[发明专利]一种用于色散共焦峰值提取的补偿拟合差分信号方法

说明书

本发明公开了一种用于色散共焦峰值提取的补偿拟合差分信号方法，其通过线性最小二乘法拟合归一化的离散光谱响应信号的差分信号得到初始峰值波长，进一步得到归一化的离散光谱响应信号初始峰值波长与理想峰值波长之间的误差并对其进行一阶导数变形，求解一阶导数变形的微分方程得到拟合的归一化的离散光谱响应信号初始峰值波长与理想峰值波长X之间的误差，进一步得到归一化的离散光谱响应信号的理想峰值波长的拟合值，从而实现利用归一化的离散光谱响应信号的理想峰值波长的拟合值进行色散共焦的快速测量，以确保色散共焦的快速测量的准确性。

技术领域

本发明属于共焦测量领域，具体涉及利用一种用于色散共焦峰值提取的补偿拟合差分信号方法。

背景技术

共焦显微测量技术主要用于消除普通显微镜在探测样品时的多重散射光，类似于共焦显微测量，色散共焦显微技术中点光源经过半透半反镜和色散透镜后在其后面的像面上聚焦成像，色散透镜可以使得不同入射光波聚焦在轴向不同位置。色散共焦显微技术常用于微纳表面结构测量、快速坐标测量、透明介质厚度测量和在线工艺检测等。

在实际色散共焦显微测量中，若在平面某处放置一物体，则所有波长的光均会反射，反射光经色散透镜、半反半透镜和针孔被光谱仪接收，物体位置对应波长的光在光谱仪上会最强，而其他波长的反射光会被针孔削弱，从而形成光谱响应信号。如果物体放置位置不同，则光谱信号所对应的峰值波长也不同，建立峰值波长与物体位置间的精确编码，就可以根据光谱响应信号的峰值波长推算被测对象在该位置的高度信息。

在色散共焦显微测量中，光谱响应信号的快速准确可靠提取直接影响最终测量结果准确度和可靠性以及测量频率，其要求峰值提取算法同时具有优越的峰值性能(高准确性，高可靠性)和良好的计算效率。现有的峰值提取算法包括大值法(MPM)，重心法(COM),抛物线拟合法(PFM),高斯拟合法(GFM)和sinc2拟合法(SFM)。其中最大值法(MPM)通过直接选取光强最大点所对应的光谱波长作为峰值，其极容易受到噪声的影响，但具有极高的计算效率；重心法(COM)具有较高的峰值提取准确性和可靠性，具有较高的计算效率；而拟合法如抛物线拟合法(PFM)、高斯拟合法(GFM)和sinc2拟合法(SFM)的峰值提取准确性和可靠性更高，但计算效率过低，难以实现快速在线测量。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种用于色散共焦峰值提取的补偿拟合差分信号方法，其通过线性最小二乘法拟合归一化的离散光谱响应信号的差分信号得到初始峰值波长，进一步拟合归一化的离散光谱响应信号初始峰值波长与理想峰值波长之间的误差并对其进行一阶导数变形，求解一阶导数变形的微分方程得到归一化的离散光谱响应信号的理想峰值波长的拟合值，从而实现利用归一化的离散光谱响应信号的理想峰值波长的拟合值进行色散共焦的快速测量，以确保色散共焦的快速测量的准确性。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种用于色散共焦峰值提取的补偿拟合差分信号方法，具体步骤为：

S1.利用色散共焦显微镜获取光谱仪上接收的离散光谱响应信号的波长和光强信息得到归一化的离散光谱响应信号，将归一化的离散光谱响应信号表示为I_k＝g(λ_k-X)；

式中，k＝-i,...,i，λ_k和I_k分别为归一化的离散光谱响应信号第k个采样点处的波长和光强，X表示归一化的离散光谱响应信号对应的理想峰值波长，函数g为表示归一化的离散光谱响应信号；

S2.计算k＝-i+1,...,i-1时归一化的离散光谱响应信号的差分信号其中，f_k表示归一化的离散光谱响应信号的差分信号第k个采样点处的光强，I_k+1和I_k-1分别表示归一化的离散光谱响应信号第k+1个和第k-1个采样点处的光强，令f_i＝0和f_-i＝0；