CN110223384B - 一种白光干涉三维形貌重建方法、装置、系统及存储介质 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种白光干涉三维形貌重建方法、装置、系统及计算机可读存储介质，该方法包括对待测物体进行等步长垂直扫描，并采集得到一系列的白光干涉条纹；依据各个白光干涉条纹图得到与每个像素点分别对应的相对高度；依据与每个像素点分别对应的相对高度重建与待测物体对应的初始三维形貌；将进行高度修正后的第一个像素点作为起始标准像素点依次对初始三维形貌中的相邻两个像素点进行遍历，判断当前相邻两个像素点之间的高度差是否满足预设的修正条件，若是，则对两个像素点中的目标像素点的相对高度进行修正，得到与目标像素点对应的修正后的相对高度，以对初始三维形貌进行修正。本发明在使用过程中能够提高重建三维形貌的精确度和鲁棒性。

Description

一种白光干涉三维形貌重建方法、装置、系统及存储介质

技术领域

本发明实施例涉及精密光学测量工程技术领域，特别是涉及一种白光干涉三维形貌重建方法、装置、系统及计算机可读存储介质。

背景技术

随着精密微型光学元件、MEMS器件等微结构的快速发展和广泛运用，对表面微观形貌的要求日渐提高。因此，相应的高精密先进检测技术也日渐重要，白光扫描干涉测量技术是一种重要非接触式的微观形貌测量技术。由于白光光源相干长度短，白光扫描干涉测量技术不仅继承了单色光干涉测量的非接触、全场、高精度测量的特性，而且解决了单色光测量技术在测量不连续表面时的相位模糊问题，其中，白光干涉三维形貌重建算法是白光扫描干涉测量技术的关键一环，它直接决定了测量的精度和速度。

目前，白光干涉三维形貌重建算法主要有：极值法、重心法、包络曲线拟合法、白光相移法、空间频域法等，其中，白光相移法因其精度高、运算速度快的特点，被广泛运用于白光干涉测量系统中。白光相移法由单色光相移法发展而来，通过结合白光相干长度短的特点，解决了单色光无法测量深度变化超过λ/4的表面形貌的问题。白光相移法通常先计算白光干涉信号最大调制度的位置，然后通过相应的相位计算公式，计算出最大调制度位置与零光程差位置之间的相位差，进而得到被测点的高度信息，从而重建出物体的3D微观形貌。但是，由于环境噪声、压电陶瓷扫描步距误差等因素的影响，白光相移法算法在计算最大调制度位置时可能会出现错误，导致被测物体局部高度值计算错误，产生高度跃变，影响重建3D微观形貌的精确度。

发明内容

本发明实施例的目的是提供一种白光干涉三维形貌重建方法、装置、系统及计算机可读存储介质，在使用过程中能够提高重建三维形貌的精确度和鲁棒性。

为解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种白光干涉三维形貌重建方法，包括：

对待测物体进行等步长垂直扫描，并采集得到一系列的白光干涉条纹图；

依据各个所述白光干涉条纹图得到与每个像素点分别对应的相对高度；

依据与每个所述像素点分别对应的相对高度重建与所述待测物体对应的初始三维形貌；

对第一个像素点的相对高度进行修正，并将修正后的第一个像素点作为起始标准像素点依次对所述初始三维形貌中的相邻两个像素点进行遍历，判断当前相邻两个像素点之间的高度差是否满足预设的修正条件，若是，

则对所述两个像素点中的目标像素点的相对高度进行修正，并得到与所述目标像素点对应的修正后的相对高度，以对所述初始三维形貌进行修正；其中，所述目标像素点为所述两个所述像素点中遍历位置较后的像素点。

