CN112013791B - 三波长可变尺度干涉显微成像系统、成像方法及三相位复原方法 - Google Patents

三波长可变尺度干涉显微成像系统、成像方法及三相位复原方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了三波长可变尺度干涉显微成像系统、成像方法及三相位复原方法，包括沿着并排分布的第一激光器、第二激光器和第三激光器的输出方向依次连接的光纤耦合器、准直器和第一分光棱镜；第一分光棱镜将激光分为物光光路和参考光光路；参考光光路上依次放置有第一反射镜、第二分光棱镜、第二反射镜和PZT相移器；物光光路上依次放置有第三分光棱镜、显微物镜和微器件样品；第三分光棱镜的反射光路上设置有CCD相机，所述物光光路和参考光光路汇聚到第三分光棱镜后，在CCD相机上形成三波长广义相移全息图。本发明可靠性高、稳定性强和共光路好，可实现单、双和三波长多尺度免解包选择性匹配融合成像方法，多角度精确解构出不同尺度微器件高精形貌。

Description

三波长可变尺度干涉显微成像系统、成像方法及三相位复原 方法
技术领域
本发明涉及数字全息术或无损检测技术领域，尤其涉及一种三波长可变尺度干涉显微成像系统、成像方法及三相位复原方法。
背景技术
目前微器件主要由不同尺度的微型零件通过微精密装配而来。要实现这一精密装配，势必对不同尺度微器件高精无损检测提出了更高的要求。机械探针法可对微器件实现较高分辨率和较大范围的表面形貌测量，但是需要探针接触微器件表面，可能会对其表面造成划痕或损伤，影响装配的精密度。采用扫描电子显微镜技术虽然能够获得微器件三维微观精细结构，具有超越衍射极限的高分辨率和较高成像质量；但是这一技术需要通过逐点扫描来获取样品信息，导致耗时长、样品检测区域范围小且设备价格昂贵。由此可见，亟待解决上述不同尺度微器件形貌无损测量的问题。
数字全息相位成像技术由于其具有可定量、无损伤和高精确度成像的特点，已经被成功应用到生物细胞、光学元件等的表面微貌测量中。其中的三波长数字全息相位成像技术不仅可以实现测量对象的不同尺度成像，而且在一定测量范围内，相位解包裹方法更简单和快捷；等效波长及其相位组合更灵活、技术手段更丰富，越来越受到了国内外学者的关注。目前，三波长数字全息主要分为：离轴和同轴；相比而言，三波长同轴数字全息的相位成像精确度更高。在三波长同轴数字全息术中，要想实现不同尺度微器件高精确度相位成像，高效快速同时复原出三相位信息是最关键的技术问题。但是，三波长干涉信息非相干叠加、相移器形成的相移误差和CCD相机产生的高阶谐波这些因素对三波长相位复原精度有着较大的影响；尤其是，当相移误差和高阶谐波同时耦合存在于三波长数字全息中时，增加了高精度复原三波长相位信息的难度，是一个技术难点。
综上所述，有必要设计出一种检测光路简单、相位复原高效和相位成像可靠的三波长可变尺度干涉显微成像系统以及三相位复原方法，实现不同尺度微器件高精匹配融合成像。
发明内容
本发明的目的是针对上述问题提供一种三波长可变尺度干涉显微成像系统、成像方法及三相位复原方法，以实现不同尺度微器件免解包高精匹配融合成像。
本发明提出三波长可变尺度干涉显微成像系统，包括沿着并排分布的第一激光器、第二激光器和第三激光器的输出方向依次连接的光纤耦合器、准直器和第一分光棱镜；所述第一分光棱镜将激光分为物光光路和参考光光路两条光路；所述参考光光路上依次放置有第一反射镜、第二分光棱镜、第二反射镜和PZT相移器；所述物光光路上依次放置有第三分光棱镜、显微物镜和微器件样品；所述第三分光棱镜位于第二分光棱镜的反射光路上，第三分光棱镜的反射光路上还设置有CCD相机，所述物光光路和参考光光路汇聚到第三分光棱镜后，在CCD相机上形成三波长广义相移全息图。
进一步的，所述光纤耦合器、准直器、第一分光棱镜、第三分光棱镜、显微物镜和微器件样品沿同一直线布置，所述第一反射镜、第二分光棱镜、第二反射镜和PZT相移器沿同一直线布置，所述第一分光棱镜、第三分光棱镜、第二分光棱镜和第一反射镜呈矩形结构布置。
本发明还提出三波长可变尺度干涉显微成像系统的成像方法，该方法采用上述三波长可变尺度干涉显微成像系统实现，包括以下几个步骤：
S1，使波长为λ1的第一激光器、波长为λ2的第二激光器和波长为λ3的第三激光器发出的光束同时通过光纤耦合器和准直器后，形成三波长同轴光束。
S2，所述三波长同轴光束经过第一分光棱镜后，形成物光光束和参考光光束。
S3，所述参考光光束经第一反射镜、第二分光棱镜、第二反射镜和PZT相移器后，形成具有广义相移的三波长同轴光束，该光束经第二分光棱镜反射后进入第三分光棱镜。
S4，所述物光光束透过第三分光棱镜、显微物镜后照射微器件样品，并在显微物镜上形成反射光后进入第三分光棱镜。
S5，S3和S4形成的光束在第三分光棱镜处干涉后，反射至CCD相机上，并形成三波长广义相移全息图。
本发明还提供三波长可变尺度干涉显微成像系统的三相位复原方法，该方法采用上述三波长可变尺度干涉显微成像系统实现，包括以下几个步骤：
A1：获得广义相移和高阶谐波同时耦合存在于系统中时，波长λ1、λ2和λ3对应的相位信息
