一种白光干涉三维形貌重建方法、装置、系统及存储介质制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种白光干涉三维形貌重建方法、装置、系统及计算机可读存储介质，该方法包括对待测物体进行等步长垂直扫描，并采集得到一系列的白光干涉条纹；依据各个白光干涉条纹图得到与每个像素点分别对应的相对高度；依据与每个像素点分别对应的相对高度重建与待测物体对应的初始三维形貌；将进行高度修正后的第一个像素点作为起始标准像素点依次对初始三维形貌中的相邻两个像素点进行遍历，判断当前相邻两个像素点之间的高度差是否满足预设的修正条件，若是，则对两个像素点中的目标像素点的相对高度进行修正，得到与目标像素点对应的修正后的相对高度，以对初始三维形貌进行修正。本发明专利技术在使用过程中能够提高重建三维形貌的精确度和鲁棒性。

A Method, Device, System and Storage Medium for White Light Interference 3D Topography Reconstruction

【技术实现步骤摘要】
一种白光干涉三维形貌重建方法、装置、系统及存储介质
本专利技术实施例涉及精密光学测量工程
，特别是涉及一种白光干涉三维形貌重建方法、装置、系统及计算机可读存储介质。
技术介绍
随着精密微型光学元件、MEMS器件等微结构的快速发展和广泛运用，对表面微观形貌的要求日渐提高。因此，相应的高精密先进检测技术也日渐重要，白光扫描干涉测量技术是一种重要非接触式的微观形貌测量技术。由于白光光源相干长度短，白光扫描干涉测量技术不仅继承了单色光干涉测量的非接触、全场、高精度测量的特性，而且解决了单色光测量技术在测量不连续表面时的相位模糊问题，其中，白光干涉三维形貌重建算法是白光扫描干涉测量技术的关键一环，它直接决定了测量的精度和速度。目前，白光干涉三维形貌重建算法主要有：极值法、重心法、包络曲线拟合法、白光相移法、空间频域法等，其中，白光相移法因其精度高、运算速度快的特点，被广泛运用于白光干涉测量系统中。白光相移法由单色光相移法发展而来，通过结合白光相干长度短的特点，解决了单色光无法测量深度变化超过λ/4的表面形貌的问题。白光相移法通常先计算白光干涉信号最大调制度的位置，然后通过相应的相位计算公式，计算出最大调制度位置与零光程差位置之间的相位差，进而得到被测点的高度信息，从而重建出物体的3D微观形貌。但是，由于环境噪声、压电陶瓷扫描步距误差等因素的影响，白光相移法算法在计算最大调制度位置时可能会出现错误，导致被测物体局部高度值计算错误，产生高度跃变，影响重建3D微观形貌的精确度。
技术实现思路
本专利技术实施例的目的是提供一种白光干涉三维形貌重建方法、装置、系统及计算机可读存储介质，在使用过程中能够提高重建三维形貌的精确度和鲁棒性。为解决上述技术问题，本专利技术实施例提供了一种白光干涉三维形貌重建方法，包括：对待测物体进行等步长垂直扫描，并采集得到一系列的白光干涉条纹图；依据各个所述白光干涉条纹图得到与每个像素点分别对应的相对高度；依据与每个所述像素点分别对应的相对高度重建与所述待测物体对应的初始三维形貌；对第一个像素点的相对高度进行修正，并将修正后的第一个像素点作为起始标准像素点依次对所述初始三维形貌中的相邻两个像素点进行遍历，判断当前相邻两个像素点之间的高度差是否满足预设的修正条件，若是，则对所述两个像素点中的目标像素点的相对高度进行修正，并得到与所述目标像素点对应的修正后的相对高度，以对所述初始三维形貌进行修正；其中，所述目标像素点为所述两个所述像素点中遍历位置较后的像素点。可选的，所述依据各个所述白光干涉条纹图得到与每个像素点分别对应的相对高度的过程为：所述从各个所述白光干涉条纹图中读取每个像素点在不同位置的像素值，得到与每个所述像素点一一对应的白光干涉信号数据；采用白光相位移法对各个所述白光干涉信号数据进行分析，得到与每个所述像素点分别对应的相对高度。