專利名稱：檢測(cè)復(fù)圖像之間的差別的系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體涉及圖像處理領(lǐng)域，更具體地說(shuō)，涉及用于檢測(cè)復(fù)圖像(complex image)之間的差別的系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
在一個(gè)直接數(shù)字式全息系統(tǒng)中，可以從高度相似物體得到全息圖。對(duì)全息圖的串行處理允許比較物體的實(shí)際圖像波。這些圖像波與傳統(tǒng)的非全息圖像相比明顯含有更多的物體的小的和大的細(xì)節(jié)信息，因?yàn)樵谌D內(nèi)保持了圖像的相位信息，而在傳統(tǒng)的圖像內(nèi)沒(méi)有保持圖像的相位信息。
為了發(fā)現(xiàn)高度相似的物體的細(xì)微差別，重要的是要將全息系統(tǒng)保持在一個(gè)穩(wěn)定的狀態(tài)。然而，在獲取與高度相似的物體關(guān)聯(lián)的全息圖之間的這段時(shí)間，系統(tǒng)內(nèi)可能會(huì)出現(xiàn)一些小的變化。由于物體可能沒(méi)有精確地以相同方式安置在不同的位置，例如物體可能在不同的位置處在不同的焦距，所以也可能出現(xiàn)其他變化。系統(tǒng)特有的變化和與位置相關(guān)的改變可以引起在確定這些物體之間是否存在差別時(shí)出現(xiàn)偽像(artifact)(例如，假的差別或虛擬差別)。如果沒(méi)有出現(xiàn)系統(tǒng)特有的變化和/或與位置相關(guān)的變化，則所測(cè)量的差別會(huì)清楚地反映物體之間的實(shí)際差別。
在諸如半導(dǎo)體晶片的缺陷檢驗(yàn)之類的一些應(yīng)用中，可以用全息系統(tǒng)從被認(rèn)為是相同的物體上的不同位置獲得多個(gè)圖像。雖然處在不同位置的物體可能高度相似，但在每個(gè)位置的像差值，例如焦距可以不同，因此從不同的位置得到的圖像可能看起來(lái)是不同的。在傳統(tǒng)的圖像獲取系統(tǒng)中，可以從物體上一個(gè)位置得到一個(gè)圖像。然后，系統(tǒng)移動(dòng)到物體上另一個(gè)包括一個(gè)具有大致相同特征的圖像的位置。系統(tǒng)在第二位置獲得一個(gè)圖像，再確定第一與第二圖像之間焦距值之差。如果兩個(gè)圖像之間的焦距值不同，系統(tǒng)就將與第二圖像關(guān)聯(lián)的焦距值調(diào)整到與第一圖像關(guān)聯(lián)的焦距值接近匹配，再用經(jīng)調(diào)整的焦距值獲取第二圖像。這個(gè)過(guò)程需要兩倍以上的時(shí)間從第二位置得到圖像，從而增大了與從一個(gè)物體得到多個(gè)圖像相關(guān)的成本。
全息圖像與實(shí)像不同，因?yàn)槿D像含有強(qiáng)度和相位信息，而實(shí)像只含有強(qiáng)度信息。全息成像中附加的相位信息增添了一個(gè)新的復(fù)維，還增添了新的超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)圖像處理工具的可能和能力。例如，波陣面匹配能力對(duì)于強(qiáng)度圖像(例如實(shí)像)沒(méi)有多少價(jià)值，而對(duì)于圖像波(例如復(fù)圖像)卻是重要的，因?yàn)樗鼈兛紤]了強(qiáng)度圖像內(nèi)不存在的圖像波中的相位。
復(fù)圖像與實(shí)像相似，包括高頻部分和低頻部分。
通常，圖像的實(shí)際差別將發(fā)生在圖像的高頻分量?jī)?nèi)。然而，任何與位置相關(guān)的改變或系統(tǒng)特有的改變可以在圖像的高頻分量和低頻分量?jī)?nèi)引起假的差別或虛擬的差別。在一些復(fù)圖像中，兩個(gè)不同圖像的低頻部分可以由于諸如微小的空氣湍流之類的系統(tǒng)特有的細(xì)微變化而不同。低頻差別可以引起圖像之間的假的差別，使得系統(tǒng)不能準(zhǔn)確地確定圖像之間的實(shí)際高頻差別。
在標(biāo)準(zhǔn)圖像處理中，可以對(duì)兩個(gè)圖像應(yīng)用傅里葉濾波器，再用一個(gè)低通濾波器來(lái)得到兩個(gè)圖像的低頻部分。然后，可以用逆傅里葉濾波器將圖像變換回時(shí)域，以便可以比較所述兩個(gè)圖像。然而，由于在圖像波內(nèi)包含附加的相位信息，所以這種解決方案并沒(méi)有除去復(fù)圖像的低頻部分。
發(fā)明概要按照本發(fā)明的教導(dǎo)可以大大減少或消除與圖像之間的差別關(guān)聯(lián)的缺點(diǎn)和問(wèn)題。
在一個(gè)具體實(shí)施例中，用于檢測(cè)復(fù)圖像之間的差別的方法包括通過(guò)用一個(gè)像差函數(shù)修改第一復(fù)圖像來(lái)校正像差值的差別，再將經(jīng)修改的圖像與第二復(fù)圖像相比較，從而使復(fù)圖像之間在高頻范圍的差別降至最小。
按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，用于檢測(cè)圖像之間的差別的方法包括獲取第一復(fù)圖像和第二復(fù)圖像以及將一個(gè)低通濾波器應(yīng)用于第一與第二復(fù)圖像之比以得到一個(gè)低頻比。第二復(fù)圖像通過(guò)低頻比加以修改，以將第二復(fù)圖像的低頻分量用第一復(fù)圖像的低頻分量代替。然后，將經(jīng)修改的復(fù)圖像與第一復(fù)圖像相比較，以確定第二復(fù)圖像是否與第一復(fù)圖像匹配。
按照本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例，用于檢測(cè)圖像之間的差別的系統(tǒng)包括用來(lái)獲取第一復(fù)圖像和第二復(fù)圖像的數(shù)字記錄器和連接到該數(shù)字記錄器的處理資源。處理資源將一個(gè)低通濾波器應(yīng)用于第一與第二復(fù)圖像之比，以得到一個(gè)低頻比。第二復(fù)圖像通過(guò)低頻比加以修改，以將第二復(fù)圖像的低頻分量用第一復(fù)圖像的低頻分量代替。然后，將經(jīng)修改的復(fù)圖像與第一復(fù)圖像相比較，以確定第二復(fù)圖像是否與第一復(fù)圖像匹配。
按照本發(fā)明的又一個(gè)實(shí)施例，用于檢測(cè)復(fù)圖像之間的差別的方法包括獲取具有相似特征的第一復(fù)圖像和第二復(fù)圖像以及從一個(gè)預(yù)期的像差范圍內(nèi)為第一復(fù)圖像選擇多個(gè)像差值。為每個(gè)像差值計(jì)算一個(gè)像差函數(shù)，并用每個(gè)像差函數(shù)迭代修改第一復(fù)圖像。將經(jīng)修改的復(fù)圖像與第二復(fù)圖像相比較，并通過(guò)選擇使經(jīng)修改的復(fù)圖像與第二復(fù)圖像之間的差別最小的像差值來(lái)確定一個(gè)像差校正值。
按照本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例，用于檢測(cè)復(fù)圖像之間的差別的系統(tǒng)包括用來(lái)獲取具有相似特征的第一復(fù)圖像和第二復(fù)圖像的數(shù)字記錄器和連接到該數(shù)字記錄器的處理資源。處理資源從一個(gè)預(yù)期的像差范圍內(nèi)為第一復(fù)圖像選擇多個(gè)像差值，并為每個(gè)像差值計(jì)算一個(gè)像差函數(shù)。用每個(gè)像差函數(shù)迭代修改第一復(fù)圖像，并將經(jīng)修改的復(fù)圖像與第二復(fù)圖像相比較。處理資源通過(guò)選擇使經(jīng)修改的復(fù)圖像與第二復(fù)圖像之間的差別最小的像差值來(lái)確定一個(gè)像差校正值。
