基于邻域互相关的扫描白光干涉测量重建伪影抑制新方法

《Optics and Lasers in Engineering》：An artifact suppression method in scanning white-light interferometry by adjacent cross-correlation

本文提出了一种新颖的扫描白光干涉测量(SWLI)重建伪影抑制方法。该方法利用相邻像素信号的互相关(Adjacent Cross-correlation, ACC)计算高度差，并结合螺旋积分-微分迭代框架与全变分(Total Variation, TV)正则化进行表面三维形貌重建。其核心优势在于，即使相干峰(Coherence Peak)与相位(Phase)信息不匹配，该方法仍能实现准确、无伪影的重建，有效提升了SWLI在精密表面形貌测量中的适用性。

　　

重点

在扫描白光干涉术(SWLI)中，样本表面某像素点_p1(x, y)处的白光干涉强度I(x, y, z)可表示为[18]：

I(x, y, z) = a(x, y) + g[z ? h(x, y)]cos[4π (z ? h(x, y))/λ₀+ φ(x, y)],

其中(x, y)代表干涉图中像素的坐标，z是沿光轴的参考臂和物臂之间的光程差。a(x, y)代表背景光强，h(x, y)表示表面高度，g(z)代表相干包络，λ₀是

模拟

本节评估了所提出方法的性能。在模拟中，为方便起见，使用了中心波长λ₀= 600 nm、半高全宽(FWHM) Δλ = 200 nm的高斯光谱光源。其光谱分布如图2(a)所示。相应的相干包络由g[z ? h(x, y)] = exp{?[ (z ? h(x, y))/l_c]²}给出，由此可得白光光源的相干长度为l_c= λ₀²/Δλ。此外，随机噪声占总

实验与结果

图4展示了本工作中使用的实验装置。在该装置中，使用中心波长λ = 660 nm、带宽为200 nm的卤素灯作为白光光源。白光在进入Linnik型白光干涉仪之前，由透镜L1、针孔pH和L2进行准直。经样品S和反射镜M反射的物光和参考光重新组合，产生白光干涉图。在PZT驱动样品进行z轴扫描期间，

结论

我们提出了一种结合邻域互相关(ACC)与稳定化螺旋积分框架的扫描白光干涉测量(SWLI)伪影抑制方法。通过确定相邻像素之间的高度差，ACC策略即使在相干峰与相位信息不匹配时依然可靠。使用反对称镜像变换和基于TV正则化的螺旋积分-微分迭代框架进一步抑制了边界