（光学工程专业论文）微表面形貌检测仪的系统建模和功能扩展研究.pdf

摘要 本文对微表面形貌检测仪进行了系统建模和功能扩展的探究。对系统的整体 结构、光学系统和软件部分功能作了详尽的介绍。理论上对光学系统进行了光能 计算，选择l i g h t t o o l s 软件对光学系统完成了建模，通过软件与理论推导出的照 度情况进行了对比。为测量非球面被测物，实现了双波长测量法功能，分析了该 算法及其误差补偿算法的原理。为增加测量深度及粗糙度可测范围，实现了白光 干涉法，分析其原理。为增加白光零级条纹的可见度，引入组合光源法。对光纤 连接器及粗糙度样板进行了探测试验，给出不同光源组合的实验对比。分析了算 法误差来源及改进方法。 论文完成的主要工作 1 阐述了微表面形貌检测仪的整体结构和光学系统。设计并制作了l e d 的 驱动电路板，为后续组合光源实验创造了条件。给出了为提供更准确的前置电压 和前置电流而调节电路板的过程。介绍了微表面形貌检测仪软件部分的功能、结 构组成及可测参数。 2 为在今后的工作中进一步改善系统照明，对光学系统建立了软件模型。 首先从理论上对光学系统光能损失进行了估计、对系统光能进行计算。然后用 l i g h t t o o l s 对整个光学系统进行了仿真模拟并进行了光路追迹。最后分析了c c d 光敏面上的照度情况，与理论推导结果进行了对比。 3 为了使微表面形貌检测仪能够测量曲率较大的非球面被测物，在系统中 引入了双波长测量法，分析了其原理及误差放大原因，给出消除误差的算法原理。 为了增加微表面形貌检测仪的测量深度，引入了白光相关峰探测五步法和三步 法，分析了其原理。用v i s u a lc + + 实现了以上算法。为了增加白光干涉中零级条 纹的可见度，引入了组合光源法，给出理论上的最佳波长组合。 4 用双波长测量法测量光纤连接器端面。分别采用不同波长组合进行实验。 通过单波长实验对双波长测量法进行了对比，给出基于本系统的误差来源及改善 方法。采用白光干涉法测量粗糙度为0 8 朋的粗糙度样板。用白光l e d 照明做 了白光相关峰探测五步和三步法实验，选择三步法进行后续形貌提取。用组合光 源照明进行功能实验。对比实验验证了组合光源照明探测效果好于自光l e d 照 明效果。给出了测量粗糙度样板的测量精度。 关键词：微表面检测，双波长，组合光源，自光干涉 a b s t r a c t t h i st h e s i sd e v e l o p st h ef u n d a m e n t a lm o d e l i n ga n df u n c t i o n a le x t e n do ft h e n a n o m e t e rp h a s e s h i f t i n gi n t e r f e r o m e t e rf o rm i c r o s u r f a c ep r o f i l em e a s u r e m e n t f u l l y i n t r o d u c e dt h ew h o l es t r u c t u r e ，o p t i c a ls y s t e ma n ds o f t w a r e t h e o r e t i c a l l yg a v et h e l u m i n o u se n e r g ya n a l y s i s b u i l tt h em o d e lo fo p t i c a ls y s t e mu s i n gl i g h t t o o l s ，p u s h o u tt h el u m i n o u ss i m u l a t i o na n d c o m p a r e dt h er e s u l tw i t ht h et h e o r e t i c a la n a l y s i s i n o r d e rt oe x t e n dt h em e a s u r e m e n tr a n g e ，t h et w o w a v e l e n g t hm e a s u r e m e n t ( t w m ) w a s i n t r o d u c e d ，g a v et h ea n a l y s i so fi ta n di t se r r o rc o m p e n s a t i o nm e t h o d t h ew h i t e 1 i g h t i n t e r f e r o m e t r yw a si n t r o d u c e d s y n t h e t i cs o u r c e sm e a s u r e m e n tw a sr e a l i z e d t h e s o f t w a r ef o rt h em e a s u r e m e n t sw a sd e v