[发明专利]超光滑表面缺陷检测系统及其畸变校正方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种超光滑表面缺陷检测系统及其畸变校正方法。

背景技术

大尺寸精密光学元件表面缺陷的定量检测一直是国际上公认的光学检测难题之一。被检表面是一个宏观量级，而表面上待分辨的缺陷有时需要微观到微米量级。发明人研制的“超光滑表面缺陷检测系统”利用光学显微散射暗场成像、子图像扫描及基于特征匹配的拼接等技术能够实现对精密光学元件表面缺陷的自动化检测和数字化评价。超光滑表面缺陷检测系统可以完成最大尺寸为430mm×430mm的光学元件全口径表面缺陷自动化定量检测，横向分辨率可以达到0.5μm。超光滑表面缺陷检测系统中存在枕形畸变。如果不在子图像进行图像处理之前修正这种畸变，那么相邻子孔径图像进行拼接时，可能会造成位于重叠区域的缺陷(尤其是划痕)出现断裂的情况；枕形畸变的存在也会使对缺陷的特征识别过程的结果(如长度、曲率)出现错误。在保证超光滑表面缺陷检测系统所要求的参数指标的前提下，改变光学设计成本较高而且难于实现。因此，本发明提出的畸变校正方法对于超光滑表面缺陷检测系统工作时子图像快速的拼接和缺陷的准确检测就显得极为关键。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种超光滑表面缺陷检测系统及其畸变校正方法。

超光滑表面缺陷检测系统包括二维移导装置、计算机、光学显微成像装置、标准板和标准板的夹持装置，光学显微成像装置包括LED环形照明光源、变倍显微镜、CCD探测器；CCD探测器、变倍显微镜、LED环形照明光源顺次连接组成检测系统的光学显微成像装置，CCD探测器通过通信线缆与计算机相连，光学显微成像装置安放在二维移导装置上，二维移导装置带动光学显微成像装置一起运动；LED环形照明光源产生奇数束光束经过准直变成平行光，以角度α为27°～33°入射到待检元件或标准板表面，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，在CCD探测器形成待检表面的暗场子图像，传输并保存到计算机中，二维移导装置带动光学显微成像装置相对于待检元件，从待检元件左上边缘开始，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，然后计算机拼接子图像，得到大尺寸元件全口径的疵病图像。

所述的标准板采用电子束曝光、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，标准板从侧面插入标准板的夹持装置，通过螺钉固紧；标准板的夹持装置设有通光孔，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，形成标准板的暗场图像。

畸变校正方法包括如下步骤：

1)将标准板和标准板的夹持装置放置在系统显微镜的工作距离处，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，标准板经过显微镜在CCD探测器形成暗场畸变图像，通过标准板尺寸大小、显微镜的放大倍率以及CCD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，