按照本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例，用于檢測(cè)復(fù)圖像之間的差別的方法包括獲取具有相似特征的第一復(fù)圖像和第二復(fù)圖像以及確定在第一和第二復(fù)圖像之間是否存在像差值的差別。通過(guò)用一個(gè)像差函數(shù)迭代修改第一復(fù)圖像和在高頻范圍將經(jīng)修改的第一復(fù)圖像與第二復(fù)圖像相比較來(lái)校正像差值的差別。該方法還通過(guò)低頻比修改第二復(fù)圖像以將第二復(fù)圖像的低頻分量用第一復(fù)圖像的低頻分量代替來(lái)確定經(jīng)修改的第一復(fù)圖像是否與第二復(fù)圖像匹配。然后，將經(jīng)修改的第一復(fù)圖像的高頻分量與經(jīng)修改的第二復(fù)圖像的高頻分量相比較，以確定第一復(fù)圖像是否與第二復(fù)圖像匹配。
本發(fā)明的一些實(shí)施例的重要技術(shù)優(yōu)點(diǎn)包括減少?gòu)囊粋€(gè)物體獲取多個(gè)圖像所需要的時(shí)間量的直接數(shù)字式系統(tǒng)。在一些應(yīng)用中，該系統(tǒng)可以用來(lái)從物體上的不同位置獲取圖像。與各個(gè)所獲取的圖像關(guān)聯(lián)的像差值可以是不同的。該系統(tǒng)用與一個(gè)第二圖像關(guān)聯(lián)的像差值來(lái)調(diào)整第一圖像，而不是再獲取一個(gè)具有經(jīng)調(diào)整的像差值的圖像。
本發(fā)明的某些實(shí)施例的另一個(gè)重要技術(shù)優(yōu)點(diǎn)包括從一個(gè)所獲取的圖像中消除偽像的直接數(shù)字式全息系統(tǒng)。在該系統(tǒng)內(nèi)可能在獲取第一圖像與獲取第二圖像的時(shí)間之間出現(xiàn)微小的變化。這些微小的變化通常出現(xiàn)在所獲取的圖像的低頻分量中。該系統(tǒng)將一個(gè)低通濾波器應(yīng)用于兩個(gè)所獲取的圖像之比，再將其中一個(gè)圖像乘以這個(gè)比以從圖像比較中消除低頻分量。
因此，只是比較圖像的高頻分量，這使該系統(tǒng)可以精確地確定在兩個(gè)圖像之間是否存在真實(shí)的差別。
在本發(fā)明的各種實(shí)施例中可能呈現(xiàn)所有這些技術(shù)優(yōu)點(diǎn)、其中一些優(yōu)點(diǎn)或沒(méi)有呈現(xiàn)這些優(yōu)點(diǎn)。對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，從以下附圖、說(shuō)明書(shū)和權(quán)利要求書(shū)中將容易清楚地看到本發(fā)明的其他技術(shù)優(yōu)點(diǎn)。
附圖簡(jiǎn)述通過(guò)參考以下結(jié)合附圖所作的說(shuō)明中可以更全面地了解本發(fā)明及其優(yōu)點(diǎn)，在這些附圖中，同樣的附圖標(biāo)記表示同樣的特征部件，其中

圖1說(shuō)明按照本發(fā)明的教導(dǎo)的直接數(shù)字式全息系統(tǒng)的示意圖；圖2說(shuō)明按照本發(fā)明的教導(dǎo)的另一個(gè)直接數(shù)字式全息系統(tǒng)的示意圖；圖3說(shuō)明通過(guò)一個(gè)直接數(shù)字式全息系統(tǒng)得到的兩個(gè)復(fù)圖像和按照本發(fā)明的教導(dǎo)確定和應(yīng)用一個(gè)像差校正值后得到的圖像；圖4說(shuō)明通過(guò)一個(gè)直接數(shù)字式全息系統(tǒng)在不對(duì)全息系統(tǒng)的變化引起的偽像進(jìn)行補(bǔ)償?shù)那闆r下得到的一個(gè)復(fù)圖像；圖5說(shuō)明圖4的復(fù)圖像在按照本發(fā)明的教導(dǎo)消除了偽像后的情況；以及圖6說(shuō)明按照本發(fā)明的教導(dǎo)用于檢測(cè)復(fù)圖像之間的差別的方法的流程圖。
詳細(xì)說(shuō)明通過(guò)參考圖1至6可以最好地理解本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例及其優(yōu)點(diǎn)，其中同樣的附圖標(biāo)記用來(lái)表示相似的和相應(yīng)的部分。
以下的本發(fā)明總體涉及數(shù)字全息成像系統(tǒng)和應(yīng)用，數(shù)字全息成像系統(tǒng)和應(yīng)用如下列所述標(biāo)題為“Direct-to-Digital Holography andHolovision(直接數(shù)字式全息術(shù)和全息電視)”的美國(guó)專利No.6,078,392、標(biāo)題為“Acquisition and Replay Systems forDirect-to-Digital Holography and Holovision(直接數(shù)字式全息術(shù)和全息電視的采集和重放系統(tǒng))”的美國(guó)專利No.6,525,821、標(biāo)題為“System and Method for Correlated Noise Removal in ComplexImaging Systems(用于消除復(fù)成像系統(tǒng)內(nèi)相關(guān)噪聲的系統(tǒng)和方法)”的美國(guó)專利申請(qǐng)序列No.09/949,266和標(biāo)題為“System and Methodfor Registering Complex Images(用于注冊(cè)復(fù)圖像的系統(tǒng)和方法)”的美國(guó)專利申請(qǐng)序列No.09/949,423，所有這些在這里并入作為參考。
圖1說(shuō)明直接數(shù)字式全息系統(tǒng)10的示意圖。系統(tǒng)10包括激光器12、光束擴(kuò)展器/空間濾波器14、透鏡16、分束器18、目標(biāo)20、聚焦透鏡22和反射鏡24。在所示的實(shí)施例中，激光器12將一個(gè)光束射向擴(kuò)展器/濾波器14，經(jīng)擴(kuò)展/濾波的光通過(guò)透鏡16行進(jìn)到分束器18。分束器18可以是任何一種可以使一部分光束透射和一部分光束反射的光學(xué)元件。在一個(gè)實(shí)施例中，分束器18可以是一個(gè)50/50分束器，其中使一個(gè)光束中大約百分之五十(50％)反射和大約百分之五十(50％)透射。在其他實(shí)施例中，分束器18可以反射和/或透射任何適當(dāng)百分比的光。分束器18可以包括但不局限于立方體分束器和平板分束器。
由分束器反射的經(jīng)擴(kuò)展/濾波的光構(gòu)成向目標(biāo)20行進(jìn)的目標(biāo)光束26。在一個(gè)實(shí)施例中，目標(biāo)20可以是一個(gè)用硅、鍺或任何含有族III和/或族V的元素的化合物制造的電子器件。在另一個(gè)實(shí)施例中，目標(biāo)20可以是一個(gè)包括在襯底上形成的圖案的光掩膜或分劃板。在其他實(shí)施例中，目標(biāo)20可以是任何一個(gè)可以產(chǎn)生復(fù)圖像的物體、組件或元件。從目標(biāo)20反射的光的一部分然后通過(guò)分束器18并向聚焦透鏡22行進(jìn)。聚焦透鏡22可以用來(lái)將目標(biāo)20聚焦到數(shù)字記錄器(未明確示出)的焦平面上。聚焦透鏡22還可以按需要通過(guò)使用不同焦距的透鏡和調(diào)整相應(yīng)的空間幾何結(jié)構(gòu)(例如物距與像距的比)進(jìn)行放大或縮小。經(jīng)聚焦的光然后行進(jìn)到數(shù)字記錄器上。在一個(gè)實(shí)施例中，數(shù)字記錄器可以是一個(gè)高分辨率電荷耦合器件(CCD)攝像機(jī)，它可以記錄和重放從目標(biāo)20獲得的全息圖。數(shù)字記錄器還可以與一個(gè)包括處理資源的計(jì)算機(jī)(未明確示出)接口。在一個(gè)實(shí)施例中，處理資源可以是微處理器、微控制器、數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)或任何配置成處理信息的其他數(shù)字電路中的一個(gè)或組合。
