一種基于誤差互補修正的移相干涉測量位相提取方法
【專利摘要】一種基于誤差互補修正的移相干涉測量位相提取方法，本發(fā)明涉及基于誤差互補修正的移相干涉測量位相提取方法。本發(fā)明的目的是為了解決(1)現(xiàn)有線性移相誤差普遍存在于各類干涉系統(tǒng)中，影響位相信息提取精度；(2)現(xiàn)有線性誤差超過5％時，位相提取誤差急劇增大；(3)以及現(xiàn)有公式繁瑣，運算量大，包含乘方開方運算，易出現(xiàn)虛數(shù)位相解和超大誤差點的奇異位相解情況的問題。具體是按照以下步驟進(jìn)行的：步驟一、傳統(tǒng)五幀算法表達(dá)形式；步驟二、采用與傳統(tǒng)五幀算法相同幀序的光強，代入構(gòu)造的新五幀算法，得到新五幀算法的位相信息，構(gòu)造的五幀算法形式；步驟三、構(gòu)造了誤差互補五幀算法。本發(fā)明應(yīng)用于光學(xué)檢測空間物體三維形貌的【技術(shù)領(lǐng)域】。
【專利說明】一種基于誤差互補修正的移相干涉測量位相提取方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及移相干涉測量中的位相信息提取方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 隨著微納米加工技術(shù)的不斷發(fā)展，元器件表面形貌精度要求越來越高，對相應(yīng)的 檢測手段也提出了更高的要求。移相干涉測量法以其高精度、高效率、非接觸等優(yōu)點，成為 形貌檢測領(lǐng)域較為理想的測量方法。（1)在移相干涉測量中，位相信息通過移相算法處理 各幀干涉圖獲得，而線性移相誤差普遍存在于各類干涉系統(tǒng)中，影響位相信息提取的精度。
[2] 在移相干涉測量中，傳統(tǒng)的定步長移相算法雖然運算簡單，但除五幀算法外均對線性移 相誤差較為敏感，而五幀算法僅對5 %以內(nèi)的線性誤差具有良好的抑制能力，當(dāng)線性誤差超 過5%時，位相提取誤差急劇增大。（3)在移相干涉測量中，任意定步長移相算法雖然可以 實現(xiàn)線性誤差免疫，但公式繁瑣，運算量大，包含乘方開方運算，易出現(xiàn)虛數(shù)位相解和超大 誤差點的奇異位相解情況。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的是為了解決（1)現(xiàn)有線性移相誤差普遍存在于各類干涉系統(tǒng)中，影 響位相信息提取精度；(2)現(xiàn)有線性誤差超過5%時，位相提取誤差急劇增大；（3)以及現(xiàn)有 公式繁瑣，運算量大，包含乘方開方運算，易出現(xiàn)虛數(shù)位相解和超大誤差點的奇異位相解情 況的問題。而提出了一種基于誤差互補修正的移相干涉測量位相提取方法。
[0004] 上述的發(fā)明目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的：
[0005] -種基于誤差互補修正的移相干涉測量位相提取方法，其特征在于：通過傳統(tǒng)五 幀算法與構(gòu)造的五幀算法之間的誤差互補，大幅降低線性移相誤差對位相信息提取的影 響，具體是按照以下步驟進(jìn)行的：
[0006] 步驟一、傳統(tǒng)五幀算法表達(dá)形式為：

【權(quán)利要求】
1. 一種基于誤差互補修正的移相干涉測量位相提取方法，其特征在于：一種基于誤差 互補修正的移相干涉測量位相提取方法具體是按照以下步驟進(jìn)行的： 步驟一、傳統(tǒng)五幀算法表達(dá)形式為：
其中，9為待解的位相，11、12、13、14、1 5分別對應(yīng)移相量取-^1、-^1/2、0、11/2、11時每 一幀序的光強，得到傳統(tǒng)五幀算提取到的位相信息； 步驟二、采用與傳統(tǒng)五幀算法相同幀序的光強，代入構(gòu)造的新五幀算法，得到新五幀算 法提取到的位相信息，構(gòu)造的五幀算法形式為；
步驟三、將傳統(tǒng)的五幀算法和新的五幀算法兩種算法解出的位相直接做均值運算，進(jìn) 行誤差互補，得到誤差修正后的位相。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述一種基于誤差互補修正的移相干涉測量位相提取方法，其特 征在于：所述步驟二中采用與傳統(tǒng)五幀算法相同幀序的光強，即移相量取-Ji、- Ji/2、0、 /2、時，任意步長下構(gòu)造的五幀算法形式變?yōu)楣剑?)所述形式，任意步長下構(gòu)造的五 幀算法形式為：
式中4為待解的位相，Ii、12、13、14、I5分別對應(yīng)移相步長取0時的每一幀序的光強。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述一種基于誤差互補修正的移相干涉測量位相提取方法，其特征 在于：公式（3)中所述待解位相P的具體計算過程為： 干涉場中任意等步長下的五幀光強方程組如公式（4)所示：
式中：P為待解的位相，I為干涉場里每一幀序的光強，Ip 12、13、14、I5分別對應(yīng)移相步 量取-2 eP、〇、e、2 e時每一幀序的光強；a為光強直流分量，B為光強交流分量，e為 移相步長。 將I2與14、I1與I5做差，經(jīng)三角函數(shù)和差化積運算，整理后分別得到公式（5)、（6): I2-I4 = 2B ? sin ( ) ? sin ( 3 ) (5) I1-I5 = 2B ? sin ( ) ? sin (2 3 ) (6) 將公式（6)按二倍角公式展開，得到公式（7): I1-I5 = 4B ? sin ( ) ? sin ( @ ) ? cos ( @ ) (7) 將公式（5)乘以二倍，與公式（7)做差，并整理得到公式（6): 2 ? (I2-I4) _ (I「I5) = 4B ? sin (?。? sin ( 3 ) ? [1-cos ( 3 ) ] (8) 將I2與I4做和，并進(jìn)行三角函數(shù)和差化積得到公式（9): I2+I4 = 2A+2B ? cos ( ) ? cos ( P ) (9) 將I3乘以4倍，與二倍的公式（9)做差，直流分量A被消去，化簡整理得到公式（10): 413_2 ? (I2+I4) = 4B ? cos ( ) ? [1-cos ( 3 ) ] (10) 將公式⑶與公式（10)相除，I-COS(P)項及4B被約去，并將Sin(P)移至等號左側(cè) 得到公式（11):
將公式（11)的等號兩側(cè)取反正切運算，得到任意等步長下構(gòu)造的五幀算法，如公式 (3)所述的形式。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述一種基于誤差互補修正的移相干涉測量位相提取方法，其特征 在于：所述步驟三中誤差修正后的位相為：
【文檔編號】G06F19/00GK104330027SQ201410658169
【公開日】2015年2月4日 申請日期:2014年11月18日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月18日
【發(fā)明者】盧丙輝, 甘雨, 劉炳國, 劉國棟, 陳鳳東, 莊志濤 申請人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)