[发明专利]一种基于四向虚光栅的二维干涉图相位提取方法

说明书

技术领域

本发明属于数字图像处理技术领域，具体涉及一种基于四向虚光栅的二维干涉图相位提取方法。

背景技术

波面剪切干涉技术，又名波面错位技术，是测量波像差的一种很有潜力的干涉检测技术，它是通过某种错位元件将一个空间相干的波面分裂为两个完全相同或相似的波面，两者彼此间产生一个小的空间位移。因为波面上各点是相干的，在两个波面的重叠区形成一组干涉条纹。通过分析和处理该错位形成的干涉图形，可以获得原始波面的信息。

正交位相光栅横向剪切干涉仪(Cross phase grating lateral shearing interferometer,CPGLSI)是测量超大数值孔径ArF光刻投影物镜波像差的一种很有潜力的波面剪切干涉测量技术，其工作原理如附图2所示。CPGLSI能够有效地抑制相邻衍射级次杂散光对测量结果的影响，只取一级光进行相互干涉。相比其他剪切干涉，CPGLSI能够同时实现x和y两个方向上的剪切，测量动态范围大，精度较高。由于此系统具有特殊设计的正交位相光栅结构，能够将来自扩展光源上任意一个点光源发出的光波衍射成(+1,+1)、(+1,-1)、(-1,-1)、(-1,+1)四束衍射光，如附图3所示，然后此四束衍射光在重叠区内发生干涉，如附图4所示。

CPGLSI的检测精度，不仅取决于整个系统的优化设计和误差的高精度标定，也取决于精度高、速度快、抗噪性强的干涉图处理技术，相位提取和波前重构技术都是处理干涉图过程中最为关键的步骤。目前国内外学者已研究出四向波前重构技术处理二维干涉图，但相应的相位提取算法大多都以傅里叶变换法为主，即分别提取四个方向的正一级频谱，而傅里叶变换法的边缘误差较大，且对噪声比较敏感。

虚光栅移相莫尔条纹法具有较好的综合性能，它不仅具有较高的测量精度，而且也具有良好的抗噪性，只需要一幅干涉图，实现起来也很方便。但是对于四向波前重构技术，国内外学者并没有对虚光栅移相莫尔条纹法作相应的研究。已有大量的文献表明，四向波前重构技术其精度要高于二向波前重构技术，故有必要结合虚光栅移相莫尔条纹法研究出相应的四向相位提取算法。

发明内容

本发明的目的是为了实现四向波前重构，提出一种基于四向虚光栅的二维干涉图相位提取方法，该方法能够处理所采集到的二维干涉图并得到四个方向的相位，不仅具有较高的提取精度，而且具有较强的抗噪性。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

一种基于四向虚光栅的二维干涉图相位提取方法，具体步骤为：

步骤101、设定两个参考频率，基于所述参考频率生成四种含一定相移量的多幅参考干涉图，将所述参考干涉图称为虚光栅；

步骤102、将待处理干涉图与每一虚光栅相乘，得到多幅莫尔条纹图；

步骤103、针对每一莫尔条纹图提取其低频部分，获得低频莫尔条纹强度图，对低频莫尔条纹强度图进行移相计算，获取待处理干涉图的相位。

进一步地，本发明将所述两个参考频率设定为与待处理干涉图x,y方向载频f_x、f_y相近的频率。

进一步地，本发明设定的两个参考频率分别为f_rx和f_ry，且f_rx与待处理干涉图x方向载频f_x相近，f_ry与待处理干涉图y方向载频f_y相近。

进一步地，本发明步骤101中生成的参考干涉图为16幅，分别为

其中，

进一步地，本发明获得低频莫尔条纹强度图的具体过程为：

首先，对每一莫尔条纹图进行傅里叶变换，得到莫尔条纹图的频谱；

其次，采用低通滤波器滤出每一频谱中的低频部分，再对低频部分进行逆傅里叶变换，得到多种低频莫尔条纹强度图；

进一步地，本发明对每一种低频莫尔条纹强度图的移相计算为采用四步移相算法实现。

有益效果

首先，本发明弥补了现有傅里叶变换相位提取算法边缘提取误差较大的不足，在现有的四向波前重构技术的基础上，根据二维干涉图光强表达式，通过构造四种含一定相移量的虚光栅，并利用虚光栅计算待处理干涉图的相位，故此算法不仅能应用于处理二维干涉图并且在边缘能够获得较高的提取精度。