來(lái)自透鏡16的光的通過(guò)分束器18透射的部分構(gòu)成基準(zhǔn)光束28。基準(zhǔn)光束28以一個(gè)小的角度從基準(zhǔn)反射鏡24反射。從基準(zhǔn)反射鏡24反射的基準(zhǔn)光束然后向分束器18行進(jìn)?；鶞?zhǔn)光束的由分束器18反射的反射部分然后向聚焦透鏡22行進(jìn)。來(lái)自聚焦透鏡22的基準(zhǔn)光束然后行進(jìn)到數(shù)字記錄器上。來(lái)自聚焦透鏡22的物光束和基準(zhǔn)光束一起組成形成一個(gè)全息圖的多個(gè)同時(shí)的基準(zhǔn)和物體光波30。
系統(tǒng)10可以采用“邁克耳孫”幾何結(jié)構(gòu)(例如，分束器18、基準(zhǔn)光束反射鏡24和數(shù)字記錄器的幾何關(guān)系與邁克耳孫干涉儀幾何結(jié)構(gòu)相似)。這種幾何結(jié)構(gòu)使基準(zhǔn)光束和物光束在聚焦透鏡22處能以一個(gè)非常小的角度合并。例如，基準(zhǔn)反射鏡24可以傾斜以產(chǎn)生引起用于對(duì)全息圖進(jìn)行傅里葉分析的空間外差或邊帶條紋的小角度。
圖2說(shuō)明直接數(shù)字式全息系統(tǒng)40的另一個(gè)示例實(shí)施例的示意圖。系統(tǒng)40包括激光器12、可變衰減器42、可變分束器44、目標(biāo)臂、基準(zhǔn)臂、光束組合器54和數(shù)字記錄器56。目標(biāo)臂可以包括目標(biāo)光束擴(kuò)展器46、目標(biāo)分束器48、目標(biāo)物鏡50、目標(biāo)20和目標(biāo)筒內(nèi)透鏡52?；鶞?zhǔn)臂可以包括基準(zhǔn)光束擴(kuò)展器58、基準(zhǔn)分束器60、基準(zhǔn)物鏡62、基準(zhǔn)反射鏡24和基準(zhǔn)筒內(nèi)透鏡64。在所示的實(shí)施例中，激光器12將一個(gè)光束射向可變衰減器42，并且經(jīng)衰減的光行進(jìn)到可變分束器44?？勺兎质?4可以是一個(gè)透射光束的一部分和反射光束的另一部分的光學(xué)元件。在所示的實(shí)施例中，可變分束器44將光束分成目標(biāo)光束66和基準(zhǔn)光束68。
還是參考圖2，目標(biāo)光束66被引導(dǎo)通過(guò)目標(biāo)光束擴(kuò)展器46朝向目標(biāo)分束器48，目標(biāo)分束器48將目標(biāo)光束66的一部分朝目標(biāo)物鏡50反射。所反射的目標(biāo)光束于是與目標(biāo)20相互作用，并通過(guò)目標(biāo)物鏡50傳回。目標(biāo)分束器48將從目標(biāo)物鏡50接收到的反射目標(biāo)光束的部分通過(guò)目標(biāo)筒內(nèi)透鏡52透射到光束組合器54。在基準(zhǔn)臂中，來(lái)自可變分束器44的基準(zhǔn)光束68通過(guò)基準(zhǔn)光束擴(kuò)展器58，并被基準(zhǔn)分束器60反射?；鶞?zhǔn)光束68的反射部分通過(guò)基準(zhǔn)物鏡62，并被基準(zhǔn)反射鏡24反射。反射的基準(zhǔn)光束然后通過(guò)基準(zhǔn)物鏡62傳回，并被基準(zhǔn)分束器60透射?；鶞?zhǔn)筒內(nèi)透鏡64將光束引向光束組合器54，光束組合器54將來(lái)自目標(biāo)臂和基準(zhǔn)臂的光合并，并將經(jīng)合并的光束射到數(shù)字記錄器56上。在一個(gè)實(shí)施例中，經(jīng)合并的光束可以是所記錄、發(fā)送和/或變換的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。
系統(tǒng)40可以采用馬赫-曾德幾何結(jié)構(gòu)。將圖2的馬赫-曾德幾何結(jié)構(gòu)(之所以稱為馬赫-曾德是因?yàn)樗c馬赫-曾德干涉儀的幾何結(jié)構(gòu)相似)與(如圖1所示的)邁克耳孫幾何結(jié)構(gòu)相比較可見(jiàn)，聚焦透鏡(例如圖2中的目標(biāo)物鏡50)可以更為靠近目標(biāo)20，因?yàn)橥ㄟ^(guò)透鏡的照射允許目標(biāo)分束器48設(shè)置在目標(biāo)物鏡50后而不是在目標(biāo)物鏡50與目標(biāo)20之間。這允許使用大數(shù)值孔徑、高放大倍數(shù)物鏡來(lái)看小的物體(和記錄小物體的全息圖)。對(duì)于大的物體，如圖1所示的原始的邁克耳孫幾何結(jié)構(gòu)可以是優(yōu)選的，這取決于具體情況。
從圖2還可以看到光束組合器54設(shè)置成靠近數(shù)字記錄器56。光束組合器54可以將基準(zhǔn)光束66和物光束68合并在一起照射到數(shù)字記錄器56上。光束組合器54的角度可以改變，以便使基準(zhǔn)光束和物光束準(zhǔn)確共線，或者通常相互成一個(gè)角度地投射到數(shù)字記錄器56上，以便產(chǎn)生外差載波條紋。這允許載波條紋頻率從零改變到數(shù)字記錄器56的奈奎斯特極限。光束組合器54可以比用邁克耳孫幾何結(jié)構(gòu)的更靠近數(shù)字記錄器56，至少用于放大幾何結(jié)構(gòu)(例如，放大物體全息圖以便數(shù)字式照相機(jī)獲取的幾何結(jié)構(gòu))。這使物光束與基準(zhǔn)光束之間的合并角度可以相對(duì)較大而不會(huì)使基準(zhǔn)光束和物光束的光點(diǎn)不再在數(shù)字記錄器56處重疊。這允許對(duì)載頻條紋進(jìn)行精細(xì)得多的控制。實(shí)際上，可以將兩個(gè)光束之間的角度從零一直改變到外差全息圖的空間載波頻率不超過(guò)數(shù)字記錄器所允許的奈奎斯特頻率的系統(tǒng)約束所允許的最大角度(例如，可以將這個(gè)角度增大，直到空間載波頻率的每個(gè)條紋只有兩個(gè)像素，超過(guò)這個(gè)角度數(shù)字記錄器就不再能正確記錄空間載波頻率)。采用邁克耳孫幾何結(jié)構(gòu)，全息圖的最大空間載波頻率就不是可達(dá)到的，因?yàn)閷?duì)于一些幾何結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)，所需的角度大到足以使基準(zhǔn)光束和物光束不再在數(shù)字記錄器上交疊。
在操作中，系統(tǒng)10和40可以適合實(shí)時(shí)記錄和重放全息圖像或者將它們存儲(chǔ)起來(lái)供以后重放?？梢詫⒁幌盗袛?shù)字存儲(chǔ)的全息圖做成一個(gè)全息電影，或者可以將所述全息圖用電子方式廣播，供遠(yuǎn)地重放以提供全息電視(HoloVision)。由于全息圖存儲(chǔ)了振幅和相位，而相位與波長(zhǎng)和光程長(zhǎng)成正比，因此直接數(shù)字式全息系統(tǒng)10和40也可以用作檢驗(yàn)精密零件、組件等的形狀和尺寸的極其精密的測(cè)量工具。相似地，立即數(shù)字地存儲(chǔ)全息圖的能力提供了一種用于數(shù)字全息干涉測(cè)量法的方法?？梢詫⑼粋€(gè)物體在一些物理改變(應(yīng)力、溫度、微加工等)后的一些全息圖相互相減(直接相位相減)以計(jì)算出改變的物理測(cè)量值，其中相位的改變與波長(zhǎng)成正比。相似地，可以將一個(gè)物體與一個(gè)相似的物體相比較，通過(guò)將相應(yīng)的全息圖相減來(lái)測(cè)量第二個(gè)物體相對(duì)于第一個(gè)物體或主物體的偏差。為了對(duì)兩個(gè)在x-y平面內(nèi)的像素清楚地測(cè)量在z平面內(nèi)大于2π的相位改變，全息圖應(yīng)該以一個(gè)以上的波長(zhǎng)上進(jìn)行記錄。
