大范圍白光干涉微結(jié)構(gòu)表面測(cè)量關(guān)鍵技術(shù)與系統(tǒng)研究

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1、分類號(hào)學(xué)號(hào)D201177116學(xué)校代碼10487密級(jí)博士學(xué)位論文大范圍白光干涉微結(jié)構(gòu)表面測(cè)量關(guān)鍵技術(shù)與系統(tǒng)研究學(xué)位申請(qǐng)人：雷自力學(xué)科專業(yè)：測(cè)試計(jì)量技術(shù)及儀器指導(dǎo)教師：劉曉軍教授答辯日期：2018年11月30日ADissertationSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofDoctorofPhilosophyinEngineeringResearchontheKeyTechnologiesandMeasuringSystemforLarge-scaleMic

2、rostructureSurfaceTopographywithWhiteLightInterferencePh.DCandidate:LeiZiliMajor:MeasurementTechnologyandInstrumentSupervisor:LiuXiaojunHuazhongUniversityofScienceandTechnologyWuhan,Hubei430074,P.R.ChinaNovember,2018獨(dú)創(chuàng)性聲明本人聲明所呈交的學(xué)位論文是我個(gè)人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研宄工作及取得的研。，宄成果盡我所知，除文

3、中已經(jīng)標(biāo)明引用的內(nèi)容外本論文不包含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫(xiě)過(guò)的研宄成果。對(duì)本文的研宂做出貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。本人完全意識(shí)到本聲明的法律結(jié)果由本人承擔(dān)。學(xué)位論文作者簽名：ｙ曰期年月＆曰．１＞３Ｉｆ學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書(shū)，即本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定：學(xué)校有權(quán)保留并向國(guó)家有關(guān)部門(mén)或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán)華中科技大學(xué)可以將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行檢。索、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本

4、學(xué)位論文，可以采用影印。，在保密□年解密后適用本授權(quán)書(shū)本論文屬于不保密、。Ｐ“（請(qǐng)?jiān)谝陨戏娇騼?nèi)打，指導(dǎo)教師簽名；學(xué)位論文作者簽名：曰期丨月曰曰期：ｈ／月曰如以年Ｉ咖識(shí)扣ｙ華中科技大學(xué)博士學(xué)位論文摘要表面形貌是制造產(chǎn)品和科學(xué)樣件重要質(zhì)量特征，直接影響其功能特性；表面形貌測(cè)量，對(duì)于其功能質(zhì)量分析和優(yōu)化具有重要意義。微觀功能結(jié)構(gòu)性表面，如IC表面、MEMS表面、微鏡陣列表面等，是一種尺度上微觀、結(jié)構(gòu)功能上宏觀的特殊表面，具有表面不連續(xù)、精度高的特點(diǎn)，需要微結(jié)構(gòu)尺寸形位的高精度測(cè)量與分析評(píng)定，要求大范圍、高精度、高

5、效率的結(jié)構(gòu)性表面測(cè)量手段。本文基于白光干涉測(cè)量原理，研究功能結(jié)構(gòu)性表面大范圍、高精度、高效率測(cè)量的關(guān)鍵技術(shù)和系統(tǒng)。論文主要內(nèi)容與工作如下：提出了連續(xù)快速垂直掃描與外觸發(fā)同步圖像采集相結(jié)合的白光干涉表面測(cè)量新模式，實(shí)現(xiàn)了掃描驅(qū)動(dòng)和圖像采集的時(shí)間復(fù)用，解決了傳統(tǒng)步進(jìn)掃描干涉圖像靜態(tài)采集效率低的問(wèn)題，并建立了該測(cè)量模式下白光干涉信號(hào)的動(dòng)態(tài)曝光積分采樣模型,為進(jìn)一步研究高精度微結(jié)構(gòu)表面恢復(fù)算法提供了理論依據(jù)。提出了基于干涉信號(hào)包絡(luò)匹配和相位判別的表面形貌恢復(fù)算法，研究了干涉信號(hào)包絡(luò)相關(guān)性與相對(duì)高度差之間的關(guān)系，給出了包絡(luò)最優(yōu)相關(guān)位置下的匹配相位

6、同周期判定條件，建立了多周期包裹相位均值求解表面高度的方法。該算法從根本改變了以等光程位置作為測(cè)量絕對(duì)基準(zhǔn)的傳統(tǒng)路徑，在動(dòng)態(tài)采集引起干涉信號(hào)對(duì)比度下降的情況下，能有效實(shí)現(xiàn)微結(jié)構(gòu)表面的高精度恢復(fù)。提出了一種基于干涉質(zhì)量評(píng)價(jià)模型的三維圖像拼接方法，以消除圖像噪聲對(duì)三維拼接的不利影響?；谌S形貌恢復(fù)圖像中噪聲產(chǎn)生機(jī)理分析，建立了分類定義三維圖像中的有效高度點(diǎn)和噪聲的干涉質(zhì)量評(píng)價(jià)模型，導(dǎo)出了表征高度有效點(diǎn)分布的高度質(zhì)量矩陣，基于高度質(zhì)量矩陣改進(jìn)了三維拼接過(guò)程中特征提取、相關(guān)匹配和高度融合三個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)的算法，逐次消除噪聲造成的拼接誤差，提高了白

7、光干涉橫向大范圍表面重構(gòu)的準(zhǔn)確性。提出了一種基于最大信息熵的微結(jié)構(gòu)特征提取方法。應(yīng)用干涉質(zhì)量評(píng)價(jià)模型的分類定義屏蔽三維圖像噪聲，并抽取用于表面評(píng)定的普通有效點(diǎn)集合和邊界敏感點(diǎn)集合；I華中科技大學(xué)博士學(xué)位論文依據(jù)待提取微結(jié)構(gòu)特征的梯度和高度屬性，在普通有效點(diǎn)集合的二維屬性空間中劃分各種待提取特征的分布區(qū)域，利用最大信息熵的熵值判定條件，獲取劃分各特征區(qū)域的屬性閾值；對(duì)于特征類間的邊界敏感點(diǎn)，以已提取特征集合的評(píng)定基準(zhǔn)作為理想要素，根據(jù)邊界敏感點(diǎn)與理想要素的距離事件發(fā)生的概率對(duì)其進(jìn)行特征歸類，實(shí)現(xiàn)了大范圍微結(jié)構(gòu)表面特征的高效準(zhǔn)確分析提取。在

8、關(guān)鍵技術(shù)研究成果基礎(chǔ)上，建構(gòu)了大范圍白光干涉微結(jié)構(gòu)表面測(cè)量系統(tǒng)，并測(cè)試驗(yàn)證了所研制儀器的準(zhǔn)確性、快速性和穩(wěn)定性。關(guān)鍵詞：表面微結(jié)構(gòu)；白光干涉；快速測(cè)量；大范圍；圖像拼接；特征提取II華中科技大學(xué)博士學(xué)位論文