e l o p e d t h m u g he x p e r i m e n t so nr o u g h n e s s s a m p l e sa n df i b e rc o n n e c t o r , t h ec o m p a r i s o no fd i f f e r e n ts o u r c es y n t h e s i sw a sg i v e n ， t h em e a s u r e m e n tp r e c i s i o nf o rt h e s em e t h o d sw e r ec a l i b r a t e d m a j o rw o r ko ft h i sd i s s e r t a t i o n ： t h ew h o l es t r u c t u r ea n dl u m i n a t i o ns y s t e mw a si n t r o d u c e d t h en e w l yd e s i g n e d d r i v ec i r c u i tw a sm a d ef o rf u r t h e rs y n t h e t i cs o u r c e sm e a s u r e m e n t t h ep r o c e s so f c i r c u i t a d j u s t m e n tw a sg i v e n t h ef u n c t i o n ，s t r u c t u r eo ft h es o f t w a r ea n d p a r a m e t e r sc a nb em e a s u r e dw a si l l u s t r a t e d i no r d e rt oi m p r o v et h ei l l u m i n a t i o nc o n d i t i o n ，t h eo p t i c a ls y s t e mw a sb u i l tu s i n g l i g h t t o o l s t h e o r e t i c a l l yg a v et h el u m i n o u se n e r g ya n a l y s i s c o m p a r i s o na n d a n a l y s i sw a sm a d eb e t w e e nt h et w or e s u l t s t w mw a sr e a l i z e df o rt h ei n t e r f e r o m e t e rt om e a s u r ea s p h e f i co p t i c a le l e m e n ti n t h ef u t u r e t h er e a s o na n de l i m i n a t i o na l g o r i t h mo fi t se r r o rw a sa n a l y z e da n d r e a l i z e d i no r d e rt oe x t e n dt h ed e p t ho fm e a s u r e m e n t ，t h ew h i t e - l i g h tf i v e s t e p a n dt h r e e - s t e pm e t h o dw a sr e a l i z e d s y n t h e t i cs o u r c e sm e a s u r e m e n tw a su s e df o r a c c u r a t ed e t e c t i o no fz e r o - o r d e rf r i n g e f i b e r - e n dw a sm e a s u r e db yt w m e x p e r i m e n t sw e r et a k e nb yd i f f e r e n tl i g h t s o u r c e ss y n t h e s i s ，a n dt h er e s u l t sw e r ec o m p a r e dw i t ht h a tt a k e nb ys i n g l es o u r c e m e t h o d i t se r r o r s o u r c ea n dt h ec o m p e n s a t i o nm e t h o dw e r ep r o p o s e d r o u g h n e s s s a m p l ep l a t ew i t hr a = 0 8w a sd e t e c t e db ys y n t h e t i cs o u r c e sm e a s u r e m e n t a f t