[发明专利]一种基于白光干涉轮廓仪的三维图像拼接方法

说明书

本发明公开了一种基于白光干涉轮廓仪的三维图像拼接方法，包括基于白光干涉轮廓仪的高度质量矩阵计算方法和基于高度质量评价的三维图像拼接方法，与现有技术相比，本发明的方法将高度质量矩阵与三维图像拼接技术充分结合，建立了三维图像拼接过程中特征提取、相关匹配和高度融合三个关键环节的优化算法，降低了图像噪声对于三维拼接的影响，对实现大范围复杂微结构器件的总体尺寸、微特征形位关系、整体质量特征的分析与评定具有重要意义。

技术领域

本发明涉及属于图像处理领域，尤其涉及一种基于白光干涉轮廓仪的三维图像拼接方法。

背景技术

白光干涉横向大范围微结构表面测量，受限于光学视场的大小，需要进行连续分布测量位置的三维表面形貌图像拼接，逐次将相邻两幅图像结合在一起得到大范围的三维图像，其关键在于每相邻两幅图像拼接的准确性。

发明内容

本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种基于白光干涉轮廓仪的三维图像拼接方法。

本发明通过以下技术方案来实现上述目的：

本发明一种基于白光干涉轮廓仪的三维图像拼接方法，包含两部分。

第一部分，基于白光干涉轮廓仪的高度质量矩阵计算方法，在白光干涉轮廓仪获取测量区域三维图像的基础上，获得测量区域的高度矩阵，提取每个测量点的干涉信号，计算该测量区域及其子区域的高度质量矩阵。

第二部分，基于高度质量评价的三维图像拼接方法。采用白光干涉轮廓仪测量样件表面轮廓上具有重合部分的两个区域的三维图像，分别定为基准三维图像和待拼接三维图像。在基准三维图像的重合部分，采用特征评价算法，确定某一子区域作为特征区域。在待拼接三维图像的重合部分，选取所有与特征区域尺寸相等的子区域作为匹配区域。对特征区域和匹配区域的高度矩阵进行重建，计算每一个匹配区域与特征区域的相关系数，获得相关系数最大的区域确定为最优匹配区域。移动待拼接三维图像，使得最优匹配区域与基准三维图像特征区域的边界完全重合，确定两幅三维图像拼接后的重叠区域、非重叠区域和拼接后的整体区域大小。对拼接后整体区域内测量点的高度进行基准融合，求取整体区域中各测量点融合后的高度，完成三维图像拼接。

一种基于白光干涉轮廓仪的三维图像拼接方法，包括以下步骤：

第一部分，基于白光干涉轮廓仪的高度质量矩阵计算方法：

白光干涉轮廓仪测量样件表面的一个方形平面区域，可获得该区域的三维图像。在三维图像中测量点坐标为(x,y)，测量点高度为h(x,y)，将坐标(x,y)作为矩阵的行列数，h(x,y)记为矩阵的元素h_xy，则测量区域的三维图像可表达为高度矩阵H。通过白光干涉轮廓仪均可提取每个测量点的干涉信号I(x,y)，分别求取干涉信号的最大值I_max和平均值I_ave。

根据被测样件的反射率，设定判别阈值k，采用公式(1)对三维图像中的测量高度点进行分类，得到与高度矩阵H等大小、用于定量描述测量区域的噪声水平和分布状况的二值矩阵L，称为测量区域的高度质量矩阵，公式(1)称为干涉质量评价模型。

其中，高度质量矩阵L中的元素l(x,y)等于“1”表示该测量点的测量值是噪声，等于“0”表示该测量点的测量值是有效高度值。

对于测量区域中任意子区域均可在三维图像中提取获得该区域范围对应的高度矩阵，并通过上述高度质量矩阵计算方法，计算得到对应的高度质量矩阵。

第二部分，包括了基于高度质量评价的三维图像拼接方法，用于将白光干涉轮廓仪测量不同区域得到的两幅三维图像拼接起来，形成一幅更大区域的三维图像，其特征在于包括以下步骤：