[发明专利]一种自动找寻干涉条纹的方法和装置

说明书

本发明提供了一种自动找寻干涉条纹的方法和装置，其中方法包括如下步骤：对白光干涉扫描图像在Z向等间隔依次采集图片，选取其中连续的N张图片，计算第n帧图片对应所述图像的像素条纹的特征值；所述N为大于或等于3的整数；计算第n帧图片对应所述图像的像素条纹的信噪比；依据当前第n帧图片的像素条纹的特征值与信噪比对当前状态进行检测；根据不同Z向位置的图片对应的像素条纹的特征值与信噪比，检测得到条纹干涉最亮的Z向位置和条纹干涉消失的Z向位置。采用本发明的技术方案，通过自动找寻并定位至干涉位置，从而实现安全、高效的找寻过程，无需操作人员实时操作和观察，省时省力，效率高，安全可靠。

技术领域

本发明涉及干涉条纹检测，尤其涉及一种自动找寻干涉条纹的方法和装置。

背景技术

光学3D表面轮廓仪是以白光干涉扫描技术为基础研制而成的用于样品表面微观形貌检测的精密仪器。以非接触的扫描方式，实现针对样品表面的超高重复精度的3D测量，获取表征样品表面质量的2D、3D数据。可广泛应用于半导体、3C电子、超精密加工、光学加工、微纳米材料、微机电等行业中精密元器件的表面粗糙度、几何轮廓等参数的测量和分析。对各种产品、部件和材料表面的平面度、粗糙度、波纹度、面形轮廓、表面缺陷、磨损情况、腐蚀情况、孔隙间隙、台阶高度、弯曲变形情况、加工情况等表面形貌特征进行测量和分析。白光干涉原理如图1所示，干涉物镜内集成有将一束入射光分成测试光和参考光的分光板和参考板，从光源发出的光经会聚准直后经分光板进行干涉物镜，照射到样品表面后返回的光束经分光板和会聚透镜成像到CCD相机，当满足光的干涉条件时会形成干涉图像。当运动控制系统带动光学图像采集系统以纳米级的步进从样品表面低点运动到高点时，在样品表面不同高度处，形成的不同干涉条纹都会被CCD成像保存用于重建样品的3D图像。

然而在利用白光干涉扫描测量过程中，找到干涉条纹并移动到达指定的条纹位置是整个测量过程的必要环节之一，也是最繁琐和耗时的环节。图2为球类样品在扫描高度从低到高(或从高到底)变化时，摄像机视场内干涉条纹出现到消失的变化序列图。由于白光干涉区间非常小，几百纳米到两微米左右，而且时间有限，如何快速并高效的找到条纹位置，对测量操作者提出了很高的要求。

目前，寻找白光干涉仪找条纹的扫描区域主要采用人工手动找寻的方式，由于扫描找寻范围比较大，干涉物镜工作距离有几毫米，所以操作者需要边操作软件观察干涉条纹是否出现边实时移动相机镜头，需要操作员实时操作和观察既耗时且易疲劳，稍不注意就有可能错过条纹而找寻不到。而且还要切换位置到仪器附近进行人工观察物镜与测量样品间的距离，操作员工不断的在计算机和仪器之间来回切换操作位置和观察位置，无法所操作即所得，使用起来效率低；并且在软件操作时，极容易发生镜头与测量样品碰撞而损坏的情况。

发明内容

针对以上技术问题，本发明公开了一种自动找寻干涉条纹的方法和装置，解决手动操作繁琐、计算机与设备间低效率切换、测量易碰撞的问题。

对此，本发明采用的技术方案为：

一种自动找寻干涉条纹的方法，其包括以下步骤：

步骤S1，对白光干涉扫描图像在Z向等间隔依次采集m张图片，依次选取其中连续的N张图片，得到m-N个图片序列，所述N为大于或等于3的整数；

步骤S2，根据选取的N张图片，计算第n帧图片对应所述图像的像素条纹的特征值；所述第n帧图片对应所述图像的像素条纹的特征值为第n帧图片对应所述图像的每个或选定像素位置上、Z向图片序列的第n-|N/2|～n+|N/2|帧图片的灰度标准差，其中，|N/2|+1≤n≤m-|N/2|；也就是在计算第n帧图片的特征值时，采用该图片序列的前|N/2|帧和后|N/2|帧图片的灰度进行计算。

步骤S3，计算第n帧图片对应所述图像的像素条纹的信噪比；

步骤S4，依据当前第n帧图片的像素条纹的特征值与信噪比对当前状态进行检测；