e r l 2 王 乱 t h ee x p e r i m e n tw i t hw h i t e l i g h tl e du s i n gf i v ea n dt h r e e - s t e pm e t h o d ，t h e t h r e e - s t e pm e t h o dw a sd e c i d e dt ob eu s e di nf u t u r em e a s u r e m e n t t h ec o n c l u s i o n w a sm a d ea f t e rac o m p a r i s o ne x p e r i m e n t s ：t h er e s u l tt a k e nb ys y n t h e t i cs o u r c e s m e a s u r e m e n ti sb e t t e rt h a nw h i t e - l i g h tm e t h o d k e yw o r d s ：m i c r o s u r f a c e m e a s u r e m e n t ，t w o w a v e l e n g t hm e a s u r e m e n t ， s y n t h e t i cs o u r c e sm e a s u r e m e n t ，w h i t e - l i g h ti n t e r f e r o m e t r y 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的 研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表 或撰写过的研究成果，也不包含为获得丞鲞盘堂或其他教育机构的学位或证 书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中 作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名翻蠲 签字日期如孑年r 月啪 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解盘鲞盘堂有关保留、使用学位论文的规定。 特授权盘盗盘堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检 索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位论文作者签名：刹蜗 聊签名： 签字日期：加孑年r 月z1 日 签字日期： 特锚 瑚年月、日 第一章绪论 第一章绪论 随着微细加工技术的不断进步和微电路、微光学元件、微机械以及其它各种 微表面的不断出现，迫切需要微表面三维形貌测量的相关技术1 1 l 。表面形貌主要是 由机械加工、化学加工、喷镀涂层等工艺过程形成的，主要体现表面的外在特征； 同时它与表面的内在特性，如硬度、残余应力、接触刚度、化学成分以及它的微 观物理机械特性等也密切相判2 | 。由于微表面结构是由微观结构单元组成的三维 复杂结构，其测量一般都需要借助直接的或间接的显微放大【3 1 ，要求有较高的横 向分辨率和纵向分辨率。同时与平滑表面的测量不同，微表面形貌的测量不仅要 测量表面的粗糙度或瑕疵，还要测量表面的轮廓、形状偏差和位置偏差。因此微 表面形貌的测量相对而言是比较困难的，这也对我们形貌检测的手段和方法提出 了更高的要求。 本章概述了微表面形貌的检测方法，研究了干涉中光学相位的测量方法，分 析了国内外光学形貌仪发展的现状，分析了实现微表面形貌检测仪在测量深度及 非球面检测方面功能扩展的方法，介绍了当下进行光学系统模拟的主流软件，最 后提出了本文的研究目标和主要内容。 1 1 微表面形貌检测的测量方法 表面形貌检测技术的研究由早期的定性测量发展到定量测量，直至发展到与 现代科学技术相结合的高精度定量测量。尤其是近年来，基于各种原理的非接触 表面形貌测量方法的不断出现，在测量精度及测量速度上均有了较大的提高。测 量微表面形貌的方法可分为光学方法和非光学方法。 微表面三维形貌测量的非光学测量方法都有一定缺陷。如扫描电子显微镜适 合定性测量，但要求在真空环境下操作，而且被测面要导电，操作复杂，测量费 时。扫描隧道显微镜和原子力显微镜具有极高的分辨率，控制移动测量精度高， 但是这两者的测量范围，无论是横向还是纵向，都非常狭窄，且涉及技术难题多， 操作环境要求高。对于物体表面轮廓测量走向实用化而言，这两种测量方法还得 不到推广应用。 微表面三维形貌的光学测量方法是以光学成像的方式测量物体表面形貌l5 1 ， 且大多为从物体表面轮廓信息载体中提取物面轮廓资料，该信息载体可以是散斑 第一章绪论 图，相片，全息干板，波面，条纹图等1 6 j 。形貌检测的传统光学方法一般分为几 何法和干涉法两大类。