Figure BDA0002662812910000031
和
Figure BDA0002662812910000032
A2：利用A1中的相位信息，采用代数运算，获得多组等效波长及其相位信息，进而实现进行单、双和三波长选择性匹配融合成像。
进一步的，所述相位信息
Figure BDA0002662812910000033
和
Figure BDA0002662812910000034
通过如下步骤得出：
A11：当广义相移和高阶谐波同时耦合存在于三波长可变尺度干涉显微成像系统中时，第m帧三波长广义相移全息图可表达为：
Figure BDA0002662812910000035
Figure BDA0002662812910000041
其中，x和y分别为空间坐标，t表示理论值，a(x,y)表示总的背景强度项，
Figure BDA0002662812910000042
和
Figure BDA0002662812910000043
分别表示第k阶谐波下波长λ1、λ2和λ3的调制幅值，m表示第m帧三波长广义相移全息图(m＝1,2，…,M)，n和N分别表示在每个三波长广义相移全息图中的像素点位置和总像素数(n＝1,2,…,N)，u表示高阶谐波数，
Figure BDA0002662812910000044
和
Figure BDA0002662812910000045
分别表示波长λ1、λ2和λ3下的相位信息，
Figure BDA0002662812910000046
Figure BDA0002662812910000047
和
Figure BDA0002662812910000048
分别为波长λ1、λ2和λ3下的相移。
A12：在三波长广义相移全息图中，假设a、
Figure BDA0002662812910000049
和
Figure BDA00026628129100000410
不在帧-帧间变化，解出相位
Figure BDA00026628129100000411
和
Figure BDA00026628129100000412
分别为：
Figure BDA00026628129100000413
Figure BDA00026628129100000414
Figure BDA00026628129100000415
其中，k＝1,2,…,u，
Figure BDA00026628129100000416
j＝1,2,3。
A13：在三波长广义相移全息图中，假设a、
Figure BDA00026628129100000417
和
Figure BDA00026628129100000418
不在单个三波长广义相移全息图的像素-像素间进行变化，解出相移
Figure BDA00026628129100000419
和
Figure BDA00026628129100000420
分别为：
Figure BDA00026628129100000421
Figure BDA00026628129100000422
Figure BDA00026628129100000423
其中，k＝1,2,…,u，
Figure BDA0002662812910000051
j＝1,2,3。
A14：迭代收敛计算：
Figure BDA0002662812910000052
Figure BDA0002662812910000053
Figure BDA0002662812910000054
其中，m＝1,2,…,M，t表示迭代次数，
Figure BDA0002662812910000055
和
Figure BDA0002662812910000056
是波长λ1、λ2和λ3的预设精度要求。
A15：反复执行A12到A14，直至满足A14的迭代收敛条件，分别获得波长λ1、λ2和λ3对应的相位信息
Figure BDA0002662812910000057
和
Figure BDA0002662812910000058
进一步的，步骤A12中相位
Figure BDA0002662812910000059
和
Figure BDA00026628129100000510
的求解过程包含如下几个步骤：
A121：定义以下参数：
Figure BDA00026628129100000511
Figure BDA00026628129100000512
和
Figure BDA00026628129100000513
将A11中的表达式改写为：
Figure BDA00026628129100000514
其中，i＝0,1,…,2u，j＝1,2,3。
A122：M个干涉图中第n个像素点的三波长广义相移全息图理论与实际值之差的平方和En，则
Figure BDA00026628129100000515
其中，Imn为三波长广义相移全息图实际值。
A123：依据三波长最小二乘迭代法原理，对En关于
Figure BDA00026628129100000516
求偏导数，并令
Figure BDA0002662812910000061
其中，i＝0,1,2,…,2u。
