[发明专利]基于三维拼接的大口径干涉测量系统和算法

摘要

本发明公开了一种基于三维拼接的大口径干涉测量系统，采用迈克尔逊干涉系统并搭配超长工作距离的物镜和相机，其特征在于：利用步进电机实现干涉信号自动查找，压电陶瓷实现信号扫描，计算机对采集到的图像进行分析并实现测量，单个视场测量完成后，系统控制X轴和Y轴工作台移动，测量下一个视场，多个视场的测量结果用三维拼接算法拼接，得到大口径范围的测量结果。在原先常规干涉仪系统中，采用单色光和白光切换的方式实现单色光干涉和白光干涉，利用其各自的优缺点来合理的选择测量方案。同时，在检测样品部位添加两维自动移动平台，实现被测区域的自由切换和实时拼接等。

主权项

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。