系統(tǒng)10和40結(jié)合使用諸如攝像機(jī)之類的高分辨率數(shù)字記錄器，以非常小的角度混合全息的物體波和基準(zhǔn)波(例如，以導(dǎo)致每個(gè)條紋至少兩個(gè)像素和對(duì)于每個(gè)需分辨的空間特征至少兩個(gè)條紋的角度混合)，使物體在記錄(攝像機(jī))平面上成像，以及對(duì)空間低頻外差(邊帶)全息圖進(jìn)行傅立葉變換分析，從而能記錄全息圖像(例如，對(duì)每個(gè)像素記錄有相位和振幅的圖像)。此外，可以在一個(gè)或多個(gè)對(duì)物體聚焦用的透鏡的后焦平面內(nèi)使用一個(gè)孔徑光闌來(lái)防止比成像系統(tǒng)可分辨頻率更高的任何頻率的混疊。如果物體的所有空間頻率該成像系統(tǒng)都可分辨，那么就不需要孔徑。
這些全息圖像記錄后，可以作為3D的相位或振幅圖在一個(gè)2維的顯示器上重放，或者用一個(gè)相變晶體和白光或激光重放完整的原來(lái)記錄的波以重放原來(lái)的圖像。重放原來(lái)的圖像是用激光將它寫(xiě)入相變介質(zhì)，再用白光或另一個(gè)激光來(lái)重放它。通過(guò)用三個(gè)不同顏色的激光記錄一個(gè)圖像并合并重放的圖像，有可能產(chǎn)生一個(gè)真彩全息圖。通過(guò)不斷地寫(xiě)入和重放一系列圖像，有可能形成全息電影。由于這些圖像是以數(shù)字方式記錄的，因此還可以用適當(dāng)?shù)臄?shù)字編碼技術(shù)用射頻(RF)波(例如微波)或者通過(guò)光纖或電纜的數(shù)字網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行廣播，并在遠(yuǎn)地重放。這有效地實(shí)現(xiàn)了全息電視和電影或“HoloVision”。
系統(tǒng)10和40也可以用許多替代方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。例如，系統(tǒng)10和40可以采用移相而不是對(duì)于全息圖每個(gè)像素的相位和振幅的外差獲取。在另一個(gè)實(shí)施例中，系統(tǒng)10和40可以用許多不同的方法將強(qiáng)度圖樣寫(xiě)入到一個(gè)光敏晶體上。這些方法包括使用銳聚焦的掃描激光束(而不是使用空間光調(diào)制器)，用SLM但不偏置激光束進(jìn)行寫(xiě)入，也可以使用寫(xiě)入方案的許多可行的幾何變化進(jìn)行寫(xiě)入。在另一個(gè)實(shí)施例中，系統(tǒng)10和40可以用光敏晶體利用光學(xué)效應(yīng)而不是相變來(lái)產(chǎn)生重放全息圖的衍射光柵。在又一個(gè)實(shí)施例中，系統(tǒng)10和40可以用一個(gè)像素極精細(xì)的SLM來(lái)產(chǎn)生強(qiáng)度圖樣，從而避免了需要將強(qiáng)度圖樣寫(xiě)入到一個(gè)旋光晶體上來(lái)重放全息圖。
如上所述，系統(tǒng)10和40可以用來(lái)比較從同一個(gè)物體或目標(biāo)在目標(biāo)發(fā)生物理改變后得到的復(fù)圖像或者比較從不同的目標(biāo)得到的復(fù)圖像。此外，系統(tǒng)10和40可以用來(lái)從目標(biāo)20上不同的位置獲得圖像。在不同位置的圖像可以具有相似的特征。例如，目標(biāo)20可以是一個(gè)包括單管芯的多個(gè)實(shí)例的半導(dǎo)體晶片。在這個(gè)例子中，系統(tǒng)10和40可以用來(lái)得到每個(gè)芯片的一個(gè)特定區(qū)域的復(fù)圖像。雖然所獲得的圖像可以具有相似的特征，但與每個(gè)圖像關(guān)聯(lián)的等暈像差值(例如一階像差項(xiàng)的焦距)可能是不同的。這個(gè)差別可以引起虛擬的、在圖像之間不存在的差別。因此，應(yīng)該將這些圖像中的一個(gè)圖像的像差值進(jìn)行調(diào)整以保證所獲得的復(fù)圖像可以精確地加以比較。
本發(fā)明提供了一種校正像差值而不增加獲取復(fù)圖像所需的時(shí)間的解決方案。系統(tǒng)10和40可以用來(lái)從目標(biāo)20上兩個(gè)不同的位置獲取兩個(gè)復(fù)圖像。首先，可以確定像差范圍，以便使得兩個(gè)圖像之間的像差的差別具有一個(gè)在所確定的極限之間的值。可以選擇一個(gè)或多個(gè)在所確定的像差范圍內(nèi)的像差值，并為每個(gè)所選的值計(jì)算像差函數(shù)。其次，可以通過(guò)將系統(tǒng)10和/或40獲得的第一復(fù)圖像乘每個(gè)像差值來(lái)迭代修改第一復(fù)圖像，以便對(duì)于每個(gè)所計(jì)算的像差值得到一個(gè)經(jīng)修改的第一復(fù)圖像。第三，可以將每個(gè)經(jīng)修改的第一復(fù)圖像與第二復(fù)圖像相比較。得到經(jīng)修改的第一復(fù)圖像與第二復(fù)圖像之間在高頻范圍內(nèi)差異最小的比較表明用來(lái)校正兩個(gè)復(fù)圖像之間的像差之差的最佳近似。在一個(gè)實(shí)施例中，這個(gè)過(guò)程可以用在初始確定的像差值附近更精細(xì)地選擇像差值加以改善。在另一個(gè)實(shí)施例中，這個(gè)過(guò)程可以用最佳像差值的兩個(gè)最佳近似并在所述兩個(gè)最佳近似之間內(nèi)插一個(gè)更好的像差值加以改善。
除了在所獲得的圖像之間的像差值的差別之外，系統(tǒng)10和40內(nèi)可以出現(xiàn)其他會(huì)在復(fù)圖像內(nèi)引起偽像的測(cè)試設(shè)備變化。這些偽像可以是很小的，并可以出現(xiàn)在復(fù)圖像的低頻分量?jī)?nèi)。相反，兩個(gè)相似的物體之間的差別通常在尺寸上很小，因此主要包括高頻空間分量。在標(biāo)準(zhǔn)的圖像處理中，可以在傅里葉空間內(nèi)消除任何由于圖像處理系統(tǒng)內(nèi)的變化引起的偽像。然而，在傅里葉空間內(nèi)不能消除由于系統(tǒng)10或40內(nèi)的變化引起的偽像，因?yàn)楦道锶~空間內(nèi)的每個(gè)像素都是用變差的(復(fù))譜卷積的。
假定偽像出現(xiàn)在低頻空間分量而相似物體之間的任何真實(shí)差別出現(xiàn)在高頻空間分量，則系統(tǒng)10和40內(nèi)的變化可以通過(guò)計(jì)算復(fù)圖像的低頻分量之差(根據(jù)全息圖計(jì)算)來(lái)近似。為了補(bǔ)償所述變化，可以將一個(gè)低通濾波器應(yīng)用于復(fù)圖像之比。然后，可以將所得結(jié)果用作對(duì)其中一個(gè)圖像的乘法因子，其對(duì)系統(tǒng)的變化進(jìn)行補(bǔ)償。
