基于方差比盲分离的复杂结构材料高精度透视检测方法技术

本发明专利技术属于激光波数调频干涉方法技术领域，尤其是涉及一种基于方差比盲分离的复杂结构材料高精度透视检测方法，适用于工业环境下，树脂基复合材料、多层半导体器件等内部结构的高精度检测。本发明专利技术提出强脉冲噪声环境下基于方差比盲分离方法的复杂结构材料高精度透视检测，能够在强脉冲噪声环境下，通过对干涉光强序列进行斯皮尔曼相关分析与傅里叶变换相结合，检测出多层复杂结构材料的内部结构信息，克服了传统的傅里叶变换方法不能对复杂结构材料的内部结构信息进行盲分离检测的缺陷。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种强脉冲噪声环境下复杂结构材料的高精度透视检测方法，尤其是涉及一种强脉冲噪声环境下基于方差比盲分离方法的复杂结构材料高精度透视检测方法，适用于工业环境下，树脂基复合材料、多层半导体器件等内部结构的高精度检测。
技术介绍
树脂基复合材料、半导体器件、MEMS器件、OLED显示屏和薄膜太阳能电池大多是深度方向复杂多层薄膜结构。深度分辨波数扫描干涉方法(Depth-Resolved Wavenumber-Scanning Interferometry,DRWSI)是传统相移干涉技术的延伸，利用激光控制器调制波长随时间变化的相干光照射被测物，被测物内部和表面的反射光在波前发生干涉，通过摄像机采集若干张干涉图样保存在计算机后，经过后期处理，解调出复杂结构材料(以下简称为材料)的内部结构信息。激光波数调频干涉方法是树脂基复合材料、半导体器件内部复杂结构和薄膜厚度检测的最有前途方法之一。受激光波数调频范围有限和强脉冲噪声影响，传统的傅里叶变换方法不能对复杂结构材料的内部结构信息进行盲分离检测。目前，傅里叶变换算法(Fourier Transform,FT)是DRWSI常用的材料内部结构检测数据解调方法，其原理是识别干涉信号傅里叶变换后的幅频峰值，抽取峰值处的相位并对其进行相位展开，通过对相位展开值乘以一个比例系数得到材料内部结构信息。然而受激光扫频范围有限以及强脉冲噪声影响，干涉信号傅里叶变换后的幅频峰值容易淹没于噪声中。由于强脉冲噪声下的材料先验知识不可获取，CCD相机采集的干涉图像为材料内部每层干涉信号的叠加，如何仅根据CCD相机采集的干涉图像，高精度盲分离出材料内部结构干涉信号，实现材料复杂结构分布的检测，是目前迫切需要解决的问题。
技术实现思路
针对以上技术问题，本专利技术的目的在于突破传统的傅里叶变换方法不能对复杂结构材料的内部结构信息进行盲分离检测的不足，提供一种基于方差比盲分离的复杂结构材料高精度透视检测方法，其基于方差比的盲信号分离方法的实现，用于深度分辨激光波数调频干涉的材料结构测量，能够在强脉冲噪声环境下对材料内部复杂结构信息进行盲分离和检测。为达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种基于方差比盲分离的复杂结构材料高精度透视检测方法，其基于方差比的盲信号分离方法的实现，具体实现原理为：材料深度方向共M层，波数为k的平行激光从样品表面及内部界面反射，会相互叠加形成干涉，干涉光强为， I ( n ) = Σ p = 1 M Σ q = 1 M I p I q c o s [ 2 Λ p q · k ] - - - ( 1 ) ]]>其中，Ip，Iq为材料深度方向界面p，q的干涉光强，Λpq为界面p，q之间的光程差。此时，激光波数调频共N步，第n步表达式为， k ( n ) = k c + n - 1 N - 1 · Δ k , n ∈ [ 1 , N ] - - - ( 2 ) ]]>其中，kc为中心波数，Δk为波数调频范围。同时CCD相机拍摄N张干涉图像。从式(1)得出，去除直流分量后，干涉光强由M·(M-1)/2个正弦信号叠加而成，每个信号的频率和相位分别为， f p q = Λ p q π - - - ( 3 ) ]]>其中k0为起始波数。因此，通过解调干涉光强序列的频率和相位，可得到材料内部复杂多层结构信息。具体实现步骤为：1)调频激光器波数输出，使激光照射复杂结构材料上，与此同时，CCD相机拍摄Ns张干涉图像；拍摄第ns张干涉图像坐标(x，y)处的光强表达式为： I ( n s ) = Σ p = 1 M Σ q = 1 M I p · I q c o s [ 2 · Λ p q · k ( n s ) ] , - - - ( 5 ) ]]>其中，Ip，Iq为复杂结构材料中界面p，q的反射光强，Λpq为界面p，q的光程差，M包括复杂结构材料和干涉参考面的总层数，k(ns)为拍摄第ns张干涉图像时对应的激光波数输出。