其中几何法包括三角法1 4 1 ，条纹投影法，共焦法【7 ，8 】等，这 些方法通常有较大的测量范围，但它们的距离和深度分辨率不高。 光学干涉法测量微表面形貌可以分为共光路干涉和分光路干涉。共光路指产 生干涉的参考光和测量光走过同样的光程，都从被测面上返回，因此抗干扰较好。 主要有n o m a r s k i 微分干涉显微镜【4 7 j 和双焦干涉显微镜【8 j 。 1 2 干涉计量中的相位测量方法 光学干涉法是测量物体表面三维形貌的重要且常用的手段。由于通常记录的 是干涉场的光强，而和表面形貌直接相关的是条纹中隐含的光学相位，所以从干 涉光强中提取出相位信息，即相位测量是形貌测量中的重要问题。其实相位测量 方法也就是干涉条纹处理方、法【9 , 1 0 。 最早的干涉条纹处理方法是条纹中心法，主要是探测条纹最强和最弱的位置， 它的测量精度在k 2 0 以内。随着数字阵列探测器的出现和计算机技术的发展使得 相位测量技术得到了很大的发展。相位测量方法是2 0 世纪8 0 年代得到发展和应 用的提高条纹测量精度的技术。目前己有若干种有效的位相测量方法，其中几种 主要方法的大致分类如图1 1 所示。 图1 1 几种主要的相位测量方法 空间位相测量方法在空间上获取更多信息以提取位相，可实现对动态过程的 位相测量。它可通过光路中的分光系统实现，即空间相移方法，光路相对较复杂， 而精度较低。通过载波方法也可实现空间位相测量，它包括频域处理和空域处理 两种方法。频域处理方法精度与时间相移法相当，但它是一种全局的处理方法， 第章绪论 处理过程复杂，有时需人工干预，较难实现条纹处理的自动化。 时间位相测量方法是指对被测物体的每一状态，需一定时间间隔采集足够信 息以获取位相。这对动态过程的位相测量有所限制。时间位相测量方法包括外差 法和时间相移法。外差法精度最高( 约1 1 0 0 0 波长) ，但测量过程复杂。时间相移 法也有很高的精度( 约l l0 1 10 0 波长) 。 引入相移的方法有压电陶瓷法( p i e z o e l e c t r i ct r a n s d u c e r , p z t ) 1 1 - 1 3 1 ，偏振相 移法【1 4 】，双折射晶体【1 5 】，倾斜玻璃法，光栅相移法，拉伸光纤法，液晶相移法， 改变半导体激光器波长1 16 】和空气相移法等。其中最常用的是压电陶瓷法，使用简 单，已商品化。偏振相移法在物光波和参考光波共光路的系统中使用最多，相移 方法对应的设备称为相移器，为了得到高的相位测量精度，需对相移器做标定。 由于相移步数和相移量可以自由选择，因此相移算法理论上有无穷多种，常 用的定步长的相移算法中的相移步长一般为9 0 0 ，常用的等步长相移算法的步长 虽然可以任意选择，但是为了提高相位计算精度，相移步长也一般选在9 0 0 左右。 现在已经出现许多相移算法的设计方法，可主动设计出一些具有事先需要的 良好性能的算法，如同步探测法，最小探测法，极大似然估计方法，相位平均法 1 7 - 1 9 ，f o u r i e r 分析法，待定系数法，特征根法和递归法等。对算法设计方法的 讨论是希望设计出能有效抑制各种误差源的算法1 2 0 - 2 2 】，如相移器误差，光强的高 次谐波，随机噪声，环境振动和光源波动等 2 3 - 2 8 】。 1 3 国内外形貌检测仪的发展现状 国外z y g o 公司生产的精密，高速，非接触3 d 表面轮廓仪n e w v i e w6 2 0 0 如图1 2 所示，它建立在白光扫描干涉基础上。干涉仪中的光束分为两束，一束 直接到内部的参考面，另一束到达被测面，反射后这两束光再次在干涉仪里相遇 发生干涉。精密的垂直扫描传感器直接和干涉显微物镜相连。干涉条纹直接用摄 像机获得，并且送入到计算机中进行频率域分析，因此可以直接得到被测物的三 维图像。 表1 1 是n e w v i e w6 2 0 0 的性能参数，列出了它的纵向扫描范围，纵向扫描 速度，横向分辨率和横向分辨率范围，视场范围，台阶测量精度和重复精度。图 1 2 至图l - 4 是n e w v i e w6 2 0 0 系统图。 图1 - 2 n e w v i e w6 2 0 0 的结构图图1 3 n e w v i e w6 2 0 0 的测量系统 另一个作轮廓仪比较好的公司就是v e e c o 公司，它有d e k t a k 系列的探针式 轮廓仪和n t 系列的光学轮廓仪。 w y k on t 8 0 0 0 是目前功能最强大的光学轮廓仪，可快速测量台阶高度、粗糙 度和表面形貌。n t 8 0 0 0 可对0 1 n m 到8 r a m 的尺寸进行非接触式三维测量，具 有亚纳米级分辨率。它有一个独特的内部参考信号对整个扫描范围进行自校准精 度，纵向有着1 0 0 i a m s e c 的扫描速度。图i 一5 是n t 8 0 0 0 的结构图。 图1 - 4n e w v i e w6 2 0 0 的软件界面 表i - 1n e w v i e w6 2 0 0 的性能 l 纵向扫描范围l5 r a m f 纵向扫描速度 4 ，就会导致图像的对比度下降，从而使得干涉 第二章微表面形貌检测仪的结构 条纹模糊，所以需要平衡光强。