図２１に示す選択信号生成論理に従って生成される。図２０の生成論理では正確度ｒ（ｘｔ，ｙｔ）（ｔ）、ｒ（ｘｐ，ｙ）（ｔ）、ｒ（ｘ，ｙｐ）（ｔ）の中から最大の正確度ｍａｘｒｉを出力したフリンジ数演算回路を求め、この最大正確度出力フリンジ数演算回路のフリンジ数及び正確度を第１段階のフリンジ数φ１（ｘ，ｙ）（ｔ）＝φ（ｍａｘｒｉ）（ｔ）及び正確度ｒ１（ｘ，ｙ）（ｔ）＝ｍａｘｒｉ（ｔ）として（ステップＳ８０）、フリンジ数メモリ１０４ｂ及び正確度１０６ｂに書込む（ステップＳ８２）。また、図２１の生成論理では、フリンジ数φ（ｘｔ，ｙｔ）（ｔ）、φ（ｘｐ，ｙ）（ｔ）、φ（ｘ，ｙｐ）（ｔ）を相互に比較して、多数決処理を行ない、最多のフリンジ数を第１段階のフリンジ数φ１（ｘ，ｙ）（ｔ）としてフリンジ数メモリ１０４ｂに書込むと共に、図２１の欄１０００に示すように多数決に基づく正確度又は最大の正確度を第１段階の正確度として正確度メモリ１０６ｂに書込む（ステップＳ８２）。
【００５８】
以上により、第１段階のフリンジ数／正確度生成処理が終了すると、次の画素（ｘ＋１，ｙ）の第１段階のフリンジ数／正確度生成処理に移行し、以下、同様にして画素（ｘ＋１，ｙ）の第１段階のフリンジ数／正確度生成処理が終了したら、所望の遅延時点で画素位置（ｘ、ｙ）に対する第２段階のフリンジ数／正確度生成処理を開始する。この第２段階のフリンジ数／正確度生成処理では、空間的フリンジ数演算回路１４０ｂから出力されるフリンジ数φ（ｘｍ，ｙ）（ｔ）及び正確度ｒ（ｘｍ，ｙ）（ｔ）を更に考慮した選択信号生成処理が回路１６０ａで行なわれる。しかして、第２段階の選択信号生成処理においても、図２０又は図２１に基づいて２種類の信号生成処理が考えられる。いずれの場合も、この時点では、全てのデータが位相値メモリ１０２、フリンジ数メモリ１０４、正確度メモリ１０６、計測的正確度メモリ１０８等に記憶されているので、フリンジ数演算回路６ｂ，１４０ａ，１４０ｂ，１４０ｃを全て起動して、それぞれ、フリンジ数φ（ｘｔ，ｙｔ）（ｔ）、φ（ｘｐ，ｙ）（ｔ）、φ（ｘｍ，ｙ）（ｔ）、φ（ｘ，ｙｐ）（ｔ）及び正確度ｒ（ｘｔ，ｙｔ）（ｔ）、ｒ（ｘｐ，ｙ）（ｔ）、ｒ（ｘｍ，ｙ）（ｔ）、ｒ（ｘ，ｙｐ）（ｔ）を演算し、選択信号生成回路１６０ａ及びセレクタ１６２ａ、１６４ａにそれぞれ入力する。かくして、４種類のフリンジ数及び正確度がそれぞれ入力されると、図２０の選択信号生成論理では、４種類の正確度の中から最大の正確度を出力したフリンジ数演算回路を検出し、この回路の正確度及びフリンジ数を最終的正確度及びフリンジ数としてそれぞれメモリ１０６ｂ及び１０４ｂに書込む。また、図２１の選択信号生成論理では、４種類のフリンジ数の中から多数決論理により、最多のフリンジ数を選択し、この最多フリンジ数を最終的フリンジ数としてメモリ１０４ｂに書込むと共に、正確度は入力された正確度の中から最大の値又は多数決に採用されたフリンジ数の数を反映した値等を出力するようにすると良い。
【００５９】
かくして、第２段階のフリンジ数及び正確度が位相メモリへ書込まれると、これらのデータが位相値Δφ（ｘ，ｙ）（ｔ）と共に、制御／表示用に外部に出力される（ステップＳ８４）。その後、第２段階のフリンジ数／正確度生成処理が所定の遅延時間後、順次起動され、一画面の位相接続処理が終了すると（ステップＳ８８）、時間軸データの処理用に位相メモリの読出プレーン／書込みプレーンが切替えられ、この切替えに伴って、空間的フリンジ数演算回路１４０ａ〜１４０ｃで読出すプレーン及び正確度ｒ（ｘ，ｙ）（ｔ）、フリンジ数φ（ｘ、ｙ）（ｔ）の書込みプレーンも交互に切替えて使用される（ステップＳ９０）。以上に説明したように、時間及び空間的位相接続処理では、空間軸のみならず時間軸方向の連続性も考慮した位相接続処理が実行できるので、位相接続不能な箇所を大幅に低減できると共に、接続の信頼性を一段と高めることができる。
【００６０】
図２２は図２０に示す最大の正確度を利用した位相接続処理の一例を示す図であり、図２２（Ａ）の出発点Ｐ１のフリンジ数が既知として、注目点Ｐ２の水平方向ラインの位相接続処理例を示すものである。図２２（Ｂ）は第１段階の位相接続処理結果を示し、点Ｐ２より右側の領域は正常に接続できるが、左側の領域は不確定となっている。そこで、第２段階の位相接続処理を実行すると、−ｘ方向の空間的フリンジ数演算回路１４０ｂ等により図２２（Ｃ）に示すような結果が生成できるので、図２２（Ｂ）及び（Ｃ）の正確度の中から最大の正確度を選択することにより、図２２（Ｄ）に示すように、全て正常な位相接続を実現できる。又、図２３はモニタＴＶ１２等に位相データ及び正確度を重畳表示した場合の表示画面の一例である。
