变焦显微测量三维重构技术研究

发布时间：2020-10-31 20:47

　　 目前,在微纳测量领域,对微观复杂结构的三维形貌测量可以说仍然是具有挑战性的课题。现有的非接触测量方法,虽然具有很高的纵向分辨率,但是难以测量梯度较大的坡度表面。而近些年出现的利用超短景深成像的变焦测量方法则有望打破这一困境,真正实现对微观复杂结构表面的三维测量。变焦(Focus Variation)是利用光学系统的有限景深和垂直扫描方法,采集在不同工作距离下的图像序列,通过图像处理的方法寻找到最佳焦点位置实现测量的。变焦显微测量方法可以测量具有超大深宽比和大倾角斜面的微观复杂结构,而且一次可以测量一个截面,具有测量速度快,测量精度高等优点。本文利用变焦原理,搭建了变焦测量实验平台,通过改变被测物体和显微物镜的距离,采集了具有不同聚焦位置的二维图像序列。针对采集到的图像序列中存在的像素漂移现象,编制了数字图像相关算法由子区匹配进行校正。通过分析比较多种聚焦评价函数的评价效果,选择了单峰性好,鲁棒性强的聚焦评价函数,并提出了先在大范围内进行最值搜索,再在最值附近的小区域内进行高斯拟合得到聚焦评价函数极值的搜索算法,以得到像素点的深度值。然后,在空间域由基于区域特征的图像融合算法得到了灰度融合图像和彩色融合图像,同时运用小波变换得到了频域图像融合结果。最后,把得到的三维点云数据导入到Cloud Compare软件中,得到了物体的三维形貌图,并通过量块实验,验证了该算法的精度,得到了较好的结果。
【学位单位】：合肥工业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TP391.41
【部分图文】：

图 1.1 步进式时间相移干涉示意图Fig 1.1 Schematic diagram of step time phase shift interference外差干涉的原理是：当两个光波频率差很小的相干光束在空间相遇时一定频率的差频波，从而使以光频为载波的被检测信号转移到差频波场中干涉条纹的不断扫描，干涉场上任意点的光波都是由参考光波成的，任一点的光强都是以光频差为频率随时间做余弦变化的。经光涉场中的交变的光强信号转换为交变的电信号，通过检测电路获得差，进而实现对位移或长度等的测量[10]。但根据这种原理制成的同轮廓仪不能测量表面轮廓变化较大的表面，由 GrayESommargret 等轴外差干涉轮廓仪的水平分辨率又仅为 2um[11]。斑干涉测量时要求被测物体的粗糙度要大于照明光波波长。入射到的光束经物体表面反射或透射会在空间形成很多相干子波，这些光生干涉，干涉效果为无规则分布的颗粒状结构，即为散斑图[12]，散斑度分布、形状等都和被测物体的表面形貌密切相关。将获取到的散斑

聚焦显微镜是集激光技术、光学显微镜技术、计算机械技术于一体的大型精密仪器[15]。其工作原理示的光经照明针孔光栏形成点光源，光线由二分镜反测样品，样品表面上被照射的点发射出的荧光经终成像于计算机上。采用滤片消除掉可能散射出来有正确聚焦的光线才能通过检测针孔被检测器检测据其距焦平面的距离大小以平方量级成比例扩散达的载物台上，在扫描过程中，带动被测物体上下的不同层面上，可以获取被测样品不同横断面的样品的三维测量。除了共聚焦方法外，还有差动式聚焦检测、强度检。但聚焦检测法不能检测不透明的表面，也要求有测量物体表面的斜坡开始处、结束处和转换处的尺微观三维形貌测量的方法外，还有用于宏观尺度等。

合肥工业大学硕士学位论文时，用高斯插值算法得到三维显微图像的高度值，并利用高度索引图进行了三建[31]。2016 年，长春理工大学的张玉强应用基于区域分割的小波变换图像融合方，得到了二维全焦图像，通过高斯插值得到每个像素的高度值，并利用全焦高度图重建了物体的表面三维形貌[32]。可见，国内在这方面研究甚少，研究水平大多停留在国外早期水平。而国这方面已经十分成熟，甚至已经商品化，所以进行这方面的研究十分必要。
【参考文献】

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本文编号：2864490