可选的，所述采用白光相位移法对各个所述白光干涉信号数据进行分析，得到与每个所述像素点分别对应的相对高度的过程为：依据与相应像素点对应的白光干涉信号数据计算出所述像素点在不同位置处的调制度，并获取与所述像素点对应的最大调制度；获取与所述最大调制度对应的帧数，并依据所述帧数及五帧白光相移方法计算出所述最大调制度对应位置与零光程差位置之间的相位差；依据所述帧数、所述相位差及预先建立的帧数、相位差与高度之间的转换关系，得到与所述像素点对应的零光程差位置，并将所述零光程差位置作为所述像素点的相对高度值；返回执行所述依据与相应像素点对应的白光干涉信号数据计算出所述像素点在不同位置处的调制度的步骤，以对每个像素点进行遍历，从而得到与每个像素点分别对应的相对高度。可选的，所述依据与相应像素点对应的白光干涉信号数据计算出所述像素点在不同位置处的调制度的过程为：依据白光干涉信号强度表达式、调制度计算关系式及与相应像素点对应的白光干涉信号数据得到所述像素点在不同位置处的调制度，其中：所述白光干涉信号强度表达式为其中，x和y表示像素点位置，z表示扫描位置，Iz(x,y)表示像素点(x,y)在z处的白光干涉信号强度，Ib表示背景光强，g(x,y,z)表示干涉信号包络，表示相位差；所述调制度计算关系式为：其中，Iz-1(x,y)和Iz-2(x,y)分别表示位于扫描位置z前一帧和前两帧对应的白光干涉信号强度，Iz+1(x,y)和Iz+2(x,y)分别表示位于扫描位置z后一帧和后两帧对应的白光干涉信号强度。可选的，所述依据所述帧数及五帧白光相移方法计算出所述最大调制度对应位置与零光程差位置之间的相位差的过程为：依据五帧白光相移相位计算关系式计算出所述最大调制度对应位置与零光程差位置之间的相位差，其中，所述五帧白光相移相位计算关系式为：其中，Δφ表示最大调制度对应位置与零光程差位置之间的相位差，n最大调制度对应的帧数。可选的，所述依据所述帧数、所述相位差及预先建立的帧数、相位差与高度之间的转换关系，得到与所述像素点对应的相对高度的过程为：H＝nα+Δφλ/4π，其中，α表示扫描步距，λ表示白光光源中心波长。可选的，所述判断当前相邻两个像素点之间的高度差是否满足预设的修正条件的过程为：判断当前相邻两个像素点之间的高度差是否超过λ/2，若是，则满足所述修正条件；则，所述对所述两个像素点中的目标像素点的相对高度进行修正，并得到与所述目标像素点对应的修正后的相对高度的过程为：获取所述目标像素点当前的相对高度，并将其作为对应的零光程差位置z0，及位于所述零光程差位置z0左右两边的白光干涉信号强度曲线峰值位置z1和z2，其中，z1＝z0-λ/2，z2＝z0+λ/2；所述白光干涉信号强度曲线为依据与所述目标像素点对应的白光干涉信号数据得到的；分别以z0、z1和z2作为所述白光干涉信号强度曲线的对称中心，并根据对称判据计算出所述白光干涉信号强度曲线的对称性，得到G(z0)、G(z1)和G(z2)，其中，所述对称判据为：或其中，表示像素点(x,y)在2zi-z处的白光干涉信号强度，W为以zi为参照点的积分范围，i＝1,2,3；获取G(z0)、G(z1)和G(z2)中最小的G(z)对应的z值，并将其作为修正后的零光程差位置及修正后的相对高度值。本专利技术实施例还相应的提供了一种白光干涉三维形貌重建装置，包括：扫描模块，用于对待测物体进行等步长垂直扫描，并采集得到一系列的白光干涉条纹图；分析模块，用于依据各个所述白光干涉条纹图得到与每个像素点分别对应的相对高度；重建模块，用于依据与每个所述像素点分别对应的相对高度重建与所述待测物体对应的初始三维形貌；判断模块，用于从对第一个像素点的相对高度进行修正，并将修正后的第一个像素点作为起始标准像素点依次对所述初始三维形貌中的相邻两个像素点进行遍历，判断当前相邻两个像素点之间的高度差是否满足预设的修正条件，若是，触发修正模块；所述修正模块，用于对所述两个像素点中的目标像素点的相对高度进行修正，并得到与所述目标像素点对应的修正后的相对高度，以对所述初始三维形貌进行修正；其中，所述目标像素点为所述两个所述像素点中遍历位置较后的像素点。