可选的，所述依据各个所述白光干涉条纹图得到与每个像素点分别对应的相对高度的过程为：

所述从各个所述白光干涉条纹图中读取每个像素点在不同位置的像素值，得到与每个所述像素点一一对应的白光干涉信号数据；

采用白光相位移法对各个所述白光干涉信号数据进行分析，得到与每个所述像素点分别对应的相对高度。

可选的，所述采用白光相位移法对各个所述白光干涉信号数据进行分析，得到与每个所述像素点分别对应的相对高度的过程为：

依据与相应像素点对应的白光干涉信号数据计算出所述像素点在不同位置处的调制度，并获取与所述像素点对应的最大调制度；

获取与所述最大调制度对应的帧数，并依据所述帧数及五帧白光相移方法计算出所述最大调制度对应位置与零光程差位置之间的相位差；

依据所述帧数、所述相位差及预先建立的帧数、相位差与高度之间的转换关系，得到与所述像素点对应的零光程差位置，并将所述零光程差位置作为所述像素点的相对高度值；

返回执行所述依据与相应像素点对应的白光干涉信号数据计算出所述像素点在不同位置处的调制度的步骤，以对每个像素点进行遍历，从而得到与每个像素点分别对应的相对高度。

可选的，所述依据与相应像素点对应的白光干涉信号数据计算出所述像素点在不同位置处的调制度的过程为：

依据白光干涉信号强度表达式、调制度计算关系式及与相应像素点对应的白光干涉信号数据得到所述像素点在不同位置处的调制度，其中：

所述白光干涉信号强度表达式为

其中，x和y表示像素点位置，z表示扫描位置，I_z(x,y)表示像素点(x,y)在z处的白光干涉信号强度，I_b表示背景光强，g(x,y,z)表示干涉信号包络，

表示相位差；

所述调制度计算关系式为：

其中，I_z-1(x,y)和I_z-2(x,y)分别表示位于扫描位置z前一帧和前两帧对应的白光干涉信号强度，I_z+1(x,y)和I_z+2(x,y)分别表示位于扫描位置z后一帧和后两帧对应的白光干涉信号强度。

可选的，所述依据所述帧数及五帧白光相移方法计算出所述最大调制度对应位置与零光程差位置之间的相位差的过程为：

依据五帧白光相移相位计算关系式计算出所述最大调制度对应位置与零光程差位置之间的相位差，其中，所述五帧白光相移相位计算关系式为：

其中，Δφ表示最大调制度对应位置与零光程差位置之间的相位差，n最大调制度对应的帧数。

可选的，所述依据所述帧数、所述相位差及预先建立的帧数、相位差与高度之间的转换关系，得到与所述像素点对应的相对高度的过程为：

H＝nα+Δφλ/4π，其中，α表示扫描步距，λ表示白光光源中心波长。

可选的，所述判断当前相邻两个像素点之间的高度差是否满足预设的修正条件的过程为：

判断当前相邻两个像素点之间的高度差是否超过λ/2，若是，则满足所述修正条件；

则，所述对所述两个像素点中的目标像素点的相对高度进行修正，并得到与所述目标像素点对应的修正后的相对高度的过程为：

获取所述目标像素点当前的相对高度，并将其作为对应的零光程差位置z₀，及位于所述零光程差位置z₀左右两边的白光干涉信号强度曲线峰值位置z₁和z₂，其中，z₁＝z₀-λ/2，z₂＝z₀+λ/2；所述白光干涉信号强度曲线为依据与所述目标像素点对应的白光干涉信号数据得到的；

分别以z₀、z₁和z₂作为所述白光干涉信号强度曲线的对称中心，并根据对称判据计算出所述白光干涉信号强度曲线的对称性，得到G(z₀)、G(z₁)和G(z₂)，其中，所述对称判据为：

或

其中，

表示像素点(x,y)在2z_i-z处的白光干涉信号强度，W为以z_i为参照点的积分范围，i＝1,2,3；

获取G(z₀)、G(z₁)和G(z₂)中最小的G(z)对应的z值，并将其作为修正后的零光程差位置及修正后的相对高度值。

本发明实施例还相应的提供了一种白光干涉三维形貌重建装置，包括：

扫描模块，用于对待测物体进行等步长垂直扫描，并采集得到一系列的白光干涉条纹图；

分析模块，用于依据各个所述白光干涉条纹图得到与每个像素点分别对应的相对高度；

重建模块，用于依据与每个所述像素点分别对应的相对高度重建与所述待测物体对应的初始三维形貌；

判断模块，用于从对第一个像素点的相对高度进行修正，并将修正后的第一个像素点作为起始标准像素点依次对所述初始三维形貌中的相邻两个像素点进行遍历，判断当前相邻两个像素点之间的高度差是否满足预设的修正条件，若是，触发修正模块；