A124：求解A123中的表达式，得出相位
Figure BDA0002662812910000062
和
Figure BDA0002662812910000063
关于参数
Figure BDA0002662812910000064
的表达式，其中，k＝1,2,…,u。
进一步的，步骤A13中相移
Figure BDA0002662812910000065
和
Figure BDA0002662812910000066
的求解过程包含如下几个步骤：
A131：定义以下参数为：
Figure BDA0002662812910000067
Figure BDA0002662812910000068
和
Figure BDA0002662812910000069
将A11中的表达式改写为：
Figure BDA00026628129100000610
其中，i＝0,1,2,…,2u。
A132：N个像素点中第m个三波长广义相移全息图的理论与实际值之差的平方和Em，即
Figure BDA00026628129100000611
A133：对Em关于
Figure BDA00026628129100000612
求偏导数，并令
Figure BDA00026628129100000613
其中，i＝0,1,2,…,2u。
A134：求解A133中的表达式，得出相移
Figure BDA00026628129100000614
和
Figure BDA00026628129100000615
关于参数
Figure BDA00026628129100000616
的表达式，其中，k＝1,2,…,u。
进一步的，在步骤A2中，单波长选择性匹配融合成像方法如下：
Figure BDA0002662812910000071
Figure BDA0002662812910000072
Figure BDA0002662812910000073
其中，h表示微器件形貌。
进一步的，在步骤A2中，双波长选择性匹配融合成像方法如下：
Figure BDA0002662812910000074
Figure BDA0002662812910000075
Figure BDA0002662812910000076
其中，h表示微器件形貌。
进一步的，在步骤A2中，三波长选择性匹配融合成像方法如下：
Figure BDA0002662812910000077
Figure BDA0002662812910000078
Figure BDA0002662812910000079
其中，h表示微器件形貌，
Figure BDA00026628129100000710
本发明的有益效果是：
(1)本发明所述三波长可变尺度干涉显微成像系统可靠性高、稳定性强和共光路好，实验可重复进行。
(2)本发明利用三波长最小二乘迭代方法，同时处理广义相移和高阶谐波耦合下的三波长广义相移全息图，进而高精度复原出三波长的包裹相位信息。
(3)本发明可形成三波长可变尺度相位成像技术，可实现单、双和三波长多尺度免解包选择性匹配融合成像方法，多角度精确解构出不同尺度微器件高精形貌。
(4)本发明采用的是三波长可变尺度干涉显微成像系统，能有效地提高成像系统空间带宽利用率，提高相位复原精确度，应用面广，有较强实用价值。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明所述三波长可变尺度干涉显微成像系统的结构示意图(箭头所指方向为光线方向)；
图2是本发明所述三波长可变尺度干涉显微成像系统的成像方法的流程图。
图中，1、第一激光器，2、第二激光器，3、第三激光器，4、光纤耦合器，5、准直器，6、第一分光棱镜，7、物光光路，8、参考光光路，9、第一反射镜，10、第二分光棱镜，11、第二反射镜，12、PZT相移器，13、第三分光棱镜，14、显微物镜，15、微器件样品，16、CCD相机。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
如图1，一种三波长可变尺度干涉显微成像系统，包括沿着并排分布的第一激光器1、第二激光器2和第三激光器3的输出方向依次连接的光纤耦合器4、准直器5和第一分光棱镜6；第一分光棱镜6将激光分为物光光路7和参考光光路8两条光路；参考光光路8上依次放置有第一反射镜9、第二分光棱镜10、第二反射镜11和PZT相移器12；物光光路7上依次放置有第三分光棱镜13、显微物镜14和微器件样品15；第三分光棱镜13位于第二分光棱镜10的反射光路上，第三分光棱镜13的反射光路上还设置有CCD相机16，物光光路7和参考光光路8汇聚到第三分光棱镜13后，在CCD相机16上形成三波长广义相移全息图。
如图1，第一激光器1、第二激光器2和第三激光器3并排分布，同时向光纤耦合器4发出三个不同波长的光束，光纤耦合器4、准直器5、第一分光棱镜6、第三分光棱镜13、显微物镜14和微器件样品15沿同一直线布置，第一反射镜9、第二分光棱镜10、第二反射镜11和PZT相移器12沿同一直线布置，第一分光棱镜6、第三分光棱镜13、第二分光棱镜10和第一反射镜9呈矩形结构布置，并且第二分光棱镜10、第三分光棱镜13和CCD相机16沿同一直线布置，第三分光棱镜13位于第二分光棱镜10的反射光光路上，CCD相机16位于第三分光棱镜13的反射光光路上。