2)对干涉图像中的各像素点构造光强序列I＝[I(1),I(2),…,I(N)]T，其中T表示转置。构造自相关矩阵Cxx和互相关矩阵Cxy如下， C x y = 本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于方差比盲分离的复杂结构材料高精度透视检测方法，其特征在于，基于方差比盲分离方法对复杂结构材料进行高精度透视检测，具体步骤为：1)调频激光器波数输出，使激光照射复杂结构材料上，与此同时，CCD相机拍摄Ns张干涉图像；拍摄第ns张干涉图像坐标(x，y)处的光强表达式为：I(ns)=Σp=1MΣq=1MIp·Iqcos[2·Λpq·k(ns)],---(1)]]>其中，Ip，Iq为复杂结构材料中界面p，q的反射光强，Λpq为界面p，q的光程差，M包括复杂结构材料和干涉参考面的总层数，k(ns)为拍摄第ns张干涉图像时对应的激光波数输出；2)对干涉图像每个像素点构造光强向量I1＝[I(1),I(2),…,I(Ns‑1)]T，I2＝[I(2),I(3),…,I(Ns)]T，T表示矩阵转置；利用斯皮尔曼相关系数，对I1构造自相关矩阵Cxx，对I1，I2构造互相关矩阵Cxy；3)对Cxx求解关于Cxy的广义特征值：ηpq=exp(j·2π·fpq·ΔkNs-1),ξpq=exp(-j·2π·fpq·ΔkNs-1),---(2)]]>上式中，j为虚数单位，Δk为激光波数扫频范围，fpq为界面p，q的干涉信号频率；4)通过式(2)计算界面p，q的干涉信号频率fpq为：fpq=(Ns-1)·arctan(ηpq)2π·Δk,---(3)]]>5)对单点像素干涉光强信号作关于波数的傅里叶变换并求解界面p，q的干涉相位，φpq=arctan[Im(I~(fpq))Re(I~(fpq))],]]>上式中，I~(fpq)=Σns=1NsI(ns)exp[-j·2π·fpq·k(ns)]·W[k(ns)],---(4)]]>上式中，W为窗函数；6)对CCD相机拍摄的干涉图像每个像素点重复进行步骤2)～5)，得到界面p，q的全幅面干涉相位，相位解卷绕后即可在强脉冲噪声环境下测量出材料的复杂结构信息。...

【技术特征摘要】
1.基于方差比盲分离的复杂结构材料高精度透视检测方法，其特征在于，基于方差比盲分离方法对复杂结构材料进行高精度透视检测，具体步骤为：1)调频激光器波数输出，使激光照射复杂结构材料上，与此同时，CCD相机拍摄Ns张干涉图像；拍摄第ns张干涉图像坐标(x，y)处的光强表达式为： I ( n s ) = Σ p = 1 M Σ q = 1 M I p · I q c o s [ 2 · Λ p q · k ( n s ) ] , - - - ( 1 ) ]]>其中，Ip，Iq为复杂结构材料中界面p，q的反射光强，Λpq为界面p，q的光程差，M包括复杂结构材料和干涉参考面的总层数，k(ns)为拍摄第ns张干涉图像时对应的激光波数输出；2)对干涉图像每个像素点构造光强向量I1＝[I(1),I(2),…,I(Ns-1)]T，I2＝[I(2),I(3),…,I(Ns)]T，T表示矩阵转置；利用斯皮尔曼相关系数，对I1构造自相关矩阵Cxx，对I1，I2构造互相关矩阵Cxy；3)对Cxx求解关于Cxy的广义特征值： η p q = exp ( j · 2 π · f p q · Δ k N s - 1 ) , ξ p q = exp ( - j · 2 π · f p q · Δ k N s - 1 ) , - - - ( 2 ) ]]>上式中，j为虚数单位，Δk为激光波数扫频范围，fpq为界面p，q的干涉信号频率；4)通过式(2)计算界面p，q的干涉信号频率fpq为： f p q = ( N s - 1 ) · a r c t a n ( η ...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢胜利，吕梓亮，何昭水，周延周，周郭许，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：发明
国别省市：广东;44