[发明专利]基于三维拼接的大口径干涉测量系统和算法

权利要求书

1.一种基于三维拼接的大口径干涉测量方法，包括如下步骤：

步骤 1、系统初始化：被测样品（6）安装到样品固定座（5）上，用三侧的螺钉夹紧被测样品（6），根据当前光学系统的放大倍率和分辨率，设置相机图像的长度和宽度尺寸，计算左右方向和竖直方向需要移动的次数；然后将通过左右移动滑台（2）和竖直移动滑台（4）将样品移动到起始位置，扫描平台3移动到扫描起始位置；

步骤 2、信号查找：启动对焦平台（18），开始前后移动，并用软件触发取图；本系统的光路结构中，当被测样品（6）表面清晰成像时刚好出现干涉信号，利用图像梯度值来判断对焦滑台移动的方向；当图像梯度逐渐变大时，说明移动方向正确，当图像梯度变小时，说明移动方向相反；

步骤3、干涉扫描：查找到干涉信号后，启动扫描平台开始扫描：在单色光干涉系统中，使用五步移相，每次步进八分之一波长，然后软触发取图；在白光干涉中，使用连续扫描方式，直至无干涉信号为止；

步骤4、三维形貌还原：在单色光干涉系统中，利用采集到的五幅图像，计算出每一个点的相位值，然后使用相位解缠还原出三维形貌；在白光干涉系统中，利用空间频域算法处理采集到的一系列图像，计算出每个像素点的高度信息值；

步骤5、判断是否需要拼接：如果初始化时左右滑台移动或竖直滑台移动次数大于1，则需要进行拼接处理；按照实际需求，控制滑台移动，然后重复步骤2、3、4，直到所有表面计算完成；

步骤6、三维拼接：利用计算得到的测量表面的独立三维形貌数据，进行三维拼接：先选取待拼接的两幅图，并提取出可能重叠区域；在单色光干涉系统中，使用信号振幅的归一化图作为待拼接图像进行拼接；利用相似度算法，查找出最佳匹配坐标，然后根据最佳匹配坐标提取出待拼接三维数据真正重叠区域，并对重叠区域各个点进行高度差计算，将高度差用最小二乘法拟合成平面并计算出归一化高度差，然后将这个最佳差值补偿到其中一组三维原始数据中，完成三维融合；

步骤7、完成测试：将拼接得到的三维数据以三维彩图的形式显示在软件中，用户还可以导出原始数据，便于后续的分析。

2.如权利要求1所述的基于三维拼接的大口径干涉测量方法，其特征在于：步骤2中，在单色光干涉系统中，利用捕捉到图像的灰度均方差值来判断干涉信号的有无；当图像无干涉信号时，该均方差值基本不变，当图像出现干涉信号时，均方差值明显变大，图像均方差最大的位置，即干涉信号最强的位置；在白光干涉系统中，利用移动前后的两幅图各个像素点偏差值来分析当前是否存在干涉信号；

若当前无干涉信号，在对焦滑台移动前后，图像不会有明显变化；若当前存在干涉信号，则对焦滑台移动时，干涉信号出现的区域就会有变化，两幅图就出现明显不同。

3.如权利要求1所述的基于三维拼接的大口径干涉测量方法，其特征在于：步骤4中所述的三维形貌还原包含两个部分，在单色光干涉中控制压电陶瓷移相并由相机记录当前的信号图像，通过采集到的若干幅干涉信号图来计算被测物体各个像素的相位值，然后利用相位解缠还原得到三维图像；在白光干涉系统中，采用压电陶瓷扫描方式，连续采集上百幅图像，通过空间频域算法计算出三维形貌；在三维计算过程中，需要保证采集到的图像包含有效的干涉信号，可通过图像直接计算出各像素点的信号强度值，并控制有效像素在整个视场的比例是否满足计算需求。

4.如权利要求1所述的基于三维拼接的大口径干涉测量方法，其特征在于：步骤6中所述的三维拼接，包含两个过程：首先选取需要拼接的图像可能重叠部分，通过相似度算法计算出拼接点的每一行每一列坐标值，并在平面方向完成拼接；然后提取出真正重叠区域的三维数据，计算重叠部分各个点的高度差值，通过最小二乘法计算两组三维数据的最佳高度落差，并将这个差值补偿到其中一组三维数据中。