光纤耦合器4用于实现光信号合路。准直器5的作用是使光最大效率的耦合进入所需的器件中或易如接受光信号最大效率的接受。分光棱镜即偏振分光棱镜，能把入射的非偏振光分成两束垂直的线偏光。
一种三波长可变尺度干涉显微成像系统的成像方法，该方法采用上述三波长可变尺度干涉显微成像系统实现，如图2所示，包括以下几个步骤：
S1，使波长为λ1的第一激光器、波长为λ2的第二激光器和波长为λ3的第三激光器发出的光束同时通过光纤耦合器和准直器后，形成三波长同轴光束。
S2，所述三波长同轴光束经过第一分光棱镜6后，形成物光光束和参考光光束。
S3，参考光光束经第一反射镜9、第二分光棱镜10、第二反射镜11和PZT相移器12后，形成具有广义相移的光束，该光束经第二分光棱镜10反射后进入第三分光棱镜13。
S4，物光光束透过第三分光棱镜13、显微物镜14后照射微器件样品15，并在显微物镜14上形成反射光后进入第三分光棱镜13。
S5，S3和S4形成的光束在第三分光棱镜13处干涉后，反射至CCD相机16上，并形成三波长广义相移全息图。参考光光束和物光光束在第三分光棱镜13处形成三波长广义相移全息图；PZT相移器12使三个波长的参考光光束具有广义相移，具有广义相移的参考光光束与物光光束干涉后，形成一系列三波长广义相移全息图。
本发明还提供一种三波长可变尺度干涉显微成像系统的三相位复原方法，该方法采用上述三波长可变尺度干涉显微成像系统实现，包括以下几个步骤：
A1：获得广义相移和高阶谐波同时耦合存在于系统中时，波长λ1、λ2和λ3对应的相位信息
Figure BDA0002662812910000101
和
Figure BDA0002662812910000102
A2：利用A1中的相位信息，采用代数运算，获得多组等效波长及其相位信息，进而实现进行单、双和三波长选择性匹配融合成像。
进一步的，所述相位信息
Figure BDA0002662812910000103
和
Figure BDA0002662812910000104
通过如下步骤得出：
A11：当广义相移和高阶谐波同时耦合存在于三波长可变尺度干涉显微成像系统中时，第m帧三波长广义相移全息图可表达为：
Figure BDA0002662812910000105
Figure BDA0002662812910000111
其中，x和y分别为空间坐标，t表示理论值，a(x,y)表示总的背景强度项，
Figure BDA0002662812910000112
和
Figure BDA0002662812910000113
分别表示第k阶谐波下波长λ1、λ2和λ3的调制幅值，m表示第m帧三波长广义相移全息图(m＝1,2，…,M)，n和N分别表示在每个三波长广义相移全息图中的像素点位置和总像素数(n＝1,2,…,N)，u表示高阶谐波数，
Figure BDA0002662812910000114
和
Figure BDA0002662812910000115
分别表示波长λ1、λ2和λ3下的相位信息，
Figure BDA0002662812910000116
Figure BDA0002662812910000117
和
Figure BDA0002662812910000118
分别为波长λ1、λ2和λ3下的相移。
A12：在三波长广义相移全息图中，假设a、
Figure BDA0002662812910000119
和
Figure BDA00026628129100001110
不在帧-帧间变化，解出相位
Figure BDA00026628129100001111
和
Figure BDA00026628129100001112
分别为：
Figure BDA00026628129100001113
Figure BDA00026628129100001114
Figure BDA00026628129100001115
其中，k＝1,2,…,u，
Figure BDA00026628129100001116
j＝1,2,3。
A13：在三波长广义相移全息图中，假设a、
Figure BDA00026628129100001117
和
Figure BDA00026628129100001118
不在单个三波长广义相移全息图的像素-像素间进行变化，解出相移
Figure BDA00026628129100001119
和
Figure BDA00026628129100001120
分别为：
Figure BDA00026628129100001121
Figure BDA00026628129100001122
Figure BDA0002662812910000121
其中，k＝1,2,…,u，
Figure BDA0002662812910000122
j＝1,2,3。
A14：迭代收敛计算：
Figure BDA0002662812910000123