所述修正模块，用于对所述两个像素点中的目标像素点的相对高度进行修正，并得到与所述目标像素点对应的修正后的相对高度，以对所述初始三维形貌进行修正；其中，所述目标像素点为所述两个所述像素点中遍历位置较后的像素点。

本发明实施例还提供了一种白光干涉三维形貌重建系统，包括：

存储器，用于存储计算机程序；

处理器，用于执行所述计算机程序时实现如上述所述白光干涉三维形貌重建方法的步骤。

本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上述所述白光干涉三维形貌重建方法的步骤。

本发明实施例提供了一种白光干涉三维形貌重建方法、装置、系统及计算机可读存储介质，该方法通过对待测物体进行等步长垂直扫描并采集到多个与带测物体对应的白光干涉条纹，然后根据各个白光干涉条纹进一步得到与每个像素点一一对应的相对高度，再根据各个像素点的相对高度建立待测物体对应的初始三维形貌，然后再从修正后的第一个像素点起依次判断每相邻两个像素点的高度差是否满足预设的修正条件，对于满足修正条件的高度差说明相邻两个像素点中的目标像素点的相对高度可能不准确，此时可以通过对目标像素点的相对高度进行修正，从而使目标像素点对应的修正后的相对高度更加准确，并采用修正后的相对高度对初始三维形貌进行修正，当对每两个相邻像素点遍历完成后，得到最终的三维形貌，在使用过程中能够提高重建三维形貌的精确度和鲁棒性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对现有技术和实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种白光干涉三维形貌重建方法的流程示意图；

图2为本发明实施例提供的一种初始三维形貌的示意图；

图3为本发明实施例提供的一种最终重建的三维形貌示意图；

图4为本发明实施例提供的一种白光干涉三维形貌重建装置的结构示意图。

具体实施方式

本发明实施例提供了一种白光干涉三维形貌重建方法、装置、系统及计算机可读存储介质，在使用过程中能够提高重建三维形貌的精确度和鲁棒性。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参照图1，图1为本发明实施例提供的一种白光干涉三维形貌重建方法的流程示意图。该方法包括：

S110：对待测物体进行等步长垂直扫描，并采集得到一系列的白光干涉条纹图；

具体的，可以通过压电驱动器控制压电陶瓷以等步长α对待测物体进行垂直扫描，并通过相机进行抓拍从而采集到一系列白光干涉条纹图，其中，压电陶瓷每移动步长α相机就采集到相应的白光干涉条纹图。

S120：依据各个白光干涉条纹图得到与每个像素点分别对应的相对高度；具体的，S120的具体过程可以为：

从各个白光干涉条纹图中读取每个像素点在不同位置的像素值，得到与每个像素点一一对应的白光干涉信号数据；

采用白光相位移法对各个白光干涉信号数据进行分析，得到与每个像素点分别对应的相对高度。

可以理解的是，从各个白光干涉条纹图中可以读取出同一个像素点在不同位置处的像素值，并且根据各个像素值可以得到与该像素点对应的白光干涉信号数据，也即能够得到与每个像素点各自对应的白光干涉信号数据，并采用白光相位移法对每个白光干涉信号数据进行分析后就能够得到与每个像素点各自对应的相对高度。

进一步的，上述采用白光相位移法对各个白光干涉信号数据进行分析，得到与每个像素点分别对应的相对高度的过程，具体可以为：

依据与相应像素点对应的白光干涉信号数据计算出像素点在不同位置处的调制度，并获取与像素点对应的最大调制度；

可以理解的是，在得到每个像素点的各个调制度后，对各个调制度进行比较，从而能够得到与每个像素点一一对应的最大调制度。

具体的，可以依据白光干涉信号强度表达式、调制度计算关系式及与相应像素点对应的白光干涉信号数据得到像素点在不同位置处的调制度，其中：

白光干涉信号强度表达式为

x和y表示像素点位置，z表示扫描位置，I_z(x,y)表示像素点(x,y)在z处的白光干涉信号强度，I_b表示背景光强，g(x,y,z)表示干涉信号包络，

表示相位差；

调制度计算关系式为：

其中，I_z-1(x,y)和I_z-2(x,y)分别表示位于扫描位置z前一帧和前两帧对应的白光干涉信号强度，I_z+1(x,y)和I_z+2(x,y)分别表示位于扫描位置z后一帧和后两帧对应的白光干涉信号强度，也即，I_z-2(x,y)、I_z-1(x,y)、I_z(x,y)、I_z+1(x,y)和I_z+2(x,y)为像素点(x,y)连续五帧图像的光强值。

