[發明專利]一種基于Morlet小波變換的白光干涉信號漏采樣校正方法

在審

• 申請號: 201910898078.2
• 申請日: 2019-09-23
• 公開（公告）號: CN110701997A
• 公開（公告）日: 2020-01-17
• 發明（設計）人: 楊忠明;辛磊;劉兆軍
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: G01B9/02
• 分類號: G01B9/02;G01B11/06;G01B11/24
• 代理公司: 37247 青島華慧澤專利代理事務所(普通合伙)
• 代理人: 馬千會

本發明涉及白光干涉測量方法的校正方法，屬于精密測量信號處理技術領域。一種基于Morlet小波變換的白光干涉信號漏采樣校正方法，包括以下步驟：將CCD采集到的干涉信號先進行高斯濾波處理，再進行Morlet小波變換處理，獲得小波系數；根據小波系數找出漏采樣位置，用三次樣條插值法擬合干涉信號，補全光強變化曲線，獲得經校正的新的干涉信號。本發明的方法，對干涉信號具有降噪及漏采樣的校正作用，能夠提高干涉測量結果精確性。

技術領域

本發明涉及白光干涉測量方法的校正方法，屬于精密測量信號處理技術領域。

背景技術

白光干涉測量技術是一種重要的測量方法，具有非接觸、測量速度快、范圍大、精度高等優點，在超精密加工器件、MEMS元器件、生物細胞組織等微結構形貌測量領域得到廣泛應用。白光干涉測量技術是基于參考光與物光的干涉光強隨著測量臂位置變化的信號提取樣品各個位置的高度信息，進一步恢復樣品的表面形貌。然而實際測得的干涉信號常常伴隨著漏采樣及噪聲等問題，漏采樣多是由于實驗裝置問題引起的，例如因電壓不穩定導致的測量臂移動誤差；干涉信號的噪聲中包含CCD本身的隨機噪聲、像素感光度不均勻帶來的噪聲，A/D轉換帶來的量化噪聲，噪聲類型為白噪聲。

均值濾波是最簡單的信號處理方法，算法實現簡單，但至適用于靜態或低動態情況，且容易造成光譜信號失真。傅里葉變換是信號處理領域常用的處理方法，但其不能將信號時域特征和頻域特征有機結合起來，通過傅里葉變換雖然能了解到有多少頻率成分存在于信號中，但不能知道這些頻率成分是什么時候出現，因此和傅里葉變換相關的噪聲處理方式得到的效果總是不盡人意。小波變換是近年來新興的一種信號處理方法，其提供了信號的時-頻復合表示，明顯解決了傅里葉變換的弊端，具有良好的低熵性、多分辨率、去相關性和選基靈活性的特點，并且能更準確的得到信號上特定點的奇異性信息。信號和噪聲在小波變換下表現出截然不同的性質，所以小波變換能在小波域很好地實現信噪分離，更成功的用于信號處理、圖像處理領域。Morlet小波在形式上與白光干涉信號極為相似，因此在進行白光干涉信號分析時選用Morlet小波作為小波變換中的母小波。

現有技術中小波變換在干涉信號中的應用多是用于降噪，用于漏采樣的研究并未見有。并且現有技術中也沒有其他有效的措施用于解決干涉信號的漏采樣問題。

發明內容

針對現有技術中存在的技術問題，本發明提供一種基于Morlet小波變換的白光干涉信號漏采樣校正方法，利用干涉信息畸變點小波變換后的特點，處理白光干涉測量系統實際操作中發生的漏采樣問題，同時也發揮降噪的作用，進一步提高測量結果的精度及準確性。

為解決本發明的技術問題，本發明采用的技術方案是：一種基于Morlet小波變換的白光干涉信號漏采樣校正方法，包括以下步驟：

(1)將CCD采集到的干涉信號進行高斯濾波處理；

(2)對步驟(1)處理后的干涉信號進行Morlet小波變換處理，獲得小波系數；

(3)根據小波系數找出漏采樣位置，用三次樣條插值法擬合干涉信號，補全光強變化曲線，獲得經校正的新的干涉信號。

作為本發明的進一步改進，所述的步驟(2)中，選用窗寬為10的高斯窗濾波器對干涉信號進行平滑處理。

作為本發明的進一步改進，所述的步驟(2)中，選用cmor1-1.5小波基作為Morlet小波變換的小波基。

作為本發明的進一步改進，所述的步驟(3)中，對步驟(2)獲得的小波系數曲線調用MATLAB的findpeaks函數，找出其畸變位置，并將畸變位置處的干涉光強值賦值為空值；所述的畸變位置即為漏采樣位置。

作為本發明的進一步改進，所述步驟(3)中，三次樣條擬合函數定義如下：