Figure BDA0002662812910000124
Figure BDA0002662812910000125
其中，m＝1,2,…,M，t表示迭代次数，
Figure BDA0002662812910000126
和
Figure BDA0002662812910000127
是波长λ1、λ2和λ3的预设精度要求。
A15：反复执行A12到A14，直至满足A14的迭代收敛条件，分别获得波长λ1、λ2和λ3对应的相位信息
Figure BDA0002662812910000128
和
Figure BDA0002662812910000129
进一步的，步骤A12中相位
Figure BDA00026628129100001210
和
Figure BDA00026628129100001211
的求解过程包含如下几个步骤：
A121：定义以下参数：
Figure BDA00026628129100001212
Figure BDA00026628129100001213
和
Figure BDA00026628129100001214
将A11中的表达式改写为：
Figure BDA00026628129100001215
其中，i＝0,1,…,2u，j＝1,2,3。
A122：M个干涉图中第n个像素点的三波长广义相移全息图理论与实际值之差的平方和En，则
Figure BDA00026628129100001216
其中，Imn为三波长广义相移全息图实际值。
A123：依据三波长最小二乘迭代法原理，对En关于
Figure BDA00026628129100001217
求偏导数，并令
Figure BDA0002662812910000131
其中，i＝0,1,2,…,2u。
A124：求解A123中的表达式，得出相位
Figure BDA0002662812910000132
和
Figure BDA0002662812910000133
关于参数
Figure BDA0002662812910000134
的表达式，其中，k＝1,2,…,u。
进一步的，步骤A13中相移
Figure BDA0002662812910000135
和
Figure BDA0002662812910000136
的求解过程包含如下几个步骤：
A131：定义以下参数为：
Figure BDA0002662812910000137
Figure BDA0002662812910000138
和
Figure BDA0002662812910000139
将A11中的表达式改写为：
Figure BDA00026628129100001310
其中，i＝0,1,2,…,2u。
A132：N个像素点中第m个三波长广义相移全息图的理论与实际值之差的平方和Em，即
Figure BDA00026628129100001311
A133：对Em关于
Figure BDA00026628129100001312
求偏导数，并令
Figure BDA00026628129100001313
其中，i＝0,1,2,…,2u。
A134：求解A133中的表达式，得出相移
Figure BDA00026628129100001314
和
Figure BDA00026628129100001315
关于参数
Figure BDA00026628129100001316
的表达式，其中，k＝1,2,…,u。
进一步的，在步骤A2中，单波长选择性匹配融合成像方法如下：
Figure BDA0002662812910000141
Figure BDA0002662812910000142
Figure BDA0002662812910000143
其中，h表示微器件形貌。
进一步的，在步骤A2中，双波长选择性匹配融合成像方法如下：
Figure BDA0002662812910000144
Figure BDA0002662812910000145
Figure BDA0002662812910000146
其中，h表示微器件形貌。
进一步的，在步骤A2中，三波长选择性匹配融合成像方法如下：
Figure BDA0002662812910000147
Figure BDA0002662812910000148
Figure BDA0002662812910000149
其中，h表示微器件形貌，
Figure BDA00026628129100001410
本发明的工作原理如下：波长为λ1的第一激光器1、波长为λ2的第二激光器2和波长为λ3的第三激光器3发出的光束同时通过光纤耦合器4和准直器5后，形成三波长同轴光束；所述三波长同轴光束经过第一分光棱镜6后，分别沿物光光路7和参考光光路8两条光路传播；参考光光路8为：经第一反射镜9、第二分光棱镜10、第二反射镜11和PZT相移器12后，形成具有不同相移的参考光光束，参考光光束经第二分光棱镜10反射后，进入第三分光棱镜13；物光光路7为：经过第三分光棱镜13、显微物镜14后照射微器件样品15，形成反射光后，回到第三分光棱镜13；参考光光束和物光光束在第三分光棱镜13处形成三波长广义相移全息图；参考光光束通过PZT相移器12使三个波长的参考光光束具有广义相移后，与物光光束干涉后，形成一系列三波长广义相移全息图。