获取与像素点对应的最大调制度后，也即可以读取出与最大调制度对应的帧数，并依据帧数及五帧白光相移方法计算出最大调制度对应位置与零光程差位置之间的相位差；

也即，对于同一个像素点，在得到与其对应的各个调制度后，通过比较得到与该像素点对应的最大调制度，并进一步得到与该最大调制度对应的帧数，并进一步得到与相应像素点对应的最大调制度对应位置与零光程差位置之间的相位差。

具体的，可以依据五帧白光相移相位计算关系式计算出最大调制度对应位置与零光程差位置之间的相位差，其中，五帧白光相移相位计算关系式为：

其中，Δφ表示最大调制度对应位置与零光程差位置之间的相位差，n最大调制度对应的帧数。

依据帧数、相位差及预先建立的帧数、相位差与高度之间的转换关系，得到与像素点对应的零光程差位置，并将零光程差位置作为像素点的相对高度值；

具体的，本申请中预先建立的帧数、相位差与高度之间的转换关系为：H＝nα+Δφλ/4π，其中，α表示扫描步距，λ表示白光光源中心波长。也即，根据该转换关系即可得到与相应像素点对应的相对高度，其中，相对高度即为与该像素点对应的零光程差位置。

返回执行依据与相应像素点对应的白光干涉信号数据计算出像素点在不同位置处的调制度的步骤，以对每个像素点进行遍历，从而得到与每个像素点分别对应的相对高度。

需要说明的是，对于每个像素点均按照上述方法计算出与各自对应的最大调制度，及与各自对应的最大调制度对应位置与零光程差位置之间的相位差以及与各自对应的相对高度。

S130：依据与每个像素点分别对应的相对高度重建与待测物体对应的初始三维形貌；

具体的，根据与每个像素点对应的相对高度可以初步建立与待测物体对应的初始三维形貌，也即初始3D表面形貌，具体如图2所示。

S140：对第一个像素点的相对高度进行修正，并将修正后的第一个像素点作为起始标准像素点依次对初始三维形貌中的相邻两个像素点进行遍历，判断当前相邻两个像素点之间的高度差是否满足预设的修正条件，若是，则进入S150；

需要说明的是，在得到初始三维形貌后，可以对初始三维形貌中的各个像素点对应的相对高度进行分析，以便对初始三维形貌中各个像素点的高度进行修正，以得到更为准确的三维形貌。

具体的，可以对三维形貌中的每相邻两个像素点的高度差进行分析，具体可以从第一个像素点开始，对第一个像素点的相对高度进行修正，具体可以通过对称判据对第一个像素点的高度进行修正，然后将修正后的第一像素点作为起始标准像素点，也即作为基准像素点，将与第一个像素点相邻的像素点的相对高度与第一个像素点的相对高度进行比较，当两个像素点之间的高度差满足修正条件，具体可以为高度差超过λ/2时，则说明第二个像素点的相对高度可能不准确，此时需要对第二个像素点的相对高度进行修正，将第二个像素点作为目标像素点，并且在对第二个像素点的相对高度进行修正后，可以将第二个像素点作为基准点，将与第二个像素点相邻的其他像素点作为目标像素点，并对各个目标像素点的相对高度进行分析判断。

S150：对两个像素点中的目标像素点的相对高度进行修正，并得到与目标像素点对应的修正后的相对高度，以对初始三维形貌进行修正；其中，目标像素点为两个所述像素点中遍历位置较后的像素点。

具体的，以像素点A、B、C、D、E、F为例进行详细说明，先将第一个像素点A进行高度修正，将修正后的相对高度作为像素点A的标准相对高度，此时将像素点A作为起始标准像素点，然后将像素点A和像素点B的相对高度进行比较，其中，像素点B为目标像素点，判断A和B的高度差是否满足修正条件，当满足时，对像素点B的相对高度进行修正，并将修改后的相对高度作为像素点B的标准相对高度，此时将像素点B和像素点C的相对高度进行比较，其中，像素点B为标准像素点，像素点C为目标像素点，当像素点B和像素点C的高度差满足修正条件时，则对像素点C的相对高度进行修正，并得到像素点C的标准相对高度，进而再根据修正后的像素点C对像素点D进行判断，依次轮询，直至对像素点F的相对高度修正完成。

