具有谐波抑制功能的像素重新分配结构化照明显微镜，用于三维测量

《IEEE Photonics Technology Letters》：Pixel Reassigned Structured Illumination Microscopy With Harmonics Suppression for 3D Measurement

基于相位移的结构光显微镜（PS-SIM）通过预设相位差的多帧图像计算调制度并重建三维形貌，但易受数字微镜器件（DMD）和相机引入的相位误差和谐波干扰。为此提出像素重分配结构光显微镜（PR-SIM），通过重分配三帧相位差图像像素生成融合图像，经二维傅里叶变换分离谐波成分，实现高精度三维测量。实验与模拟验证了该方法的有效性。

　　

摘要：

基于相移技术（PS-SIM）的结构光显微镜被提出用于精确的三维（3D）重建。在这种方法中，使用具有预定义相位差的多帧图像来计算调制信息，并进一步确定3D形状。尽管PS-SIM可以达到高测量精度，但该方法对数字微镜装置（DMD）和相机引起的相移误差及谐波非常敏感。在本文中，我们提出了一种名为“像素重分配结构光显微镜”（PR-SIM）的方法，该方法能够抵抗谐波的影响并实现高测量精度。在该方法中，三个相移图像的像素被重新分配以生成一个新的融合图像，然后对生成的图像进行二维傅里叶变换以获得频谱。在频域中，谐波部分被有效分离，从而可以确定精确的调制分布。与传统PS-SIM相比，该方法能够有效抑制谐波的影响并实现准确的测量。通过模拟和实验验证了所提方法的可行性。

引言

微/纳米结构在各种功能器件中至关重要，已广泛应用于半导体、微机电系统（MEMS）和虚拟现实等领域[1]、[2]。这些表面的三维（3D）形状是评估器件性能的基本因素，在制造过程中需要精确的表征。光学方法如白光干涉测量、共聚焦激光显微镜和结构光显微镜（SIM）已广泛用于表面形态测量。其中，SIM因其高精度、高适应性和高效率等优点而受到广泛关注[3]、[4]、[5]。