3-D轮廓测量中相位解包裹应用

法在原始干涉图的基础上得到相位解包裹的模板。在五步相移干涉测量中，驱动电路驱动压电陶瓷使得参考镜步进移动从而产生步进相移，由此得到时间序列上的五幅干涉图像。参考光路的微小变化使得光程差发生相应变化，致使各幅干涉图上被测表面的条纹产生相对位移。而由于非数据区没有条纹，或者非相容区域的条纹信息不够理想，所以可以根据各幅干涉图中对应像素点灰度的差值来判断哪些是相容区域，从而将非相容区域提取出来，得到相位解包裹的模板。具体实施的方式为：先将各幅干涉图对应像素的灰度两两相减，得到它们之间的灰度差值，然后设定一个合适的阈值，当所有的灰度差值都小于这个阈值时，此像素点即被判定为没有发生干涉条纹相对变化的非相容点。

2.3.2 实验结果

如果想要对如图10干涉图所示的圆形薄膜进行全视场范围的解包裹运算，由于其轮廓较为复杂，并包含有相当部分的非数据区和非理想数据区，所以使用干涉图灰度差值提取的方法来获得模板。设定合适的阈值得到的模板结果如图11，图中白色区域为较为理想的条纹区域，黑色区域为解包裹运算中需要绕过的区域。图12是将图11所示的模板以及包裹图像代入

图10 圆形膜五幅干涉图中的一幅(1024x1528像素)

图11 干涉图灰度差值提取法获得的解包裹模板图

图12 使用干涉图灰度差提取法获取模板得到的相位展开结果

生长算法得到的相位解包裹后并以圆形膜四周的基底区域作为基准面调平后的圆形膜表面3-D轮廓图像。可以看出，使用干涉图灰度差值提取法获得模板并使用生长算法在全视场范围内进行相位展开获得干涉图灰度差值提取法的计算相对较为复杂，但是由于它在最原始的干涉图像信息上进行判断，所以成功率高，也可以通过改变阈值灵活地控制模板的灵敏度，并且使用范围很广，对于复杂轮廓、沟槽、噪声等提取都适用。

3 结语

具体应用实例的实验数据证明，基于模板的广度优先搜索相位解包裹方法可以根据不同应用的需要标记模板，从而绕过非相容区域准确地实现相位展开.如果有必要，可以根据被绕过区域周围像素点的灰度信息，使用滤波、插值等方法回添这些点的展开相位数据。此方法能够克服普通相位展开方法的局限性，并因其简便、灵活、准确的特点而能被广泛应用于EMS/NEMS结构较为复杂的轮廓表面测量的相位展开。其不足在于不能应用于非连续表面轮廓的测量。

致谢

感谢北京大学微米纳米加工技术国家重点实验室的陈兢副教授和王莎莎同学等，他们为本文的研究工作提供了部分测试结构。

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