需要说明的是，由白光干涉特性可知，白光干涉条纹和条纹调制度都具有一定的对称性，且以零光程差位置为对称中心。

具体的，在对相邻两个像素点中的目标像素点进行修正时，可以将目标像素点当前的相对高度值作为目标像素点对应的零光程差位置z₀，及位于所述零光程差位置z₀左右两边的白光干涉信号强度曲线峰值位置z₁和z₂，其中，z₁＝z₀-λ/2，z₂＝z₀+λ/2；白光干涉信号强度曲线为依据与目标像素点对应的白光干涉信号数据得到的；

分别以z₀、z₁和z₂为所述白光干涉信号强度曲线的对称中心，并根据对称判据计算出所述白光干涉信号强度曲线的对称性，得到G(z₀)、G(z₁)和G(z₂)，其中，对称判据为：

或

其中，

x和_y表示像素点位置，z表示扫描位置，I_z(x,y)表示像素点(x,y)在z处的白光干涉信号强度，

表示像素点(x,y)在2z_i-z处的白光干涉信号强度，I_b表示背景光强，g(x,y,z)表示干涉信号包络，φ(x,y,z)表示相位差；W为以z_i为参照点的积分范围，i＝1,2,3；G(z_i)的数学意义为对白光干涉信号强度进行位置加权放大，并将以zi为对称中心的左右两边等量数据进行相减比较，当

时，即I_z(x,y)关于z_i对称时，G(z_i)取得最小值0。

获取G(z₀)、G(z₁)和G(z₂)中最小的G(z)对应的z值，并将其作为修正后的零光程差位置及修正后的相对高度值。

具体的，可以计算出分别与z₀、z₁和z₂对应的G(z₀)、G(z₁)和G(z₂)，然后从G(z₀)、G(z₁)和G(z₂)中选出最小的G(z)，并获取最小的G(z)对应的z值，例如当G(z₁)最小时，则z₁为修正后的零光程差位置，也即z₁为与目标像素点对应的修正后的相对高度值，根据该相对高度值对初始三维形貌进行修正。

另外，本实施例中的对称性判定不限于上述对称性判据表达式，还可以为其他表达式或者其他判定方式，只要能够判断白光干涉信号强度曲线以z_i为中心点对称即可。

需要说明的是，对每两个相邻的像素点中满足修正条件的目标像素点均按时上述方法对目标像素点的相对高度进行修正，从而根据各个待修正后的目标像素点对应的修正后的相对高度对初始三维形貌进行修正，从而得到与待测物体对应的最终三维形貌，具体如图3所示。

另外，本申请能够在垂直扫描平台以较大步距进行扫描时仍保持较高的精度和稳定性，因此可以加速扫描过程，从而提高重建效率。

本发明实施例提供了一种白光干涉三维形貌重建方法，该方法通过对待测物体进行等步长垂直扫描并采集到多个与待测物体对应的白光干涉条纹，然后根据各个白光干涉条纹图进一步得到与每个像素点一一对应的相对高度，再根据各个像素点的相对高度建立待测物体对应的初始三维形貌，然后再从修正后的第一个像素点起依次判断每相邻两个像素点的高度差是否满足预设的修正条件，对于满足修正条件的高度差说明相邻像个像素点中的目标像素点的相对高度可能不准确，此时可以通过对目标像素点的相对高度进行修正，从而使目标像素点对应的修正后的相对高度更加准确，并采用修正后的相对高度对初始三维形貌进行修正，当对每两个相邻像素点遍历完成后，得到最终的三维形貌，在使用过程中能够提高重建三维形貌的精确度和鲁棒性。

在上述实施例的基础上，本发明实施例还相应的提供了一种白光干涉三维形貌重建装置，具体请参照图4，该装置包括：

扫描模块21，用于对待测物体进行等步长垂直扫描，并采集得到一系列的白光干涉条纹图；

分析模块22，用于依据各个白光干涉条纹图得到与每个像素点分别对应的相对高度；

重建模块23，用于依据与每个像素点分别对应的相对高度重建与待测物体对应的初始三维形貌；

判断模块24，用于对第一个像素点的相对高度进行修正，并将修正后的第一个像素点作为起始标准像素点依次对初始三维形貌中的相邻两个像素点进行遍历，判断当前相邻两个像素点之间的高度差是否满足修正条件，若是，触发修正模块25；