本發(fā)明的數(shù)學(xué)描述一個(gè)諸如系統(tǒng)10和40之類的直接數(shù)字式全息系統(tǒng)可以記錄數(shù)字記錄器平面內(nèi)的若干復(fù)圖像或全息圖。記錄器平面可以用x和y坐標(biāo)表示。根據(jù)所記錄的全息圖，可以通過(guò)對(duì)復(fù)圖像波應(yīng)用傅立葉變換計(jì)算或重構(gòu)記錄器平面的復(fù)圖像波。作為根據(jù)全息圖重構(gòu)的所述波的傅立葉變換可以含有諸如一階像差項(xiàng)的焦距之類的等暈像差。例如，圖像波ψ(x，y)的傅立葉變換(FFT)可以寫(xiě)成FFT{ψ(x，y)}＝FFT{ψ′(x，y)}exp[iχ(qx，qy)](1)其中i2＝-1，qx、qy為傅里葉平面內(nèi)的坐標(biāo)，而ψ′(x，y)為在一個(gè)不同像差值的復(fù)圖像波。χ為對(duì)于每個(gè)所選像差值的像差函數(shù)，而FFT和IFFT分別表示傅里葉正的和逆的變換。為了確定在相似或相同圖像之間的小的像差之差，應(yīng)該比較至少兩個(gè)圖像。
在一個(gè)實(shí)施例中，系統(tǒng)10和/或40可以獲取兩個(gè)復(fù)圖像ψj(x，y)和ψj+1(x，y)，其中j為一個(gè)整數(shù)。可以對(duì)這兩者應(yīng)用傅立葉變換，并寫(xiě)成使它們的實(shí)際像差值可以分離的形式
FFT{ψj(x，y)}＝FFT{ψ′j(x，y)}exp[iχj(qx，qy)] (2)FFT{ψj+1(x，y)}＝FFT{ψ′j+1(x，y)}exp[iχj+1(qx，qy)] (3)根據(jù)這些公式，兩個(gè)圖像之間的像差之差可以描述為FFT{ψj+1(x，y)}/FFT{ψj(x，y)}＝(4)exp[iχj+1(qx，qy)]/exp[iχj(qx，qy)]＝exp[i{χj+1(qx，qy)-χj[qx，qy))]＝exp[iΔχj+1，j(qx，qy)]；其中ψj(x，y)≈ψj+1(x，y)。如果圖像ψj(x，y)不包括與圖像ψj+1(x，y)相似的特征，則像差函數(shù)χ(qx，qy)可以不是直接可得到的。然而，對(duì)于相似的圖像，ψj(x，y)≈ψj+1(x，y)，則上式是一個(gè)合理的近似。因此，如果圖像ψj+1(x，y)與ψj(x，y)之差ψj+1(qx，qy)-χj(qx，qy)已知，則第一復(fù)圖像就可以修改成ψ′j＝IFFT{FFT(ψj)*exp[iΔχj+1(qx，qy)]} (5)這是在像差值近似與ψj+1的相同時(shí)的ψj。因此，通過(guò)將圖像ψJ修改成與圖像ψj+1的像差值匹配，已經(jīng)建立了消除兩個(gè)相似圖像之間的像差之差的步驟。
然而，上式要求兩個(gè)復(fù)圖像之間的像差值是已知的。在一個(gè)實(shí)施例中，可以計(jì)算出圖像ψj(x，y)與ψj+1(x，y)之間的像差之差Δψj+1，j。如果圖像ψj(x，y)與ψj+1(x，y)相似，那么如果這兩個(gè)圖像用匹配像差值加以比較的話則任何檢測(cè)到的差別可以最小。這個(gè)假設(shè)對(duì)于高度周期性結(jié)構(gòu)可以是重要的，因?yàn)槠ヅ湎癫钪悼梢栽谌舾芍芷谛缘南癫钪党霈F(xiàn)。然而，在大多數(shù)情況中，真實(shí)的像差值也提供了圖像之間的最佳匹配，從而仍然是可以唯一地識(shí)別的。
在所描述的實(shí)施例中，可以發(fā)現(xiàn)圖像ψj(x，y)與ψj+1(x，y)之間的像差之差在一個(gè)給定的范圍[χmin，χmax]內(nèi)。在一個(gè)實(shí)施例中，所述特定的像差可以是一個(gè)一階像差，例如焦距。在這個(gè)實(shí)施例中，沒(méi)有推導(dǎo)而給出的對(duì)于高的和低的角度散射有效的像差函數(shù)為χ(qx，qy)＝(2∏/λ)Δz sqrt((1-q2λ2]-1)(6)或者用對(duì)于焦距的標(biāo)準(zhǔn)方程χ(qx，qy)＝(2π/λ)Δz q2λ2(7)其中λ為波長(zhǎng)，Δz為從聚焦范圍內(nèi)選擇的焦距值，而q=sqrt(qx2+qy2).]]>為了確定復(fù)圖像之間的實(shí)際像差之差，可以從一個(gè)預(yù)定范圍內(nèi)選出至少兩個(gè)像差值。然后可以計(jì)算與每個(gè)像差值關(guān)聯(lián)的像差函數(shù)。于是可以將這些所計(jì)算的像差值的每個(gè)代入下式以計(jì)算一個(gè)用像差函數(shù)修改的圖像。
ψ′lj＝IFFT{FFT(ψj)exp[iχl(qx，qy)]}(8)可以用每個(gè)計(jì)算的像差函數(shù)來(lái)計(jì)算一個(gè)經(jīng)修改的圖像，再將每個(gè)經(jīng)修改的圖像與圖像ψj+1(x，y)相比較，例如通過(guò)計(jì)算下式的方差Δj，j+1l
Δlj，j+1(χl)＝var[mod(ψ′lj/ψj+1)](9)一旦確定了具有最小的Δlj，j+1的χlo，或者通過(guò)在兩個(gè)最小的值之間內(nèi)插，現(xiàn)在就可以知道像差之差，并可以連續(xù)地消除。需比較的兩個(gè)波最終為ψ′lj＝IFFT{FFT(ψj)*exp[iχlo(qx，qy)]}； (10)ψj+1(x，y) (11)由于兩個(gè)復(fù)圖像的像差值近似相同，因此可以在高頻范圍內(nèi)精確地比較這兩個(gè)圖像，以確定是否存在任何實(shí)際差別。通過(guò)調(diào)整與第一復(fù)圖像關(guān)聯(lián)的像差值，無(wú)須再獲取第二復(fù)圖像，從而減少了從目標(biāo)20得到多個(gè)圖像所需的時(shí)間量。
如上所述，由系統(tǒng)特有變化引起的偽像可以使圖像之間的實(shí)際差別失真。這些可能在兩個(gè)復(fù)圖像之間發(fā)生的系統(tǒng)特有變化典型地具有局限于較低頻率的譜，而目標(biāo)20和得到的全息圖之間的實(shí)際差別典型地處在較高頻率。一般說(shuō)來(lái)，兩個(gè)作為根據(jù)各自的全息圖重構(gòu)的復(fù)圖像ψj(x，y)和ψj+1(x，y)可以表示為ψj(x，y)＝ajexp(ij) (12)ψj+1(x，y)＝aj+1exp(ij+1) (13)圖像ψj(x，y)與圖像ψj+1(x，y)之差可以表示為下述表達(dá)式ψj+1(x，y)＝a′jexp(i′j)*axexp(ix)(14)其中，axexp(iφx)表示由系統(tǒng)10和/或40內(nèi)的變化引起的兩個(gè)圖像之間的虛假改變，而ajexp(iφi)～a′jexp(iφ′j)表明兩個(gè)復(fù)圖像之間的相似性。
由于虛假改變只是局限于較低頻率，因此可以對(duì)第一與第二復(fù)圖像之比應(yīng)用一個(gè)低通濾波器，如下ψx(x，y)＝IFFT{LPF[FFT(ψj(x，y)/ψj+1(x，y))]} (15)其中，ψx(x，y)為由系統(tǒng)10和/或40內(nèi)的任何變化引起的兩個(gè)圖像之間的虛假改變的近似，以及LPF描述該低通濾波器。在一個(gè)實(shí)施例中，低通濾波器可以是一個(gè)Butterworth濾波器。在其他實(shí)施例中，低通濾波器可以是任何傳送與所獲取的圖像關(guān)聯(lián)的低頻分量的適當(dāng)類型的低通濾波器。將ψj(x，y)和ψj+1(x，y)代入上式，可得下列結(jié)果ψx(x，y)＝IFFT{FFT{[ajexp(ij)]/[aj+1exp(ij+1)]}*LPF}(16)ψx(x，y)＝IFFT{[(aj/aj+1)exp[i(jl-j+1l)(jh-j+1h)]]*LPF}其中，對(duì)于低頻分量LPF＝1，對(duì)于高頻分量LPF＝0，φjl和φj+1l分別表示圖像ψj(x，y)和圖像ψj+1(x，y)的低頻分量，而φjh和φj+1h分別表示圖像ψj(x，y)和圖像ψj+1(x，y)的高頻分量。因此，低通濾波器消除了與圖像之比關(guān)聯(lián)的高頻分量，從而得到低頻部分。低通濾波器的低頻濾波結(jié)果如下ψx(x，y)＝(aj/aj+1)exp[i(jl-j+1l)] (17)其中，ψx(x，y)表示系統(tǒng)10和/或40內(nèi)存在的虛假改變。于是可以將這個(gè)結(jié)果乘以圖像ψj+1(x，y)，以得到以下經(jīng)修改的圖像
