[发明专利]超光滑表面缺陷检测系统及其畸变校正方法

权利要求书

1.一种超光滑表面缺陷检测系统，其特征在于包括二维移导装置(S5)、计算机(S6)、光学显微成像装置(S7)、标准板(S8)和标准板的夹持装置(S9)，光学显微成像装置(S7)包括LED环形照明光源(S2)、变倍显微镜(S3)、CCD探测器(S4)；CCD探测器(S4)、变倍显微镜(S3)、LED环形照明光源(S2)顺次连接组成检测系统的光学显微成像装置(S7)，CCD探测器(S4)通过通信线缆与计算机(S6)相连，光学显微成像装置(S7)安放在二维移导装置(S5)上，二维移导装置(S5)带动光学显微成像装置一起运动；LED环形照明光源(S2)产生奇数束光束经过准直变成平行光，以角度α为27°～33°入射到待检元件(S1)或标准板(S8)表面，其中一束入射光1，照射到表面缺陷，变成散射光3进入显微镜(S3)，在CCD探测器(S4)形成待检表面的暗场子图像，传输并保存到计算机(S6)中，二维移导装置(S5)带动光学显微成像装置(S7)相对于待检元件(S1)，从待检元件(S1)左上边缘开始，进行路线为S形的扫描运动，并以子图像行列坐标位置A₁₁，A₂₁，A₃₁，...，A_M1，A_M2，...，A_MN命名图像矩阵，完成对整个待检元件(S1)的全通光口径图像采集，相邻子图像之间具有1/4～1/6的重叠区域，然后计算机(S6)拼接子图像，得到大尺寸元件全口径的疵病图像。

2.根据权利要求1所述的一种超光滑表面缺陷检测系统，其特征在于所述的标准板(S8)采用电子束曝光、反应离子束刻蚀的方法在石英玻璃板上制作图案，标准板分为若干区域，每个区域分别刻有相同的网格阵列，标准板(S8)从侧面插入标准板的夹持装置(S9)，通过螺钉固紧；标准板的夹持装置(S9)设有通光孔，刻蚀的网格线与表面缺陷等效，网格线诱发入射光散射后进入显微镜(S3)，形成标准板的暗场图像。

3.一种使用权利要求1所述系统的畸变校正方法，其特征在于包括如下步骤：

1)将标准板(S8)和标准板的夹持装置(S9)放置在系统显微镜(S3)的工作距离处，调整标准板所在平面与显微镜物面重合，显微镜高倍下，使用网格较密的区域；低倍下，使用网格较稀疏的区域，使获得的标准板畸变图像有足够多的网格交点，标准板(S8)经过显微镜(S3)在CCD探测器(S4)形成暗场畸变图像，通过标准板(S8)尺寸大小、显微镜(S3)的放大倍率以及CCD(S4)像素大小之间的关系重构标准板不存在畸变时的理想网格图像；

2)在标准板理想网格图像上选取m个网格交点，m个网格交点应等间距分布在经过图像中心的一半对角线上，同时选取m个网格交点在标准板畸变图像 上的m个对应点，获得以图像左上角为原点的像素直角坐标值，将坐标值转换为以图像中心为原点的极坐标值；

3)建立一个基于极坐标变换的畸变退化多项式模型，

θ′＝T_θ(θ)＝θ

式(1)的物理意义在于标准板理想图像上一点的极坐标(ρ，θ)经过畸变退化变换T_ρ，T_θ，变成标准板畸变图像上的对应点(ρ′，θ′)，n为畸变退化多项式中ρ的最高次项的次数，将式(1)中各次项系数写成向量形式 

在标准板的理想图像上取的m个像素，m＞n，将m个像素的极坐标第一项ρ_j，j＝1，2，...，m，及其各次项写成矩阵形式，矩阵A，

将理想图像上取的m个点极坐标第一项ρ′_j，j＝1，2，...，m，写成向量形式 

则，畸变退化多项式(1)中各次项系数 为：

4)对系统检测时的每一幅子图像，将子图像不存在畸变时的理想子图像上每个像素P的以图像左上角为原点的直角坐标值(x，y)转换为以图像中心为原点的极坐标值(ρ，θ)，代入式(1)，获得其对应的畸变子图像像素坐标值(ρ′，θ′)，再将此极坐标值转换为以图像左上角为原点的直角坐标值(u，v)，若u，v为整数，则选取畸变子图像上对应像素P′(u，v)的灰度值作为理想子图像像素P的灰度值G(P)；若u，v为非整数，则P为亚像素，采用畸变子图像上与(u，v)最为邻近的四个像素A(i，j)，B(i+1，j)，C(i，j+1)，D(i+1，j+1)，用四个像素的灰度值进行 双线性插值后的灰度值作为理想子图像上像素P′的灰度值G(P′)；

设α＝u-i，β＝v-j

E为线段 上一点，F为线段 上一点，E，F也为亚像素， 平行于 和 首先用第一次线性插值计算出E，F两处的灰度值G(E)和G(F)

G(E)＝β[G(C)-G(A)]+G(A)          (3)

G(F)＝β[G(D)-G(B)]+G(B)

式(3)中G(A)，G(B)，G(C)，G(D)分别代表A，B，C，D四个像素的灰度值，同理，再用第二次线性插值计算出畸变子图像上像素P′的灰度值G(P′)，即理想子图像上对应像素P灰度值G(P)；

G(P)＝G(P′)＝α[G(F)-G(E)]+G(E)  (4) 。