修正模块25，用于对两个像素点中的目标像素点的相对高度进行修正，并得到与目标像素点对应的修正后的相对高度，以对初始三维形貌进行修正；其中，目标像素点为两个所述像素点中遍历位置较后的像素点。

需要说明的是，本实施例中提供的白光干涉三维形貌重建装置具有与上述实施例中所提供的白光干涉三维形貌重建方法相同的有益效果，并且对于本实施例中所涉及到的白光干涉三维形貌重建方法的具体介绍请参照上述实施例，本申请在此不再赘述。

在上述实施例的基础上，本发明实施例还提供了一种白光干涉三维形貌重建系统，该系统包括：

存储器，用于存储计算机程序；

处理器，用于执行计算机程序时实现如上述白光干涉三维形貌重建方法的步骤。

例如，本实施例中的处理器用于实现对待测物体进行等步长垂直扫描，并采集得到一系列的白光干涉条纹；依据各个白光干涉条纹图得到与每个像素点分别对应的相对高度；依据与每个像素点分别对应的相对高度重建与待测物体对应的初始三维形貌；对第一个像素点的相对高度进行修正，并将修正后的第一个像素点作为起始标准像素点依次对初始三维形貌中的相邻两个像素点进行遍历，判断当前相邻两个像素点之间的高度差是否满足预设的修正条件，若是，则对两个像素点中的目标像素点的相对高度进行修正，并得到与目标像素点对应的修正后的相对高度，以对初始三维形貌进行修正；其中，目标像素点为两个所述像素点中遍历位置较后的像素点。

在上述实施例的基础上，本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现如上述白光干涉三维形貌重建方法的步骤。

该计算机可读存储介质可以包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(Read-OnlyMemory，ROM)、随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

还需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种白光干涉三维形貌重建方法，其特征在于，包括：

对待测物体进行等步长垂直扫描，并采集得到一系列的白光干涉条纹图；

依据各个所述白光干涉条纹图得到与每个像素点分别对应的相对高度；

依据与每个所述像素点分别对应的相对高度重建与所述待测物体对应的初始三维形貌；

对第一个像素点的相对高度进行修正，并将修正后的第一个像素点作为起始标准像素点依次对所述初始三维形貌中的相邻两个像素点进行遍历，判断当前相邻两个像素点之间的高度差是否满足预设的修正条件，若是，

则对所述两个像素点中的目标像素点的相对高度进行修正，并得到与所述目标像素点对应的修正后的相对高度，以对所述初始三维形貌进行修正；其中，所述目标像素点为所述两个所述像素点中遍历位置较后的像素点。

2.根据权利要求1所述的白光干涉三维形貌重建方法，其特征在于，所述依据各个所述白光干涉条纹图得到与每个像素点分别对应的相对高度的过程为：

从各个所述白光干涉条纹图中读取每个像素点在不同位置的像素值，得到与每个所述像素点一一对应的白光干涉信号数据；

采用白光相位移法对各个所述白光干涉信号数据进行分析，得到与每个所述像素点分别对应的相对高度。

3.根据权利要求2所述的白光干涉三维形貌重建方法，其特征在于，所述采用白光相位移法对各个所述白光干涉信号数据进行分析，得到与每个所述像素点分别对应的相对高度的过程为：

