基于相位恢復的三維形貌復合通道測量技術研究及應用.pdf

1、基于相位恢復的三維形貌復合通道測量技術集合了相位和復合通道的調制與解調，具有信息獲取量大、測試精度高等優(yōu)點，因而在航空航天、機器視覺、逆向工程、微結構器件制造等領域得到了應用。伴隨著該技術的發(fā)展，一系列相關的科學技術問題仍亟待解決。本學位論文針對條紋投影和白光干涉中的復合通道測量關鍵技術，以及拓展的形貌測量單元關鍵技術展開了深入研究，包括:
　　 針對單幀彩色相移條紋投影復合通道測量中的相位復原誤差問題，基于多維希爾伯特變換和載

2、頻交疊重構法，提出了一種混合盲校正技術。在無需進行額外的系統(tǒng)預標定的情況下，有效地抑制和減小了由電子設備的伽馬(Gamma)效應、顏色耦合所引入的相位解調誤差，實現(xiàn)了對目標三維形貌的單幀、亞毫米精度的測量，算法精度優(yōu)于λeq/38。
　　 針對彩色白光干涉復合通道測量中感興趣物理量的高精度解碼問題，深入分析了各色彩通道中信號相位與零級條紋位置的內在關聯(lián)，基于加窗傅里葉變換“脊”(WindowedFouriertransformr

3、idge，WFTR)和相位交叉(Phase-crossing)技術提出了一種新穎的零位最小二乘估計策略。與現(xiàn)有技術相比，所提算法充分利用了干涉信號的色譜信息，對光強噪聲和顏色耦合具有較強的免疫力，無需預知光源的中心波長和被測件的折射率分布，顯著地提升了微結構器件三維形貌復原的精度，測量偏差小于3.5nm。
　　 針對條紋投影形貌測量中存在的Gamma畸變，基于傅里葉譜分析(Fourierspectrumanalysis，F(xiàn)SA)

4、理論提出了一種準確、簡便的系統(tǒng)Gamma系數(shù)預標定校正技術。與現(xiàn)有技術相比，所提策略僅需兩幅空間載頻條紋圖像（其他算法≥32幅），即達到了相似的標定效果。該技術原理上可被直接應用于基于傳統(tǒng)相移算法的輪廓形貌測量，具備快速/動態(tài)測試的潛力。
　　 針對條紋投影形貌測量中存在的鏡頭成像畸變問題，在充分考慮了投影器——相機鏡頭畸變的基礎上，基于普通紅/藍棋盤格標定板提出了一種柔性的非線性迭代形貌測量技術。與現(xiàn)有技術相比，所提方法的柔性

5、體現(xiàn)在:對系統(tǒng)的結構設置無嚴格要求，方便了測試系統(tǒng)的調整;綜合考慮了投影器——相機的鏡頭畸變，可根據(jù)需要便捷的將測量模型進行拓展;在迭代復原三維形貌的同時，優(yōu)化校正了由鏡頭畸變引起的形貌誤差。實驗表明，所提算法的形貌復原均方根(Rootmeansquare，RMS)誤差小于0.040mm而定位誤差不超過1‰，測量精度相比于現(xiàn)有的線性模型方法提升了8倍以上。
　　 對于白光干涉形貌測量，深入分析了干涉信號的頻率、相位信息，光源中心

6、波長，微位移裝置掃描間隔和零級條紋位置之間的內在關聯(lián)，將抗噪性能優(yōu)異、信號局部分析能力強的加窗傅里葉變換(WindowedFouriertransform，WFT)引入到了灰度白光干涉信號的解調，分別提出了一種單點相位補償技術和一種多點最小二乘擬合估計技術。與以往的包絡峰值點檢測算法相比，所提兩種算法具有更強的魯棒性和抗噪性能，且無需預知光源的中心波長和被測件的折射率分布，即可實現(xiàn)偏差在6nm以內的高精度三維形貌測量。
　　 將