ψ′j+1(x，y)＝ψj+1(x，y)*ψx(x，y) (18)ψ′j+1(x，y)＝aj+1exp[i(j+1h+j+1l)]*(aj/aj+1)exp[i(jl-j+1l)]ψ′j+1(x，y)＝ajexp[i(j+1h+jl)]經(jīng)修改的圖像包括圖像ψj+1(x，y)的高頻分量和圖像ψj(x，y)的低頻分量，使得在將經(jīng)修改的圖像與圖像ψj(x，y)相比較時(shí)只剩下如下的每個(gè)圖像的高頻分量ψj(x，y)＝ψ′j+1(x，y) (19)ajexp[i(jl+jh)]＝ajexp[i(jh+jl)]Δψj，j+1＝exp[i(jh-j+1h)]其中，Δψj，j+1(x，y)表示圖像ψj(x，y)與ψj+1(x，y)之間的任何實(shí)際差別。因此，可以消除系統(tǒng)10和/或40在每個(gè)圖像的低頻分量?jī)?nèi)引起的虛假改變，從而可以通過(guò)比較每個(gè)圖像的高頻分量確定兩個(gè)復(fù)圖像之間的實(shí)際差別。
圖3說(shuō)明系統(tǒng)10和/或40獲取的多個(gè)復(fù)圖像。具體地說(shuō)，圖像32為從目標(biāo)20上的一個(gè)處在第一焦距值的位置得到的復(fù)圖像，而圖像34為從目標(biāo)20上的另一個(gè)處在第二焦距值的位置得到的復(fù)圖像。圖像36為以圖像32在計(jì)算和應(yīng)用所述兩個(gè)復(fù)圖像之間的焦距差后表示的復(fù)圖像。用來(lái)得到所述圖像的孔徑值約為0.5nA，并且焦點(diǎn)校正對(duì)高散射角有效。
圖4和5說(shuō)明系統(tǒng)10和/或40獲取的兩個(gè)復(fù)圖像之間的差別。具體地說(shuō)，圖4說(shuō)明在沒(méi)有對(duì)由系統(tǒng)變化引起的偽像進(jìn)行補(bǔ)償?shù)那闆r下兩個(gè)復(fù)圖像之差。如所示，該圖像包括多個(gè)使圖像失真的偽像。圖5說(shuō)明如圖4所示的差別圖像在對(duì)兩個(gè)所獲取的圖像之比應(yīng)用了(以上所詳細(xì)說(shuō)明的)低通濾波器后的情況。如所示，可以大大減少系統(tǒng)10和/或40內(nèi)微小改變引入的偽像。在所示的實(shí)施例中，明亮的白斑是缺陷，并且在圖4所示的圖像內(nèi)不可檢測(cè)的缺陷現(xiàn)在可以精確表示，因?yàn)樗P(guān)聯(lián)的所有低頻分量都已通過(guò)應(yīng)用低通濾波器而消除。
圖6a和6b說(shuō)明一種用于檢測(cè)復(fù)圖像之間的差別的方法的流程圖。通常，直接數(shù)字式全息系統(tǒng)可以用來(lái)獲取表示一個(gè)物體或目標(biāo)的復(fù)圖像，并確定所獲取的圖像是否有任何實(shí)際差別。在圖像獲取過(guò)程中，全息系統(tǒng)內(nèi)可能出現(xiàn)影響所獲取圖像的精度的變化。例如，如果全息系統(tǒng)從一個(gè)物體上兩個(gè)不同位置獲得相似的圖像，那么每個(gè)所獲取的圖像可以包括一個(gè)獨(dú)特的像差值。在所獲取的圖像實(shí)際包括相同的特征時(shí)，像差值的差別可以使全息系統(tǒng)確定所獲取的圖像是不同的。為了精確獲取圖像而不影響圖像獲取過(guò)程的速度，可以迭代地調(diào)整所獲取的第一圖像，使得第一獲取圖像具有第二獲取圖像的像差值。于是，可以用經(jīng)修改的第一圖像來(lái)確定兩個(gè)所獲取的圖像是否有相似的特征。全息系統(tǒng)內(nèi)的其他變化可以通過(guò)計(jì)算每個(gè)圖像的低頻分量之差來(lái)近似。為了消除圖像的低頻分量，可以對(duì)圖像之比應(yīng)用一個(gè)低通濾波器，并且結(jié)果可以用來(lái)修改其中一個(gè)圖像，以補(bǔ)償全息系統(tǒng)的變化。于是可以在高頻分量檢測(cè)圖像的任何差別。
在步驟70，系統(tǒng)10或40可以從目標(biāo)20獲取一個(gè)第一復(fù)圖像。在一個(gè)實(shí)施例中，目標(biāo)20可以是一個(gè)用硅、鍺或任何含有族III和/或族IV的元素的化合物制造的電子器件。在另一個(gè)實(shí)施例中，目標(biāo)20可以是一個(gè)包括在襯底上形成的圖案的光掩膜或分劃板。在其他實(shí)施例中，目標(biāo)20可以是任何可以用系統(tǒng)10和40分析以檢驗(yàn)形狀和尺寸的物體、元件或組件。在步驟72，可以從目標(biāo)20獲取一個(gè)第二復(fù)圖像。第二復(fù)圖像可以從同一個(gè)物體獲取，以計(jì)算在這個(gè)物體內(nèi)的物理變化，或者第二復(fù)圖像可以從一個(gè)相似的物體獲取，以測(cè)量第二物體相對(duì)第一物體的偏差。
在步驟73，系統(tǒng)10和/或40確定是否需要像差校正來(lái)使第一和第二圖像匹配。如果第二圖像的像差值與第一圖像的像差值不同，就在步驟7 4確定一個(gè)預(yù)期的像差范圍。該預(yù)期范圍可以基于以前確定的與一個(gè)特定物體關(guān)聯(lián)的值，或者根據(jù)物體的類型(例如半導(dǎo)體晶片、光掩膜等)的估計(jì)。為了收斂到第一與第二圖像之間的實(shí)際像差之差，在步驟76可以從該范圍內(nèi)選出至少兩個(gè)像差值。在一個(gè)實(shí)施例中，可以選擇兩個(gè)最佳值，再用所述兩個(gè)最佳值內(nèi)插一個(gè)所估計(jì)的像差之差。在另一個(gè)實(shí)施例中，可以選擇多個(gè)值。在步驟78，可以用每個(gè)所選的像差值計(jì)算一個(gè)像差函數(shù)。在一個(gè)實(shí)施例中，可以用像差函數(shù)計(jì)算一個(gè)諸如焦距之類的一階像差值。
在步驟80，用計(jì)算的像差函數(shù)迭代修改第一復(fù)圖像。在一個(gè)實(shí)施例中，可以對(duì)第一復(fù)圖像應(yīng)用傅立葉變換，并將這個(gè)結(jié)果乘以像差函數(shù)?？梢詫?duì)每個(gè)計(jì)算的像差函數(shù)重復(fù)這個(gè)過(guò)程，使得第一復(fù)圖像可以得到多次修改。在應(yīng)用了每個(gè)像差函數(shù)后可以對(duì)經(jīng)修改的第一復(fù)圖像執(zhí)行傅立葉逆變換，以便將經(jīng)修改的第一復(fù)圖像變換回時(shí)域。在步驟82，于是可以將與每個(gè)像差函數(shù)關(guān)聯(lián)的經(jīng)修改的第一復(fù)圖像與第二復(fù)圖像相比較，以確定像差校正。在一個(gè)實(shí)施例中，可以通過(guò)計(jì)算經(jīng)修改的第一復(fù)圖像與第二復(fù)圖像之比的模的方差對(duì)圖像進(jìn)行比較。
在步驟84，可以分析經(jīng)修改的第一復(fù)圖像與第二復(fù)圖像的高頻分量之間的差別。如果該差別為這兩個(gè)圖像之間的最小方差，就在步驟86將計(jì)算這個(gè)特定的像差函數(shù)所用的像差值選為像差校正的最佳近似。否則，在步驟83用與另一個(gè)像差值關(guān)聯(lián)的第一復(fù)數(shù)修改第一復(fù)圖像，再在步驟82將新的經(jīng)修改的復(fù)圖像與第二復(fù)圖像相比較。一旦用迭代過(guò)程確定了這兩個(gè)圖像間的最小方差，就在步驟86將與這個(gè)最小方差關(guān)聯(lián)的像差值應(yīng)用于第一復(fù)圖像，以便得到經(jīng)修改的第一復(fù)圖像。