本专利技术实施例还提供了一种白光干涉三维形貌重建系统，包括：存储器，用于存储计算机程序；处理器，用于执行所述计算机程序时实现如上述所述白光干涉三维形貌重建本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种白光干涉三维形貌重建方法，其特征在于，包括：对待测物体进行等步长垂直扫描，并采集得到一系列的白光干涉条纹图；依据各个所述白光干涉条纹图得到与每个像素点分别对应的相对高度；依据与每个所述像素点分别对应的相对高度重建与所述待测物体对应的初始三维形貌；对第一个像素点的相对高度进行修正，并将修正后的第一个像素点作为起始标准像素点依次对所述初始三维形貌中的相邻两个像素点进行遍历，判断当前相邻两个像素点之间的高度差是否满足预设的修正条件，若是，则对所述两个像素点中的目标像素点的相对高度进行修正，并得到与所述目标像素点对应的修正后的相对高度，以对所述初始三维形貌进行修正；其中，所述目标像素点为所述两个所述像素点中遍历位置较后的像素点。

【技术特征摘要】
1.一种白光干涉三维形貌重建方法，其特征在于，包括：对待测物体进行等步长垂直扫描，并采集得到一系列的白光干涉条纹图；依据各个所述白光干涉条纹图得到与每个像素点分别对应的相对高度；依据与每个所述像素点分别对应的相对高度重建与所述待测物体对应的初始三维形貌；对第一个像素点的相对高度进行修正，并将修正后的第一个像素点作为起始标准像素点依次对所述初始三维形貌中的相邻两个像素点进行遍历，判断当前相邻两个像素点之间的高度差是否满足预设的修正条件，若是，则对所述两个像素点中的目标像素点的相对高度进行修正，并得到与所述目标像素点对应的修正后的相对高度，以对所述初始三维形貌进行修正；其中，所述目标像素点为所述两个所述像素点中遍历位置较后的像素点。2.根据权利要求1所述的白光干涉三维形貌重建方法，其特征在于，所述依据各个所述白光干涉条纹图得到与每个像素点分别对应的相对高度的过程为：所述从各个所述白光干涉条纹图中读取每个像素点在不同位置的像素值，得到与每个所述像素点一一对应的白光干涉信号数据；采用白光相位移法对各个所述白光干涉信号数据进行分析，得到与每个所述像素点分别对应的相对高度。3.根据权利要求2所述的白光干涉三维形貌重建方法，其特征在于，所述采用白光相位移法对各个所述白光干涉信号数据进行分析，得到与每个所述像素点分别对应的相对高度的过程为：依据与相应像素点对应的白光干涉信号数据计算出所述像素点在不同位置处的调制度，并获取与所述像素点对应的最大调制度；获取与所述最大调制度对应的帧数，并依据所述帧数及五帧白光相移方法计算出所述最大调制度对应位置与零光程差位置之间的相位差；依据所述帧数、所述相位差及预先建立的帧数、相位差与高度之间的转换关系，得到与所述像素点对应的零光程差位置，并将所述零光程差位置作为所述像素点的相对高度值；返回执行所述依据与相应像素点对应的白光干涉信号数据计算出所述像素点在不同位置处的调制度的步骤，以对每个像素点进行遍历，从而得到与每个像素点分别对应的相对高度。4.根据权利要求3所述的白光干涉三维形貌重建方法，其特征在于，所述依据与相应像素点对应的白光干涉信号数据计算出所述像素点在不同位置处的调制度的过程为：依据白光干涉信号强度表达式、调制度计算关系式及与相应像素点对应的白光干涉信号数据得到所述像素点在不同位置处的调制度，其中：所述白光干涉信号强度表达式为其中，x和y表示像素点位置，z表示扫描位置，Iz(x,y)表示像素点(x,y)在z处的白光干涉信号强度，Ib表示背景光强，g(x,y,z)表示干涉信号包络，表示相位差；所述调制度计算关系式为：其中，Iz-1(x,y)和Iz-2(x,y)分别表示位于扫描位置z前一帧和前两帧对应的白光干涉信号强度，Iz+1(x,y)和Iz+2(x,y)分别表示位于扫描位置z后一帧和后两帧对应的白光干涉信号强度。5.根据权利要求4所述的白光干涉三维形貌重建方法，其特征在于，所述依据所述帧数及五帧白光相移方法计算出所述最大调制度对应位置与零光程差位置之间的相位差的过程...

【专利技术属性】
技术研发人员：高健，黄义亮，王晓亮，陈新，张揽宇，邓海祥，杨铨，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：发明
国别省市：广东,44