一种基于误差互补修正的移相干涉测量位相提取方法
【专利摘要】一种基于误差互补修正的移相干涉测量位相提取方法，本发明涉及基于误差互补修正的移相干涉测量位相提取方法。本发明的目的是为了解决(1)现有线性移相误差普遍存在于各类干涉系统中，影响位相信息提取精度；(2)现有线性误差超过5％时，位相提取误差急剧增大；(3)以及现有公式繁琐，运算量大，包含乘方开方运算，易出现虚数位相解和超大误差点的奇异位相解情况的问题。具体是按照以下步骤进行的：步骤一、传统五帧算法表达形式；步骤二、采用与传统五帧算法相同帧序的光强，代入构造的新五帧算法，得到新五帧算法的位相信息，构造的五帧算法形式；步骤三、构造了误差互补五帧算法。本发明应用于光学检测空间物体三维形貌的【技术领域】。
【专利说明】一种基于误差互补修正的移相干涉测量位相提取方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及移相干涉测量中的位相信息提取方法。
【背景技术】
[0002] 随着微纳米加工技术的不断发展，元器件表面形貌精度要求越来越高，对相应的 检测手段也提出了更高的要求。移相干涉测量法以其高精度、高效率、非接触等优点，成为 形貌检测领域较为理想的测量方法。（1)在移相干涉测量中，位相信息通过移相算法处理 各帧干涉图获得，而线性移相误差普遍存在于各类干涉系统中，影响位相信息提取的精度。
[2] 在移相干涉测量中，传统的定步长移相算法虽然运算简单，但除五帧算法外均对线性移 相误差较为敏感，而五帧算法仅对5 %以内的线性误差具有良好的抑制能力，当线性误差超 过5%时，位相提取误差急剧增大。（3)在移相干涉测量中，任意定步长移相算法虽然可以 实现线性误差免疫，但公式繁琐，运算量大，包含乘方开方运算，易出现虚数位相解和超大 误差点的奇异位相解情况。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的是为了解决（1)现有线性移相误差普遍存在于各类干涉系统中，影 响位相信息提取精度；(2)现有线性误差超过5%时，位相提取误差急剧增大；（3)以及现有 公式繁琐，运算量大，包含乘方开方运算，易出现虚数位相解和超大误差点的奇异位相解情 况的问题。而提出了一种基于误差互补修正的移相干涉测量位相提取方法。
[0004] 上述的发明目的是通过以下技术方案实现的：
[0005] -种基于误差互补修正的移相干涉测量位相提取方法，其特征在于：通过传统五 帧算法与构造的五帧算法之间的误差互补，大幅降低线性移相误差对位相信息提取的影 响，具体是按照以下步骤进行的：
[0006] 步骤一、传统五帧算法表达形式为：
【权利要求】
1. 一种基于误差互补修正的移相干涉测量位相提取方法，其特征在于：一种基于误差 互补修正的移相干涉测量位相提取方法具体是按照以下步骤进行的： 步骤一、传统五帧算法表达形式为：
其中，9为待解的位相，11、12、13、14、1 5分别对应移相量取-^1、-^1/2、0、11/2、11时每 一帧序的光强，得到传统五帧算提取到的位相信息； 步骤二、采用与传统五帧算法相同帧序的光强，代入构造的新五帧算法，得到新五帧算 法提取到的位相信息，构造的五帧算法形式为；
步骤三、将传统的五帧算法和新的五帧算法两种算法解出的位相直接做均值运算，进 行误差互补，得到误差修正后的位相。
2. 根据权利要求1所述一种基于误差互补修正的移相干涉测量位相提取方法，其特 征在于：所述步骤二中采用与传统五帧算法相同帧序的光强，即移相量取-Ji、- Ji/2、0、 /2、时，任意步长下构造的五帧算法形式变为公式（2)所述形式，任意步长下构造的五 帧算法形式为：
式中4为待解的位相，Ii、12、13、14、I5分别对应移相步长取0时的每一帧序的光强。
3. 根据权利要求2所述一种基于误差互补修正的移相干涉测量位相提取方法，其特征 在于：公式（3)中所述待解位相P的具体计算过程为： 干涉场中任意等步长下的五帧光强方程组如公式（4)所示：
式中：P为待解的位相，I为干涉场里每一帧序的光强，Ip 12、13、14、I5分别对应移相步 量取-2 eP、〇、e、2 e时每一帧序的光强；a为光强直流分量，B为光强交流分量，e为 移相步长。 将I2与14、I1与I5做差，经三角函数和差化积运算，整理后分别得到公式（5)、（6): I2-I4 = 2B ? sin ( ) ? sin ( 3 ) (5) I1-I5 = 2B ? sin ( ) ? sin (2 3 ) (6) 将公式（6)按二倍角公式展开，得到公式（7): I1-I5 = 4B ? sin ( ) ? sin ( @ ) ? cos ( @ ) (7) 将公式（5)乘以二倍，与公式（7)做差，并整理得到公式（6): 2 ? (I2-I4) _ (I「I5) = 4B ? sin (小）? sin ( 3 ) ? [1-cos ( 3 ) ] (8) 将I2与I4做和，并进行三角函数和差化积得到公式（9): I2+I4 = 2A+2B ? cos ( ) ? cos ( P ) (9) 将I3乘以4倍，与二倍的公式（9)做差，直流分量A被消去，化简整理得到公式（10): 413_2 ? (I2+I4) = 4B ? cos ( ) ? [1-cos ( 3 ) ] (10) 将公式⑶与公式（10)相除，I-COS(P)项及4B被约去，并将Sin(P)移至等号左侧 得到公式（11):
将公式（11)的等号两侧取反正切运算，得到任意等步长下构造的五帧算法，如公式 (3)所述的形式。
4.根据权利要求3所述一种基于误差互补修正的移相干涉测量位相提取方法，其特征 在于：所述步骤三中误差修正后的位相为：
【文档编号】G06F19/00GK104330027SQ201410658169
【公开日】2015年2月4日 申请日期:2014年11月18日 优先权日:2014年11月18日
【发明者】卢丙辉, 甘雨, 刘炳国, 刘国栋, 陈凤东, 庄志涛 申请人:哈尔滨工业大学