[發明專利]共焦軸向響應曲線峰值位置提取算法

在審

• 申請號: 201410616948.X
• 申請日: 2014-11-05
• 公開（公告）號: CN104315994A
• 公開（公告）日: 2015-01-28
• 發明（設計）人: 劉儉;譚久彬;劉辰光;王紅婷
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: G01B11/24
• 分類號: G01B11/24
• 代理公司: 哈爾濱市偉晨專利代理事務所(普通合伙) 23209
• 代理人: 張偉

技術領域

共焦軸向響應曲線峰值位置提取算法屬于共焦掃描光學測量技術領域。

背景技術

共焦掃描顯微鏡測量技術是一種用于微米及亞微米尺度測量的三維光學顯微技術。因其具有無需樣品制備、測量速度快、成本低、不損傷測量表面以及可直接測量高度大于半波長的臺階輪廓等優點，而被廣泛用于材料學、微電子學、光學、生物工程學及醫學領域的三維微尺度結構測量。共焦掃描秒顯微鏡測量技術的關鍵在于共焦軸向相應曲線峰值位置提取，這關系到三維結構測量的精度，常用的提取方法有最大值法、質心法、高斯函數擬合法。前兩種方法速度較快但精度不高，高斯函數擬合法精度較高但是速度很慢，并且數據利用率較低。因此，現有共焦軸向相應曲線峰值位置提取方法無法兼顧速度和精度。

發明內容

為了解決上述問題，本發明公開了一種共焦軸向響應曲線峰值位置提取算法，該算法使用sinc²作為擬合的目標函數來獲得共焦軸向相應曲線峰值位置，可以提高數據利用率與測量不確定度，同時減少迭代次數，減少了提取算法的運算時間。

本發明的目的是這樣實現的：

一種共焦軸向響應曲線峰值位置提取算法，包括以下步驟：

步驟a、歸一化數據，從實測數據中選取有效數據，軸向掃描間隔為z，掃描層數為N；

步驟b、以sinc²(a(x-b))函數為目標函數，根據測量參數計算目標參數初值a₁和b₁；

步驟c、以sinc²(a(x-b))函數為目標函數，利用Levenberg-Marquardt算法進行擬合求得目標參數；

步驟d、根據目標參數計算峰值位置。

上述共焦軸向相應峰值位置提取算法，所述步驟a中歸一化數據方法為，將測得的原始數據除以該原始數據最大值。

上述共焦軸向相應峰值位置提取算法，所述步驟a中有效數據為原始數據中大于原始數據最大值50％的數據以及其索引值，或歸一化數據中大于歸一化數據最大值50％的數據以及其索引值。

上述共焦軸向響應曲線峰值位置提取算法，所述步驟b中a₁＝π/(N'×z)，b₁為原始數據最大值所對應的索引值；

所述參數N'為原始數據或歸一化數據半高寬度，即為值大于二分之一最大值的數據的個數。

上述共焦軸向響應曲線峰值位置提取算法，所述步驟c中Levenberg-Marquardt算法的最大迭代次數N>10000，殘差res<1×10^-5。

上述共焦軸向響應曲線峰值位置提取算法，所述步驟d中峰值位置為b×軸向掃描間隔。

有益效果：

本發明以sinc²函數作為共焦軸向相應曲線擬合的目標函數，并基于此目標函數計算目標參數的初值，并擬合求得目標參數，最后得到峰值位置，由于sinc²函數更接近理論模型，因此可以提高數據利用率與測量不確定度，進而減少迭代次數，實現減少提取算法的運算時間的技術目的。

附圖說明

圖1是本發明共焦軸向響應曲線峰值位置提取算法流程圖。

圖2為擬合結果示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施例進行詳細說明，以便對本發明的目的、技術方案有更深入的理解。

本實施例的共焦軸向響應曲線峰值位置提取算法，流程圖如圖1所示。該算法包括以下步驟：

步驟a、歸一化數據，具體為將測得的原始數據除以該原始數據最大值；從實測數據中選取有效數據，記為(x₁,y₁)，(x₂,y₂)，...，(x_n,y_n)，軸向掃描間隔為z＝0.1μm，掃描層數為N＝200層；其中，所述的有效數據為原始數據中大于原始數據最大值50％的數據以及其索引值；

步驟b、以sinc²(a(x-b))函數為目標函數，根據測量參數計算目標參數初值：

a的初值a₁為π/(N'×z)，N'＝38，z＝0.1，即a₁＝0.826；

b的初值b₁為最大值對應的索引值47；