[发明专利]基于相移干涉图像序列解析的微结构三维信息获取方法

摘要

本发明公开了一种可应用于相移干涉系统的基于相移干涉图像解析的微结构三维信息提取方法。其特征在于对相移干涉图像序列进行线性叠加直接提取出无干涉条纹的微结构平面图像，用于平面几何参数的测试，对上述平面图像进行边缘提取和二值化得到被测区域的模板图像，用于相移干涉图像序列的相位展开运算，得到离面高度图像，该方法与频闪成像或高速摄像技术相结合，可得到包含运动信息的平面图像序列和被测区域表面高度图像序列，分别运用图像匹配算法和固定测量点的高度信息比较可实现平面和离面运动参数的提取。本发明的优点在于：在相移干涉系统中实现高精度的平面几何和运动参数测试，并解决不规则测量区域的相位展开和三维耦合运动测量问题。

主权项

1.一种基于相移干涉图像序列解析的微结构三维信息获取方法，采用包括光学显微镜、Mirau干涉物镜、相移控制器、CCD摄像机、图像采集卡、数据处理和控制计算机，微结构运动激励驱动装置、频闪光源或高速摄像机的典型的Mirau显微相移干涉系统硬件，实现提取微机电系统中微结构的三维信息，其特征在于包括以下步骤：(1)调整放置在光学显微镜载物台的被测微结构的垂直位置，使得显微视场被测区域出现干涉条纹，此时相移控制器处于初始位置，利用CCD摄像机采集视场下的干涉图像；(2)设置相移的步数为4的倍数，计算相移的步距＝单色光源光波长/2×相移步数，使得完成设置步数的相移后，干涉图像中每一像素点的灰度值产生一个周期的明暗变化；(3)在每次相移之后，利用CCD摄像机采集光程改变后显微镜视场下的干涉图像；在完成相移之后，包括初始位置，得到相移步数+1幅干涉图像；(4)将最终相移位置的干涉图像单独保存，其他干涉图像组成新的相移干涉图像序列1，对新序列中所有干涉图像或条纹对比度归一化处理后的干涉图像进行线性叠加，消除干涉条纹，得到被测微结构的平面图像；(5)对微结构的平面图像中的边缘进行间距和相对位置分析就能得到平面几何参数；(6)对微结构的平面图像中进行对比度增强和边缘提取，就能得到具有干涉条纹的被测区域的封闭轮廓线，然后进行二值化：封闭区域填充为1，外部区域填充为0，将上述处理后的图像存储成模板图像；(7)按照所采用相移提取算法对相移控制的相应要求，从所有干涉图像中选取对应数量的干涉图像，组成相移干涉图像序列2，按照相移提取算法对所选取的干涉图像进行相移提取计算得到相位图；(8)将相位图与二值化的模板图像中每一像素进行相乘，得到局部加权的相位图，即被测区域的权重为1，其它区域权重为0，并对被测区域运用基于留数判断的路径跟随算法进行相位展开，并计算得到被测区域的表面形貌；(9)对被测微结构进行周期运动激励，频闪光源的工作频率与运动频率相同，在周期运动的不同时刻进行频闪，在相同频闪条件下进行以上步骤的相移干涉图像序列的采集与解析，对应于不同频闪时刻就可得到微结构平面图像序列和被测区域的表面形貌序列，对平面图像序列通过图像匹配就可得到平面运动参数，将被测区域的表面形貌与平面运动位 移进行关联就可得到离面运动参数。