基于光场成像原理的微纳结构检测方法研究

基于光场成像原理的微纳结构检测方法研究微纳技术的不断发展,各种微纳器件涌现,广泛应用于工程材料、国防科研、生物技术等领域。微纳技术已经成为衡量国家尖端科学技术水平的指标之一。而检测技术与微纳加工技术相辅相成,是加工精度的重要保障,检测方法不断的向高精度、快速三维检测的方向发展。近年来,随着光场相机的发展,作为计算光学成像领域的一个重要分支,光场成像技术不仅记录了三维物体的空间强度,而且能够捕获物

体辐射光线的传播方向信息。这为解决空间深度信息提取、快速三维重建、高精度测量等问题提供了新途径。光场成像技术高精度、快速三维检测的特点得到越来越多的关注。因此,本文提出基于光场成像原理的微纳结构检测方法,对光场检测原理、光场深度提取方法、微透镜阵列设计加工和检测系统进行了深入的理论和应用研究,旨在搭建一套完备的实验系统,对理论方法进行验证,为光场显微检测领域

提供可靠的参考。具体开展的研究工作和取得的研究结果如下。第一,研究光场成像当前理论成果,结合仿真实验,对检测光学模型和数学

模型进行研究。对光场图像的基本处理方法进行分析,结合实际光场图像和仿真图像进行分析。分别对光场重聚焦、光场极平面图像(Epipolar Plane Image,EPI)抽取、光场图像视角变换以及直接成像进行分析,为后续研究工作奠定基础。第二,深入分析了基于光场重聚焦的聚焦线索深度提取方法和基于EPI图像的视差匹配深度提取方法,提出光场数据分析与散焦相结合的双线索深度提取算法。克服了计算量大、边缘效应、精度不高、有毛刺的缺点。第三,对光刻胶的

曝光阈值特性做了充分的分析,并且对曝光阈值面形控制模型进行了深入的分析,对光刻胶相对浓度对于曝光量跟显影深度之间的关系进行了分析。并且对光刻胶的三个特性参数对于曝光过程中面形的影响进行了模拟分析,并且在小曝光量的情况下,对这种模型进行了简化。最后采用移动掩模法完成微透镜阵列的制备。第四,从系统研究角度出发,充分利用传感器像元,匹配主透镜、微透镜阵列和传感器三者之间参数关系,对微透镜阵列参数进行设计,搭建实验系统。结合实验数据,直观的对光场数据进行可视化、重聚焦、深度提取等操作。实验结果证实了该方法的可行性,实现从理论分析到检测系统的系统研究,为之后的应用打下夯实基础。第五,针对本文涉及的检测系统的核心元件-微透镜阵列的应用进行探索。本文提出基于微透镜阵列的干涉成像方法,并对成像模型进行深入研究,并建立仿真数字模型,对该成像方法进行成像仿真分析。为干涉成像领域注入新鲜血液。针对微纳结构光场检测技术,本文进行了深入的理论研究,对测量光路、数据处理方法、微透镜阵列的设计和加工等相关问题提出了具体的方案和解决方法,为光场显微检测领域提供了可靠的参考。