依据与相应像素点对应的白光干涉信号数据计算出所述像素点在不同位置处的调制度，并获取与所述像素点对应的最大调制度；

获取与所述最大调制度对应的帧数，并依据所述帧数及五帧白光相移方法计算出所述最大调制度对应位置与零光程差位置之间的相位差；

依据所述帧数、所述相位差及预先建立的帧数、相位差与高度之间的转换关系，得到与所述像素点对应的零光程差位置，并将所述零光程差位置作为所述像素点的相对高度值；

返回执行所述依据与相应像素点对应的白光干涉信号数据计算出所述像素点在不同位置处的调制度的步骤，以对每个像素点进行遍历，从而得到与每个像素点分别对应的相对高度。

4.根据权利要求3所述的白光干涉三维形貌重建方法，其特征在于，所述依据与相应像素点对应的白光干涉信号数据计算出所述像素点在不同位置处的调制度的过程为：

依据白光干涉信号强度表达式、调制度计算关系式及与相应像素点对应的白光干涉信号数据得到所述像素点在不同位置处的调制度，其中：

所述白光干涉信号强度表达式为

其中，x和y表示像素点位置，z表示扫描位置，I_z(x,y)表示像素点(x,y)在z处的白光干涉信号强度，I_b表示背景光强，g(x,y,z)表示干涉信号包络，

表示相位差；

所述调制度计算关系式为：

其中，I_z-1(x,y)和I_z-2(x,y)分别表示位于扫描位置z前一帧和前两帧对应的白光干涉信号强度，I_z+1(x,y)和I_z+2(x,y)分别表示位于扫描位置z后一帧和后两帧对应的白光干涉信号强度。

5.根据权利要求4所述的白光干涉三维形貌重建方法，其特征在于，所述依据所述帧数及五帧白光相移方法计算出所述最大调制度对应位置与零光程差位置之间的相位差的过程为：

依据五帧白光相移相位计算关系式计算出所述最大调制度对应位置与零光程差位置之间的相位差，其中，所述五帧白光相移相位计算关系式为：

其中，Δφ表示最大调制度对应位置与零光程差位置之间的相位差，n最大调制度对应的帧数。

6.根据权利要求5所述的白光干涉三维形貌重建方法，其特征在于，所述依据所述帧数、所述相位差及预先建立的帧数、相位差与高度之间的转换关系，得到与所述像素点对应的相对高度的过程为：

H＝nα+Δφλ/4π，其中，α表示扫描步距，λ表示白光光源中心波长。

7.根据权利要求2至6任意一项所述的白光干涉三维形貌重建方法，其特征在于，所述判断当前相邻两个像素点之间的高度差是否满足预设的修正条件的过程为：

判断当前相邻两个像素点之间的高度差是否超过λ/2，若是，则满足所述修正条件；

则，所述对所述两个像素点中的目标像素点的相对高度进行修正，并得到与所述目标像素点对应的修正后的相对高度的过程为：

获取所述目标像素点当前的相对高度，并将其作为对应的零光程差位置z₀，及位于所述零光程差位置z₀左右两边的白光干涉信号强度曲线峰值位置z₁和z₂，其中，z₁＝z₀-λ/2，z₂＝z₀+λ/2；所述白光干涉信号强度曲线为依据与所述目标像素点对应的白光干涉信号数据得到的；

分别以z₀、z₁和z₂作为所述白光干涉信号强度曲线的对称中心，并根据对称判据计算出所述白光干涉信号强度曲线的对称性，得到G(z₀)、G(z₁)和G(z₂)，其中，所述对称判据为：

或

其中，

表示像素点(x,y)在2z_i-z处的白光干涉信号强度，W为以z_i为参照点的积分范围，i＝1,2,3；

获取G(z₀)、G(z₁)和G(z₂)中最小的G(z)对应的z值，并将其作为修正后的零光程差位置及修正后的相对高度值。

8.一种白光干涉三维形貌重建装置，其特征在于，包括：

扫描模块，用于对待测物体进行等步长垂直扫描，并采集得到一系列的白光干涉条纹图；

分析模块，用于依据各个所述白光干涉条纹图得到与每个像素点分别对应的相对高度；

重建模块，用于依据与每个所述像素点分别对应的相对高度重建与所述待测物体对应的初始三维形貌；

判断模块，用于对第一个像素点的相对高度进行修正，并将修正后的第一个像素点作为起始标准像素点依次对所述初始三维形貌中的相邻两个像素点进行遍历，判断当前相邻两个像素点之间的高度差是否满足预设的修正条件，若是，触发修正模块；

所述修正模块，用于对所述两个像素点中的目标像素点的相对高度进行修正，并得到与所述目标像素点对应的修正后的相对高度，以对所述初始三维形貌进行修正；其中，所述目标像素点为所述两个所述像素点中遍历位置较后的像素点。

9.一种白光干涉三维形貌重建系统，其特征在于，包括：

存储器，用于存储计算机程序；

处理器，用于执行所述计算机程序时实现如权利要求1至7任意一项所述白光干涉三维形貌重建方法的步骤。

10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至7任意一项所述白光干涉三维形貌重建方法的步骤。

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