在得到一個(gè)適當(dāng)?shù)南癫钚Ｕ抵?，在步驟88就可以計(jì)算經(jīng)修改的第一復(fù)圖像與第二復(fù)圖像之比。在一個(gè)實(shí)施例中，第一與第二復(fù)圖像之間的像差值可以是相似的，因此不需要調(diào)整第一復(fù)圖像。在這個(gè)實(shí)施例中，經(jīng)修改的第一復(fù)圖像可以近似等于第一復(fù)圖像。這兩個(gè)所獲取的復(fù)圖像可以含有由系統(tǒng)10和/或40內(nèi)的變化引起的偽像。這些偽像可以存在于與圖像關(guān)聯(lián)的低頻分量?jī)?nèi)，而任何實(shí)際差別可以存在于高頻分量?jī)?nèi)。為了有效地從經(jīng)修改的第一復(fù)圖像與第二復(fù)圖像的比較中消除低頻分量，在步驟90可以將一個(gè)低通濾波器應(yīng)用于所述比。在一個(gè)實(shí)施例中，可以對(duì)所述比應(yīng)用傅立葉變換，以便將圖像比變換到頻域，并在頻域中應(yīng)用低通濾波器。然后可以用傅立葉逆變換將低頻比變換回時(shí)域。
在步驟92，可以將低頻比乘以第二復(fù)圖像以得到一個(gè)經(jīng)修改的第二復(fù)圖像。通過(guò)將低頻比用于第二復(fù)圖像，就將第二復(fù)圖像的低頻分量用第一圖像的低頻分量來(lái)代替。然后可以在步驟94將經(jīng)修改的第二復(fù)圖像與經(jīng)修改的第一復(fù)圖像相比較。在這個(gè)比較中，只是比較與第一和第二復(fù)圖像的每一個(gè)關(guān)聯(lián)的高頻分量，以便確定圖像間的任何實(shí)際差別。在步驟96，系統(tǒng)確定這兩個(gè)圖像的高頻分量是否近似相同。如果在經(jīng)修改的第一復(fù)圖像與經(jīng)修改的第二復(fù)圖像之間沒(méi)有差別，就在步驟98由系統(tǒng)10和/或40確定圖像是相似的。如果確定有差別，就在步驟100將該差別記錄下來(lái)。在一個(gè)實(shí)施例中，目標(biāo)20可以是一個(gè)半導(dǎo)體晶片，而所計(jì)算的圖像之間的差別可以表明在晶片上一個(gè)特定位置有缺陷。
雖然就本發(fā)明的具體優(yōu)選實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作了說(shuō)明，但對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)可以提出各種變更和修改，意圖是本發(fā)明包括屬于所附權(quán)利要求書(shū)范圍內(nèi)的這樣的變更和修改。
權(quán)利要求
1.一種用來(lái)檢測(cè)復(fù)圖像之間的差別的方法，包括獲取第一復(fù)圖像和第二復(fù)圖像；將低通濾波器應(yīng)用于第一與第二復(fù)圖像之比以得到低頻比；通過(guò)該低頻比來(lái)修改第二復(fù)圖像，以將第二復(fù)圖像的低頻分量用第一復(fù)圖像的低頻分量代替；以及將經(jīng)修改的復(fù)圖像與第一復(fù)圖像相比較，以確定第二復(fù)圖像是否與第一復(fù)圖像匹配。
2.權(quán)利要求1的方法，還包括計(jì)算第一與第二復(fù)圖像之比的傅立葉變換，以便在頻域應(yīng)用低通濾波器。
3.權(quán)利要求2的方法，還包括計(jì)算低頻比的傅立葉逆變換，以便在時(shí)域修改第二復(fù)圖像。
4.權(quán)利要求1的方法，其中經(jīng)修改的復(fù)圖像與第一復(fù)圖像的比較包括比較第一與第二復(fù)圖像的高頻分量。
5.權(quán)利要求1的方法，其中所述第一和第二復(fù)圖像包括全息圖像。
6.權(quán)利要求1的方法，還包括所述與第二復(fù)圖像關(guān)聯(lián)的低頻分量，表示圖像獲取系統(tǒng)內(nèi)的系統(tǒng)變化。
7.一種用來(lái)檢測(cè)復(fù)圖像之間的差別的方法，包括獲取第一復(fù)圖像和第二復(fù)圖像；計(jì)算第一與第二復(fù)圖像之比的傅立葉變換以得到一個(gè)頻域比；將低通濾波器應(yīng)用于該頻域比以得到一個(gè)低頻比；計(jì)算低頻比的傅立葉逆變換，以將低頻比變換到時(shí)域；通過(guò)經(jīng)變換的低頻比來(lái)修改第二復(fù)圖像，以將第二復(fù)圖像的低頻分量用第一復(fù)圖像的低頻分量代替；以及將經(jīng)修改的復(fù)圖像與第一復(fù)圖像相比較，以確定第二復(fù)圖像是否與第一復(fù)圖像匹配。
8.權(quán)利要求7的方法，其中經(jīng)修改的復(fù)圖像與第一復(fù)圖像的比較包括比較第一與第二復(fù)圖像的高頻分量。
9.權(quán)利要求7的方法，其中該第一和第二復(fù)圖像包括全息圖像。
10.權(quán)利要求7的方法，還包括可用于減少圖像獲取系統(tǒng)產(chǎn)生的第一和第二復(fù)圖像內(nèi)的虛假改變的經(jīng)變換的低頻比。
11.一種用來(lái)檢測(cè)復(fù)圖像之間的差別的系統(tǒng)，包括可用來(lái)獲取第一復(fù)圖像和第二復(fù)圖像的數(shù)字記錄器；以及連接到所述數(shù)字記錄器的處理資源，所述處理資源可用來(lái)將一個(gè)低通濾波器應(yīng)用于第一與第二復(fù)圖像之比以得到低頻比；通過(guò)低頻比來(lái)修改第二復(fù)圖像，以將第二復(fù)圖像的低頻分量用第一復(fù)圖像的低頻分量代替；以及將經(jīng)修改的復(fù)圖像與第一復(fù)圖像相比較，以確定第二復(fù)圖像是否與第一復(fù)圖像匹配。
12.權(quán)利要求11的系統(tǒng)，還包括可用來(lái)計(jì)算第一與第二復(fù)圖像之比的傅立葉變換的處理資源，以便在頻域應(yīng)用低通濾波器。
13.權(quán)利要求12的系統(tǒng)，還包括可用來(lái)計(jì)算低頻比的傅立葉逆變換的處理資源，以便在時(shí)域修改第二復(fù)圖像。
14.權(quán)利要求11的系統(tǒng)，其中經(jīng)修改的復(fù)圖像與第一復(fù)圖像的比較包括比較第一與第二復(fù)圖像的高頻分量。
15.權(quán)利要求11的系統(tǒng)，其中該第一和第二復(fù)圖像包括全息圖像。
16.權(quán)利要求11的系統(tǒng)，其中所述數(shù)字記錄器包括CCD攝像機(jī)。
17.權(quán)利要求11的系統(tǒng)，還包括與所述數(shù)字記錄器光耦合的光束組合器，可用來(lái)接收基準(zhǔn)光束和物光束以產(chǎn)生第一和第二復(fù)圖像。
18.一種用來(lái)檢測(cè)復(fù)圖像之間的差別的方法，包括獲取第一復(fù)圖像和第二復(fù)圖像，所述第一和第二復(fù)圖像包括相似的特征；從預(yù)期的像差范圍內(nèi)為第一復(fù)圖像選擇多個(gè)像差值；為每個(gè)所選的像差值計(jì)算一個(gè)像差函數(shù)；通過(guò)每個(gè)像差函數(shù)迭代修改第一復(fù)圖像；將經(jīng)修改的復(fù)圖像與第二復(fù)圖像相比較；以及通過(guò)選擇使經(jīng)修改的復(fù)圖像與第二復(fù)圖像之間的差別最小的像差值來(lái)確定一個(gè)像差校正值。
19.權(quán)利要求18的方法，還包括對(duì)第一復(fù)圖像執(zhí)行傅立葉變換，使得對(duì)第一復(fù)圖像的修改在頻域進(jìn)行。
20.權(quán)利要求19的方法，還包括在將經(jīng)修改的復(fù)圖像與第二復(fù)圖像相比較前對(duì)經(jīng)修改的復(fù)圖像執(zhí)行傅立葉逆變換。
