[發(fā)明專利]基于移位和多項(xiàng)式擬合的全息像差絕對(duì)校準(zhǔn)方法及系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910414807.2
• 申請(qǐng)日: 2019-05-17
• 公開（公告）號(hào): CN110017776B
• 公開（公告）日: 2020-11-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉振華;何偉林;楊忠明;劉兆軍
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 山東大學(xué)
• 主分類號(hào): G01B11/00
• 分類號(hào): G01B11/00
• 代理公司: 濟(jì)南金迪知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 37219
• 代理人: 趙龍群

1.一種基于移位和多項(xiàng)式擬合的全息像差絕對(duì)校準(zhǔn)方法，其特征在于，包括以下步驟：

(1)采集全息圖，在采集第一幅全息圖后，通過在光軸的垂直平面上正交地移動(dòng)樣品兩次并分別捕獲其全息圖，得到包含測(cè)試物體相位和系統(tǒng)像差相位的三幅全息圖；

(2)對(duì)步驟(1)獲得的三幅全息圖分別進(jìn)行相位調(diào)解，通過基于傅里葉變換的相位解調(diào)方法，提取其頻譜的+1級(jí)信息，并從+1級(jí)信息中提取測(cè)試物體相位，得到三個(gè)包含像差的原始相位結(jié)果；

(3)對(duì)步驟(2)得到的三個(gè)包含像差的原始相位結(jié)果進(jìn)行坐標(biāo)變換，使得變換后的使得變換后的三個(gè)相位結(jié)果的測(cè)試物體相位一致，而系統(tǒng)像差相位之間有微小位移；

(4)對(duì)步驟(3)得到的三個(gè)相位結(jié)果進(jìn)行差分計(jì)算，得到系統(tǒng)像差相位在兩次位移前后的相位差分?jǐn)?shù)據(jù)；

(5)對(duì)步驟(4)得到的兩個(gè)相位差分?jǐn)?shù)據(jù)，根據(jù)切比雪夫多項(xiàng)式和兩次位移對(duì)應(yīng)的移動(dòng)量計(jì)算出系統(tǒng)像差相位的切比雪夫多項(xiàng)式系數(shù)，并將切比雪夫多項(xiàng)式系數(shù)帶入切比雪夫多項(xiàng)式中計(jì)算出系統(tǒng)像差相位；

(6)對(duì)步驟(2)得到的包含像差的原始相位結(jié)果減去步驟(5)得到的系統(tǒng)像差相位，得到測(cè)試物體相位。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于移位和多項(xiàng)式擬合的全息像差絕對(duì)校準(zhǔn)方法，其特征在于，所述步驟(2)中，第一幅全息圖對(duì)應(yīng)的原始相位結(jié)果如式(Ⅰ)所示：

T₁(x,y)＝R(x,y)+O(x,y) (Ⅰ)

式(Ⅰ)中，R(x,y)和O(x,y)分別是系統(tǒng)像差相位和測(cè)試物體相位，(x,y)分別是圖像上的點(diǎn)的橫、縱位置坐標(biāo)，其中系統(tǒng)像差相位R(x,y)表示如式(Ⅱ)所示：

式(Ⅱ)中，a_i是切比雪夫多項(xiàng)式的系數(shù)，C_i(x,y)是切比雪夫多項(xiàng)式的項(xiàng)，n是切比雪夫多項(xiàng)式的項(xiàng)數(shù)；

在光軸的垂直平面上第一次移動(dòng)樣品并捕獲全息圖，移動(dòng)方向設(shè)定為x軸，移動(dòng)距離為Δx,然后在光軸的垂直平面沿與x軸垂直的y軸方向第二次移動(dòng)樣品并捕獲全息圖，移動(dòng)距離為Δy,對(duì)應(yīng)的通過步驟(2)得到的原始相位結(jié)果如式(Ⅲ)所示：

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于移位和多項(xiàng)式擬合的全息像差絕對(duì)校準(zhǔn)方法，其特征在于，所述步驟(3)中，對(duì)步驟(2)獲得的三個(gè)原始相位結(jié)果進(jìn)行坐標(biāo)變換，使得變換后的三個(gè)相位結(jié)果的測(cè)試物體相位變得一致，而系統(tǒng)像差相位之間有微小位移，如式(Ⅳ)所示：

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于移位和多項(xiàng)式擬合的全息像差絕對(duì)校準(zhǔn)方法，其特征在于，通過步驟(4)對(duì)步驟(3)求得的三個(gè)相位結(jié)果進(jìn)行差分計(jì)算，得到系統(tǒng)像差相位在兩次位移前后的相位差分?jǐn)?shù)據(jù)ΔT₁和ΔT₂，如式(Ⅴ)所示：

式(Ⅴ)中，ΔC_ix(x,y)和ΔC_iy(x,y)分別是切比雪夫多項(xiàng)式在x和y方向上的微分，式(Ⅴ)可以用矩陣形式表示為：

CA＝ΔT (Ⅵ)

其中C，A和ΔT表示為：

A＝[a₁ a₂ … a_n]^T (Ⅷ)

ΔT＝[ΔT₁(1,1) ΔT₁(1,2) … ΔT₁(M,N) ΔT₂(1,1) ΔT₂(1,2) … ΔT₂(M,N)]^T(Ⅸ)

其中M和N是數(shù)字全息圖的行數(shù)和列數(shù)，求解方程(Ⅵ)，得到切比雪夫多項(xiàng)式的系數(shù)a_i。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于移位和多項(xiàng)式擬合的全息像差絕對(duì)校準(zhǔn)方法，其特征在于，將切比雪夫多項(xiàng)式的系數(shù)a_i代入式(Ⅱ)計(jì)算，得到系統(tǒng)像差相位，采用包含像差的原始相位結(jié)果T₁(x,y)減去系統(tǒng)像差相位R(x,y)得到測(cè)試物體相位。

6.權(quán)利要求1所述的基于移位和多項(xiàng)式擬合的全息像差絕對(duì)校準(zhǔn)方法的實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)，其特征在于，包括三軸位移平臺(tái)，待測(cè)物體位于所述三軸位移平臺(tái)上。