[发明专利]基于移位和多项式拟合的全息像差绝对校准方法及系统

权利要求书

1.一种基于移位和多项式拟合的全息像差绝对校准方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)采集全息图，在采集第一幅全息图后，通过在光轴的垂直平面上正交地移动样品两次并分别捕获其全息图，得到包含测试物体相位和系统像差相位的三幅全息图；

(2)对步骤(1)获得的三幅全息图分别进行相位调解，通过基于傅里叶变换的相位解调方法，提取其频谱的+1级信息，并从+1级信息中提取测试物体相位，得到三个包含像差的原始相位结果；

(3)对步骤(2)得到的三个包含像差的原始相位结果进行坐标变换，使得变换后的使得变换后的三个相位结果的测试物体相位一致，而系统像差相位之间有微小位移；

(4)对步骤(3)得到的三个相位结果进行差分计算，得到系统像差相位在两次位移前后的相位差分数据；

(5)对步骤(4)得到的两个相位差分数据，根据切比雪夫多项式和两次位移对应的移动量计算出系统像差相位的切比雪夫多项式系数，并将切比雪夫多项式系数带入切比雪夫多项式中计算出系统像差相位；

(6)对步骤(2)得到的包含像差的原始相位结果减去步骤(5)得到的系统像差相位，得到测试物体相位。

2.根据权利要求1所述的基于移位和多项式拟合的全息像差绝对校准方法，其特征在于，所述步骤(2)中，第一幅全息图对应的原始相位结果如式(Ⅰ)所示：

T₁(x,y)＝R(x,y)+O(x,y) (Ⅰ)

式(Ⅰ)中，R(x,y)和O(x,y)分别是系统像差相位和测试物体相位，(x,y)分别是图像上的点的横、纵位置坐标，其中系统像差相位R(x,y)表示如式(Ⅱ)所示：

式(Ⅱ)中，a_i是切比雪夫多项式的系数，C_i(x,y)是切比雪夫多项式的项，n是切比雪夫多项式的项数；

在光轴的垂直平面上第一次移动样品并捕获全息图，移动方向设定为x轴，移动距离为Δx,然后在光轴的垂直平面沿与x轴垂直的y轴方向第二次移动样品并捕获全息图，移动距离为Δy,对应的通过步骤(2)得到的原始相位结果如式(Ⅲ)所示：

3.根据权利要求2所述的基于移位和多项式拟合的全息像差绝对校准方法，其特征在于，所述步骤(3)中，对步骤(2)获得的三个原始相位结果进行坐标变换，使得变换后的三个相位结果的测试物体相位变得一致，而系统像差相位之间有微小位移，如式(Ⅳ)所示：

4.根据权利要求3所述的基于移位和多项式拟合的全息像差绝对校准方法，其特征在于，通过步骤(4)对步骤(3)求得的三个相位结果进行差分计算，得到系统像差相位在两次位移前后的相位差分数据ΔT₁和ΔT₂，如式(Ⅴ)所示：

式(Ⅴ)中，ΔC_ix(x,y)和ΔC_iy(x,y)分别是切比雪夫多项式在x和y方向上的微分，式(Ⅴ)可以用矩阵形式表示为：

CA＝ΔT (Ⅵ)

其中C，A和ΔT表示为：

A＝[a₁ a₂ … a_n]^T (Ⅷ)

ΔT＝[ΔT₁(1,1) ΔT₁(1,2) … ΔT₁(M,N) ΔT₂(1,1) ΔT₂(1,2) … ΔT₂(M,N)]^T(Ⅸ)

其中M和N是数字全息图的行数和列数，求解方程(Ⅵ)，得到切比雪夫多项式的系数a_i。

5.根据权利要求4所述的基于移位和多项式拟合的全息像差绝对校准方法，其特征在于，将切比雪夫多项式的系数a_i代入式(Ⅱ)计算，得到系统像差相位，采用包含像差的原始相位结果T₁(x,y)减去系统像差相位R(x,y)得到测试物体相位。

6.权利要求1所述的基于移位和多项式拟合的全息像差绝对校准方法的实现系统，其特征在于，包括三轴位移平台，待测物体位于所述三轴位移平台上。