21.權(quán)利要求18的方法，其中經(jīng)修改的復(fù)圖像與第二復(fù)圖像的比較包括確定經(jīng)修改的復(fù)圖像與第二復(fù)圖像之比的模的方差。
22.權(quán)利要求21的方法，其中確定像差校正值包括選擇使經(jīng)修改的復(fù)圖像與第二復(fù)圖像之間的方差最小的比。
23.權(quán)利要求18的方法，其中該第一和第二復(fù)圖像包括全息圖像。
24.權(quán)利要求18的方法，其中該預(yù)期的像差范圍包括最小像差值和最大像差值。
25.權(quán)利要求18的方法，其中所述像差值包括焦距值。
26.一種用來(lái)檢測(cè)復(fù)圖像之間的差別的方法，包括獲取第一復(fù)圖像和第二復(fù)圖像，所述第一和第二復(fù)圖像包括相似的特征；從預(yù)期的像差范圍內(nèi)為第一復(fù)圖像選擇多個(gè)像差值；為每個(gè)所選的像差值計(jì)算一個(gè)像差函數(shù)；對(duì)第一復(fù)圖像執(zhí)行傅立葉變換以得到經(jīng)變換的復(fù)圖像；用每個(gè)像差函數(shù)迭代修改經(jīng)變換的復(fù)圖像；對(duì)經(jīng)修改的復(fù)圖像執(zhí)行傅立葉逆變換，以將低頻比變換到時(shí)域；將經(jīng)變換的復(fù)圖像的高頻分量與第二復(fù)圖像的高頻分量相比較；以及通過(guò)選擇使經(jīng)變換的復(fù)圖像與第二復(fù)圖像之間的差別最小的像差值來(lái)確定一個(gè)像差校正值。
27.權(quán)利要求26的方法，其中經(jīng)變換的復(fù)圖像與第二復(fù)圖像的比較包括確定經(jīng)修改的復(fù)圖像與第二復(fù)圖像之比的模的方差。
28.權(quán)利要求27的方法，其中確定像差校正值包括選擇使經(jīng)變換的復(fù)圖像與第二復(fù)圖像之間的方差最小的比。
29.權(quán)利要求26的方法，其中所述第一和第二復(fù)圖像包括全息圖像。
30.一種用來(lái)檢測(cè)復(fù)圖像之間的差別的系統(tǒng)，包括可用來(lái)獲取第一復(fù)圖像和第二復(fù)圖像的數(shù)字記錄器，所述第一和第二復(fù)圖像包括相似的特征；以及連接到所述數(shù)字記錄器的處理資源，所述處理資源可用來(lái)從預(yù)期的像差范圍內(nèi)為第一復(fù)圖像選擇多個(gè)像差值；為每個(gè)像差值計(jì)算一個(gè)像差函數(shù)；通過(guò)每個(gè)像差函數(shù)迭代修改第一復(fù)圖像；將經(jīng)修改的復(fù)圖像與第二復(fù)圖像相比較；以及通過(guò)選擇使經(jīng)修改的復(fù)圖像與第二復(fù)圖像之間的差別最小的像差值來(lái)確定像差校正值。
31.權(quán)利要求30的系統(tǒng)，還包括可用來(lái)對(duì)第一復(fù)圖像執(zhí)行傅立葉變換的處理資源，使得對(duì)第一復(fù)圖像的修改在頻域進(jìn)行。
32.權(quán)利要求31的系統(tǒng)，還包括可用來(lái)在將經(jīng)修改的復(fù)圖像與第二復(fù)圖像相比較前對(duì)經(jīng)修改的復(fù)圖像執(zhí)行傅立葉逆變換的處理資源。
33.權(quán)利要求30的系統(tǒng)，其中經(jīng)修改的復(fù)圖像與第二復(fù)圖像的比較包括確定經(jīng)修改的復(fù)圖像與第二復(fù)圖像之比的模的方差。
34.權(quán)利要求33的系統(tǒng)，其中確定像差校正值包括選擇使經(jīng)修改的復(fù)圖像與第二復(fù)圖像之間的方差最小的比。
35.權(quán)利要求30的系統(tǒng)，其中所述第一和第二復(fù)圖像包括全息圖像。
36.權(quán)利要求30的系統(tǒng)，其中所述數(shù)字記錄器包括CCD攝像機(jī)。
37.權(quán)利要求30的系統(tǒng)，還包括與所述數(shù)字記錄器光耦合的光束組合器，可用來(lái)接收基準(zhǔn)光束和物光束以產(chǎn)生第一和第二復(fù)圖像。
38.一種用來(lái)檢測(cè)復(fù)圖像之間的差別的方法，包括獲取第一復(fù)圖像和第二復(fù)圖像，所述第一和第二復(fù)圖像包括相似的特征；確定在第一與第二復(fù)圖像之間是否存在像差值的差別；通過(guò)像差函數(shù)迭代修改第一復(fù)圖像和在高頻范圍將經(jīng)修改的第一復(fù)圖像與第二復(fù)圖像相比較來(lái)校正像差值的差別；通過(guò)低頻比來(lái)修改第二復(fù)圖像以將第二復(fù)圖像的低頻分量用第一復(fù)圖像的低頻分量代替；以及將經(jīng)修改的第一復(fù)圖像的高頻分量與經(jīng)修改的第二復(fù)圖像的高頻分量相比較，以確定第一復(fù)圖像是否與第二復(fù)圖像匹配。
39.權(quán)利要求38的方法，還包括從預(yù)期的像差范圍內(nèi)為第一復(fù)圖像選擇多個(gè)像差值；以及為每個(gè)像差值計(jì)算像差函數(shù)。
40.權(quán)利要求38的方法，還包括對(duì)第一復(fù)圖像執(zhí)行傅里葉變換，使得對(duì)第一復(fù)圖像的修改在頻域進(jìn)行。
41.權(quán)利要求40的方法，還包括在將經(jīng)修改的第一復(fù)圖像與第二復(fù)圖像相比較前對(duì)經(jīng)修改的第一復(fù)圖像執(zhí)行傅立葉逆變換。
42.權(quán)利要求38的方法，其中經(jīng)修改的第一復(fù)圖像與第二復(fù)圖像的比較包括確定經(jīng)修改的第一復(fù)圖像與第二復(fù)圖像之比的模的方差。
43.權(quán)利要求42的方法，還包括通過(guò)選擇使經(jīng)修改的第一復(fù)圖像與第二復(fù)圖像之間的方差最小的比來(lái)確定像差校正值。
44.權(quán)利要求38的方法，還包括將低通濾波器應(yīng)用于經(jīng)修改的第一復(fù)圖像與第二復(fù)圖像之比，以得到低頻比。
45.權(quán)利要求44的方法，還包括計(jì)算經(jīng)修改的第一復(fù)圖像與第二復(fù)圖像之比的傅立葉變換，以便在頻域應(yīng)用低通濾波器。
46.權(quán)利要求45的方法，還包括計(jì)算低頻比的傅立葉逆變換，以便在時(shí)域修改第二復(fù)圖像。
47.權(quán)利要求38的方法，其中所述第一和第二復(fù)圖像包括全息圖像。
全文摘要
公開(kāi)了一種用來(lái)檢測(cè)復(fù)圖像之間的差別的系統(tǒng)和方法。所述方法包括獲取一個(gè)第一復(fù)圖像和一個(gè)第二復(fù)圖像并確定第一與第二復(fù)圖像之間是否存在像差值的差別。通過(guò)用一個(gè)像差函數(shù)迭代修改第一復(fù)圖像和在高頻范圍將經(jīng)修改的第一復(fù)圖像與第二復(fù)圖像相比較來(lái)校正像差值的差別。所述方法還通過(guò)低頻比修改第二復(fù)圖像以將第二復(fù)圖像的低頻分量用第一圖像的低頻分量代替來(lái)確定經(jīng)修改的第一復(fù)圖像是否與第二復(fù)圖像匹配。然后，將經(jīng)修改的第一復(fù)圖像的高頻分量與經(jīng)修改的第二復(fù)圖像的高頻分量相比較，以確定第一復(fù)圖像是否與第二復(fù)圖像匹配。
文檔編號(hào)G06T7/00GK1695165SQ03824870
公開(kāi)日2005年11月9日 申請(qǐng)日期2003年9月12日 優(yōu)先權(quán)日2002年9月12日
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