根据被测表面的发射率的不同，可选择不同分束 比的分束板，以实现两路相干光的光强的最佳匹配。 有两种解决措施：采用不同反射率的参考面和采用不同分束比的分束板。本 文系统采用的是第二种方法，设计了三种不同的干涉物镜，分别采用分束比为 5 0 5 0 ，6 0 4 0 和7 0 3 0 的分束板。对于不同反射率的被测面用不同分束比的分束 板【4 0 1 。 2 2 2 4 l e d 光源 令光源的选择 根据计算，本系统中当光源提供给照明系统的光通量大于0 1 2 6 1 m 时，可使 c c d 光敏面的照度比c c d 的最小照度高一个数量级，避免干涉信号被噪声淹没。 因此，l e d 照明的光能量要大于干涉系统的能量要求。l e d 的功率为电流和电 压的乘积。普通的l e d 的驱动电流只要2 0 m a ，功率为m w 量级，这样的功率 太小，不能满足仪器照明的需要。因此，要选择大功率的l e d 以满足照明的要 求。 本仪器中照明的l e d 选择美国流明公司生产的l u x e o n s t a r 型大功率 l e d 。不同l e d 具有不同的驱动电流、前置电压和功率。用到l e d 的各种参数 如表2 2 所示。l e d 实物图及各种色光l e d 光谱如图2 - 6 所示。 表2 - 2l e d 参数 颜色型号光通量典型值l m波长范围n m前置电压v 额定电流m a r e dl d 3 c1 4 0 6 2 0 5 6 2 7 6 4 5 2 3 1 2 9 5 3 5 1 1 4 0 0 r e d - o r a n g e n h 9 45 56 1 2 5 6 17 6 2 0 52 3 1 2 9 5 3 5 l 3 5 0 a m b e rl l 3 c1 105 8 4 5 5 9 0 5 9 72 3 1 2 9 5 3 5 1 1 4 0 0 g r e e nl m 5 c1 6 05 2 0 5 3 0 5 5 0 5 4 3 6 8 4 8 31 7 0 0 l m 3 c6 45 2 0 5 3 0 5 5 03 0 3 3 7 0 4 4 7 7 0 0 n m 9 85 35 2 0 5 3 0 5 5 02 7 9 3 4 2 3 9 9 3 5 0 b l u el b 5 c4 84 6 0 4 7 0 4 9 05 4 3 6 8 4 8 31 7 0 0 r o y a lb l u e n r r 8 2 2 04 4 0 4 5 5 4 6 0 2 7 9 3 4 2 3 9 9 3 5 0 w h i t el w 6 c12 0|5 4 3 6 8 4 8 31 7 0 0 l w 3 c6 5| 13 0 3 3 7 0 4 4 7 7 0 0 1 4 第二章微表面形貌检测仪的结构 黪匿 圈2 - 6 ( 曲l e d 及准直透镜实物图 4 0 0 4 5 。5 0 。5 6 0 06 f i 07 n _ g m ( m i 图2 - 6 ( b ) 各单色l e d 光源光谱图 月 f j uk ”“赢，。“”“ 图2 - 6 ( c ) 白光l e d 光源光谱图 夺l e d 驱动电路 l e d 采用的是电流驱动，其驱动电流直接和其前置电压有关。以3 5 0 m a 、 34 2 v 的绿光n m 9 8 型l e d 为例，其驱动电流和前置电压的关系曲线如图2 7 所示。当驱动电流发生变化时，会引起l e d 的前置电压发生变化，而电压的变 化会引起l e d 发射波长的变化，所以为了保证l e d 的波长的稳定性和一致性， 电流驱动最好为恒流源驱动，工作在额定电流处，但是要小于最大电流。 g一5ib_丹o 第二章微表面形貌检测仪的结构 f j j f f ， ， 图2 7n m 9 8 的驱动电流与前置电压的关系 系统采用电压电流可调节的直流稳定电源，如图2 - 8 所示，可按参数为不同 l e d 提供稳定供电。但若要在干涉仪中采用组合光源照明，便涉及为不同l e d 供应不同前置电流的问题。放需要设计出光源的驱动电路板，实现对两个l e d 同时供应所需电压电流。 | 墨| 2 - 8 直流稳定电源 恒流源驱动不易实现，但可采用恒压源通过确定阻值的电阻的方式提供给 l e d 恒定的电流的方式进行照明。恒压源通过l m 3 i7 实现，其典型电路如2 - 9 图所示。其输出电压公式为： r r 、 k w “2 5 卜言j + l 4 足( 2 - 1 ) 由于，。很小，1 0 4 r ，项可忽略不计，设计r i - 2 4 0 ，则输出电压值由r ! 的 阻值决定。r ，选取最大阻值为2 k 0 的滑动变阻器，可得理论上最高可提供i l6 7 v 的输出电压。 m啪瞄射珊啪雠咖i瑚伽o te=llo“ 第二章微表面形貌检测仪的结构 v l 图2 - 9l m 3 1 7 典型电路 据此参考电路，设计了适合本系统的恒流源驱动电路，如图2 一1 0 所示。