【技术实现步骤摘要】
本专利技术主要涉及三维表面形貌测量和移相干涉术等领域，特别涉及一种基于椭圆拟合的三维表面形貌测量及计算方法。
技术介绍
1、随着半导体和先进制造业等领域的发展，对零件精密要求越来越高，光学测量已经成为三维形貌测量的主要手段。移相干涉测量技术是一种非接触式的光学测量技术，其具有测量范围广、精度高和灵敏度高等特点，现已被广泛应用于材料科学、航空航天、芯片、微机械、微光学等多种领域。自从buring等人1974年提出移相干涉术psi(phase shiftinginterferometry)以来，从干涉图中高精度提取相位信息已成为可能。常用的移相算法有经典的四步移相法以及hariharan五步移相法，为了提高精度，后面在基本原理上又提出了六步、七步和carre算法等多步移相算法。近年，根据激光干涉光强公式特征，提出利用波形合成的方法即李萨如(lissajous)图形进行相位的求解。韦春龙等人提出了一种新的基于李萨如图的相位提取方法，其需要至少五幅干涉图来求解相位分布和移相量。左芬利用李萨如图对干涉图移相量进行研究，分析了干涉图初始相位差、背景光强、调制度对李萨如图椭圆的椭圆度和中心位置的影响。刘锋伟等人利用基于李萨如图和希尔伯特-黄变换从干涉图中提取了相位分布和移相量，对干涉图不同预处理方法得到的结果进行了分析，并将所需的干涉图减少为两幅。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是在利用激光移相干涉技术恢复三维表面形貌时，能提供一种任意等步长的移相干涉方法。
2、本专利技术提供了
3、步骤1：产生并记录包含未知等步长随机相移值的三幅激光干涉图，基于干涉原理计算得出每一幅激光干涉图的光强值表达式，
4、；
5、；式1
6、
7、式1中，x和y表示像素坐标，，，依次前后形成的第一、第二、第三激光干涉图光强值表达式，，，为背景光强，，，为调制度，为待提取的压包相位，为激光干涉图之间的移相量；
8、步骤2：将第一与第二、第二与第三激光干涉图中对应位置像素点相减得到两个分向量、，再将所述两个分向量相加、相减构成一组简谐运动参数方程数据、；
9、步骤3：利用最小二乘法对、进行椭圆拟合，得到椭圆参数初始值；
10、步骤4：将计算得到的椭圆参数初始值代入式2中求解得到和，
11、
12、 式2
13、步骤5：通过相位解包裹算法从压包相位中计算出连续相位，并根据激光的波长计算出测量的三维面形高度值。
14、作为本专利技术的进一步改进，所述步骤3在得到椭圆参数初始值之后，对激光干涉图中的数据点进行去孤立点处理。
15、作为本专利技术的进一步改进，所述对激光干涉图中的数据点进行去孤立点处理包括以下步骤，
16、步骤31：随机选择激光干涉图中的 n个数据点，对每个数据点求到该椭圆的代数距离集，对求得的距离进行排序，找到中位数，将所述代数距离集中的每个元素减去中位数，再取绝对值进行排序，得到中心化距离绝对值中位数
17、；
18、步骤32：求集合的方差；利用法则作为标准，对集合中大于所对应的点判定为孤立点，不参与后续椭圆参数计算。
19、作为本专利技术的进一步改进，步骤32之后包括以下步骤，
20、步骤41：将椭圆方程线性化，使用去除孤立点后的数据集，运用椭圆拟合算法再次计算椭圆参数；
21、步骤42: 将计算椭圆参数带入下列式3中可求解到和，
22、
23、； 式3
24、本专利技术提供的一种三维表面形貌测量系统，包括设置于一侧的激光器、设置于激光器前端的空间滤波器，以及从后往前依次设置的ccd、成像透镜、分光镜、准直透镜、参考镜、被测平面镜，所述激光器发出的光束通过空间滤波器后，入射至分光镜表面并发生全反射，全反射后再经过准直透镜扩束，入射到参考镜上，一部分光从参考镜反射，另一部分光透过参考镜，再入射到被测平面镜上，通过被测镜平面镜反射，由参考镜和被测平面镜表面反射的相干光反射透过分光镜之后再通过成像透镜至ccd，所述ccd记录反射形成的干涉条纹。
25、所述测量系统还包括设置于参考镜上的用以产生位移的压电陶瓷驱动器。
26、本专利技术的优点是：通过本专利技术提供的装置及其方法仅需使用三幅移相激光干涉图就能恢复出三维表面物体的相位，仅需保证移相步长相等且能减小背景光强不均匀和移相误差带来的影响，并且该算法不易受孤立点、误差点的影响，具有较好的抗干扰性。
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1.一种基于椭圆拟合的三维表面形貌测量及计算方法，其特征在于：包括以下步骤，
2.根据权利要求1所述的基于椭圆拟合的三维表面形貌测量及计算方法，其特征在于：所述步骤3在得到椭圆参数初始值之后，对激光干涉图中的数据点进行去孤立点处理。
3.根据权利要求2所述的一种基于椭圆拟合的三维表面形貌测量及计算方法，其特征在于：所述对激光干涉图中的数据点进行去孤立点处理包括以下步骤，
4.根据权利要求3所述的一种基于椭圆拟合的三维表面形貌测量及计算方法，其特征在于：步骤32之后包括以下步骤，
5.根据权利要求1所述的一种基于椭圆拟合的三维表面形貌测量及计算方法，其特征在于：所述三维表面形貌测量系统，包括设置于一侧的激光器、设置于激光器前端的空间滤波器，以及从后往前依次设置的CCD、成像透镜、分光镜、准直透镜、参考镜、被测平面镜，所述激光器发出的光束通过空间滤波器后，入射至分光镜表面并发生全反射，全反射后再经过准直透镜扩束，入射到参考镜上，一部分光从参考镜反射，另一部分光透过参考镜，再入射到被测平面镜上，通过被测镜平面镜反射，由参考镜和被测平面镜表
6.根据权利要求5所述的基于椭圆拟合的三维表面形貌测量及计算方法，其特征在于：所述三维表面形貌测量系统还包括设置于参考镜上的用以产生位移的压电陶瓷驱动器。
...【技术特征摘要】
1.一种基于椭圆拟合的三维表面形貌测量及计算方法，其特征在于：包括以下步骤，
2.根据权利要求1所述的基于椭圆拟合的三维表面形貌测量及计算方法，其特征在于：所述步骤3在得到椭圆参数初始值之后，对激光干涉图中的数据点进行去孤立点处理。
3.根据权利要求2所述的一种基于椭圆拟合的三维表面形貌测量及计算方法，其特征在于：所述对激光干涉图中的数据点进行去孤立点处理包括以下步骤，
4.根据权利要求3所述的一种基于椭圆拟合的三维表面形貌测量及计算方法，其特征在于：步骤32之后包括以下步骤，
5.根据权利要求1所述的一种基于椭圆拟合的三维表面形貌测量及计算方法，其特征在于：所述三维表面...
【专利技术属性】
技术研发人员：孙文卿，张惠蓉，鲍海宇，朱嘉欣，许星楠，唐运海，
申请(专利权)人：苏州科技大学，
类型：发明
国别省市：
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