此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本说明书中，对所述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例中以合适的方式结合。
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (4)

1.三波长可变尺度干涉显微成像系统的三相位复原方法，其特征在于，采用一种三波长可变尺度干涉显微成像系统，包括沿着并排分布的第一激光器(1)、第二激光器(2)和第三激光器(3)的输出方向依次连接的光纤耦合器(4)、准直器(5)和第一分光棱镜(6)；所述第一分光棱镜(6)将激光分为物光光路(7)和参考光光路(8)两条光路；
所述参考光光路(8)上依次放置有第一反射镜(9)、第二分光棱镜(10)、第二反射镜(11)和PZT相移器(12)；
所述物光光路(7)上依次放置有第三分光棱镜(13)、显微物镜(14)和微器件样品(15)；
所述第三分光棱镜(13)位于第二分光棱镜(10)的反射光路上，第三分光棱镜(13)的反射光路上还设置有CCD相机(16)，所述物光光路(7)和参考光光路(8)汇聚到第三分光棱镜(13)后，在CCD相机(16)上形成三波长广义相移全息图，所述三波长可变尺度干涉显微成像系统的三相位复原方法包括以下几个步骤：
A1：获得广义相移和高阶谐波同时耦合存在于系统中时，波长λ1、λ2和λ3对应的相位信息
Figure FDA0003016218300000011
和
Figure FDA0003016218300000012
A2：利用A1中的相位信息，采用代数运算，获得多组等效波长及其相位信息，进而实现进行单、双和三波长选择性匹配融合成像；
所述相位信息
Figure FDA0003016218300000013
和
Figure FDA0003016218300000014
通过如下步骤得出：
A11：当广义相移和高阶谐波同时耦合存在于三波长可变尺度干涉显微成像系统中时，第m帧三波长广义相移全息图可表达为：
Figure FDA0003016218300000015
Figure FDA0003016218300000021
其中，x和y分别为空间坐标，t表示理论值，a(x,y)表示总的背景强度项，
Figure FDA0003016218300000022
和
Figure FDA0003016218300000023
分别表示第k阶谐波下波长λ1、λ2和λ3的调制幅值，m表示第m帧三波长广义相移全息图(m＝1,2，…,M)，n和N分别表示在每个三波长广义相移全息图中的像素点位置和总像素数(n＝1,2,…,N)，u表示高阶谐波数，
Figure FDA0003016218300000024
和
Figure FDA0003016218300000025
分别表示波长λ1、λ2和λ3下的相位信息，
Figure FDA0003016218300000026
Figure FDA0003016218300000027
和
Figure FDA0003016218300000028
分别为波长λ1、λ2和λ3下的相移；
A12：在三波长广义相移全息图中，假设a、
Figure FDA0003016218300000029
和
Figure FDA00030162183000000210
不在帧-帧间变化，解出相位
Figure FDA00030162183000000211
和
Figure FDA00030162183000000212
分别为：
Figure FDA00030162183000000213
Figure FDA00030162183000000214
Figure FDA00030162183000000215
其中，k＝1,2,…,u，
Figure FDA00030162183000000216
Figure FDA00030162183000000217
A13：在三波长广义相移全息图中，假设a、
Figure FDA00030162183000000218
和
Figure FDA00030162183000000219
不在单个三波长广义相移全息图的像素-像素间进行变化，解出相移
Figure FDA00030162183000000220
和
Figure FDA00030162183000000221
分别为：
Figure FDA00030162183000000222
Figure FDA00030162183000000223
Figure FDA0003016218300000031
其中，k＝1,2,…,u，
Figure FDA0003016218300000032
Figure FDA0003016218300000033
A14：迭代收敛计算：
Figure FDA0003016218300000034