图 2 1 l 为实物图。增加了d 1 、d 2 两个二极管以防止反向偏置，提高电路安全性。 l m 3 1 7 的输入和输出端分别加了一个l 心的电容完成滤波整流的功能，选取了 10 旷的电容来处理低频纹波。 图2 1 0l e d 驱动电路的原理图 第二章微表面形貌检测仪的结构 图2 1 2 驱动电路板调节示意图 如图2 - 1 2 所示，驱动电路板输出电压匕。，用u 来表示。u 、r 两端电压v 、 电路的电流l 可通过万用表测得，l e d 前置电压u 。衄= u v 。故调节r ：可改变相 应的u 、v 、i 值。以红橙光n h 9 4 和蓝光l b 5 c 的组合为例把l b 5 c 直接接到 电源上，调节电压及电流控制旋钮，使r 。- 6 4 v ，。- 6 6 0 m a 。n h 9 4 串】4 n ，1 w 的电阻r 接在驱动电路板输出端，调节滑动变阻器r ：，效果如表2 - 3 所示。 u ( v )v ( v ) i f m a l u ，舯( v ) 28 4 402 9 6 2 l l25 4 8 30 7 703 7 42 6 727 0 3 第二章微表面形貌检测仪的结构 3 1o 3 8 2 7 l2 7 2 3 2 0 4 33 0 72 7 7 3 2 50 4 33 0 72 8 2 3 2 60 4 4 33 1 62 8 1 7 3 2 70 4 3 73 1 2 12 8 3 3 3 3 10 4 5 33 2 3 62 8 5 7 3 3 90 4 93 5 02 9 3 4 l0 4 9 93 5 72 9 1 当u = 3 3 9 v 时，可得到l e d 上通过电流为3 5 0 m a ，电压为2 9 v 。此时两个 l e d 工作状态均最稳定正常。 2 3 微表面形貌检测仪的软件结构 系统软件的开发采用面向对象的思想。面向对象与以往的面向过程的开发思 想不同，面向对象程序的开发首先根据设计目标规划类，通过各种类的实现即一 个个具体的对象实现目标功能。每种类具有自己的属性和方法，其中属性是该类 的特征参数，方法则是类所能实施的动作。类具有封装性，能把数据和方法有机 的联系在一起，从而形成一个具有类特征的对象。封装好的对象具有明确的功能 和方便的接口，一边其他类引用。通过对基类进行继承派生可以得到具有比基类 更多属性、方法或者说更为适合具体情况的派生类。类的方法具有多态性，同一 方法对不同的激发条件，具有不同响应方式。因此面向对象的程序开发使得软件 系统更为灵活，功能升级更为方便，代码复用性提高。 系统软件部分基于w i n d o w sx p 操作系统。v i s u a lc + + n e t 集成开发工具是 面向对象开发的主流工具，具有a p p w i z a r d 代码产生器，提供r e s o u r c e e d i t o r 作 为程序资源编辑器，提供c l a s s w i z a r d 为各个类指定消息映射，此外m f c 类库 提供了大量的基类。利用v i s u a lc + + n e t 能很快的创建个程序框架，将开发重 心集中在特定类的开发。因此利用v c + + n e t 集成开发工具开发数据采集显示、 运动控制、数据库操作以及人机界面。m a t l a b 是m a t h w o r k s 公司出品的一个应 用于数学计算，算法开发，建模仿真，数值分析的软件环境，包含了信号处理， 小波分析，神经网络，优化网络，非线性控制等多种工具箱。而且m a t l a b 可通 过引擎和a c t i v e x 两种方式与c + + 程序通讯。因此，利用m a t l a b 开发并行解调 系统的数据处理模块，将能大大加快开发进度。本节将主要介绍该软件的干涉图 采集、数据处理以及表面形貌参数测定三个主要功能，如图2 1 3 所示。 1 9 第二章微表面形貌检测仪的结构 图2 1 3 微表面形貌检测仪的软件流程图 2 3 1 干涉图像的采集 2 3 1 1 图像的导入 图像的导入可以由软件自动完成，需要注意的是在进行导入之前，需要将所 有的图像进行预处理，步骤包括： ( 1 ) 根据需要选择导入图像的范围，统一进行切割，如1 2 8 x 1 2 8 像素； ( 2 ) 将默认的2 4 位深度的b m p 图像格式转换为8 位灰度。 进行单色光相位提取时，使用菜单中的“显示原图像”即可；进行组合光源法 提取相位时，使用菜单中“白光相移干涉”下的读入所有图像即可；进行双波长表 面形貌提取时，使用菜单中“双波长测量法”下的读入所有图像即可。 2 3 1 2 图像的拼接 图像拼接的主要相关技术包括下面几个方面：图像采集、几何变换校正、图 像配准、图像合并和接缝消除。 具体来说，图像拼接技术的一般步骤为： 1 借助摄像设备拍摄场景图像序列； 2 将所有的图像帧数字化，以便计算机进行处理； 3 对图像进行几何校正，使相