【００６１】
【発明の効果】
以上に説明したように、この発明の位相接続方法及び装置によれば時間軸方向の位相接続処理を行うことで、対象物の動きや成長運動を考慮した位相接続を精度良く実現でき、結晶表面の成長過程等の動きを高速かつ安定して計測することができる。また＋ｘ方向、−ｘ方向及び＋ｙ方向の空間的位相接続処理をリアルタイムで実行して、これらの接続結果を相互に比較することにより、位相接続の信頼性を飛躍的に高めることができる。そして、時間軸方向の位相接続処理結果と、空間的位相接続処理とを相互に比較することにより、成長変化する物体表面がより正確に計測でき、これらの正確な計測データが入手できると、成長変化する物体表面の成長原理が原子の大きさレベルで解明できると共に、従来知られていなかった結晶成長プロセスを開発することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明を結晶成長制御に応用した場合のシステムブロック図である。
【図２】この発明で使用する光学系の詳細な構成の一例である。
【図３】この発明の位相計算回路と位相接続回路の関係を示す図である。
【図４】この発明の時間的位相接続回路の一構成例である。
【図５】その動作を説明するためのフローチャートである。
【図６】この発明の時間的位相接続回路の他の一構成例である。
【図７】その動作を説明するためのフローチャートである。
【図８】この発明の位相差Δφと変調度ｍ（ｔ）の関係を示す図である。
【図９】この発明の計測的正確度変換を説明するための図である。
【図１０】この発明の位相接続処理の概念を説明するための図である。
【図１１】この発明の位相差的正確度を説明するための図である。
【図１２】この発明の正確度演算の一例を示す図である。
【図１３】この発明の空間的位相接続回路の一構成例を示す図である。
【図１４】その動作を説明するためのフローチャートである。
【図１５】この発明の別の空間的位相接続回路の一構成例を示す図である。
【図１６】この発明の正確度付き空間的フリンジ数演算回路の一構成例を示す図である。
【図１７】その動作を説明するためのフローチャートである。
【図１８】この発明の時間及び空間的位相接続回路の一構成例を示す図である。
【図１９】その動作を説明するためのフローチャートである。
【図２０】この発明の選択信号生成論理の一例を示す図である。
【図２１】この発明の他の選択信号生成論理の一例を示す図である。
【図２２】この発明の空間的位相接続処理の一例を示す図である。
【図２３】この発明の位相データ及び正確度を表示手段に重畳表示した例である。
【符号の説明】
２  信号処理装置
４  位相計算回路
６，６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄ，６ｅ  位相接続回路
８  光学系
１０  制御コントローラ
８Ａ〜８Ｃ  ＴＶカメラ
２０  レーザ光
２２  ハーフミラー
２４  波面分割光学系
２５Ａ〜２５Ｃ  偏光板
３３，３５，３６，３７  ＬＵＴ
１００，１０２，１０４，１０６，１０８  メモリ
１１０  比較手段
１１２ａ〜１１２ｃ，１６２，１６４  セレクタ
１１４  ＋１回路
１１６  −１回路
１３０  正確度演算回路
１３２  正確度演算手段
６ａｘｐ，６ａｘｍ，６ａｙｐ，６ａ，１４０ａ〜１４０ｃ  フリンジ数演算回路
１６０、１６０ａ  選択信号生成回路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図１０】
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【図９】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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