Figure FDA0003016218300000035
Figure FDA0003016218300000036
其中，m＝1,2,…,M，t表示迭代次数，
Figure FDA0003016218300000037
和
Figure FDA0003016218300000038
是波长λ1、λ2和λ3的预设精度要求；
A15：反复执行A12到A14，直至满足A14的迭代收敛条件，分别获得波长λ1、λ2和λ3对应的相位信息
Figure FDA0003016218300000039
和
Figure FDA00030162183000000310
在步骤A2中，单波长选择性匹配融合成像方法如下：
Figure FDA00030162183000000311
Figure FDA00030162183000000312
Figure FDA00030162183000000313
双波长选择性匹配融合成像方法如下：
Figure FDA00030162183000000314
Figure FDA00030162183000000315
Figure FDA00030162183000000316
三波长选择性匹配融合成像方法如下：
Figure FDA0003016218300000041
Figure FDA0003016218300000042
Figure FDA0003016218300000043
其中，h表示微器件形貌，
Figure FDA0003016218300000044
2.根据权利要求1所述的三波长可变尺度干涉显微成像系统的三相位复原方法，其特征在于，步骤A12中相位
Figure FDA0003016218300000045
和
Figure FDA0003016218300000046
的求解过程包含如下几个步骤：
A121：定义以下参数：
Figure FDA0003016218300000047
Figure FDA0003016218300000048
和
Figure FDA0003016218300000049
将A11中的表达式改写为：
Figure FDA00030162183000000410
其中，i＝0,1,…,2u，j＝1,2,3；
A122：M个干涉图中第n个像素点的三波长广义相移全息图理论与实际值之差的平方和En，则
Figure FDA00030162183000000411
其中，Imn为三波长广义相移全息图实际值；
A123：依据三波长最小二乘迭代法原理，对En关于
Figure FDA00030162183000000412
求偏导数，并令
Figure FDA0003016218300000051
其中，i＝0,1,2,…,2u；
A124：求解A123中的表达式，得出相位
Figure FDA0003016218300000052
和
Figure FDA0003016218300000053
关于参数
Figure FDA0003016218300000054
的表达式，其中，k＝1,2,…,u。
3.根据权利要求1所述的三波长可变尺度干涉显微成像系统的三相位复原方法，其特征在于，步骤A13中相移
Figure FDA0003016218300000055
和
Figure FDA0003016218300000056
的求解过程包含如下几个步骤：
A131：定义以下参数为：
Figure FDA0003016218300000057
Figure FDA0003016218300000058
和
Figure FDA0003016218300000059
将A11中的表达式改写为：
Figure FDA00030162183000000510
其中，i＝0,1,2,…,2u；
A132：N个像素点中第m个三波长广义相移全息图的理论与实际值之差的平方和Em，即
Figure FDA00030162183000000511
A133：对Em关于
Figure FDA00030162183000000512
求偏导数，并令
Figure FDA00030162183000000513
其中，i＝0,1,2,…,2u；
A134：求解A133中的表达式，得出相移
Figure FDA00030162183000000514
和
Figure FDA00030162183000000515
关于参数
Figure FDA00030162183000000516
的表达式，其中，k＝1,2,…,u。
4.根据权利要求1所述的三波长可变尺度干涉显微成像系统的三相位复原方法，其特征在于：所述光纤耦合器(4)、准直器(5)、第一分光棱镜(6)、第三分光棱镜(13)、显微物镜(14)和微器件样品(15)沿同一直线布置，所述第一反射镜(9)、第二分光棱镜(10)、第二反射镜(11)和PZT相移器(12)沿同一直线布置，所述第一分光棱镜(6)、第三分光棱镜(13)、第二分光棱镜(10)和第一反射镜(9)呈矩形结构布置。
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