基于高斯過(guò)程的表面形貌測(cè)量研究.pdf

1、表面結(jié)構(gòu)的磨損、支承、潤(rùn)滑、潤(rùn)濕、抗反射和腐蝕等性能與表面形貌緊密相關(guān)。當(dāng)前，在科學(xué)研究和工程應(yīng)用的很多領(lǐng)域中，對(duì)表面形貌的定量測(cè)量顯得尤為重要，人們對(duì)高效率、高精度的測(cè)量需求也日益強(qiáng)烈。然而，每種表面測(cè)量?jī)x器都有各自的優(yōu)缺點(diǎn)，沒(méi)有一種儀器能滿足所有的測(cè)量需求。像掃描探針顯微鏡(SPM)、三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x(CMM)這類(lèi)儀器具有較高的測(cè)量精度，然而這種逐點(diǎn)式掃描的測(cè)量效率較低，且SPM測(cè)量范圍較小。光學(xué)顯微鏡(OM)具有高測(cè)量效率、測(cè)得數(shù)據(jù)密

2、度大、非破壞性等優(yōu)點(diǎn)，但光與表面結(jié)構(gòu)間復(fù)雜的相互作用也會(huì)帶來(lái)較大的測(cè)量誤差。
　　因此，為了滿足高效率、高精度的測(cè)量需求，本文基于高斯過(guò)程的機(jī)器學(xué)習(xí)算法，分別從算法提出、仿真和實(shí)驗(yàn)上進(jìn)行了以下幾個(gè)方面的研究工作:
　　1、基于高斯過(guò)程算法，研究了在擴(kuò)大范圍、棋盤(pán)式、Hilbert曲線及阿基米德螺旋線這四種特定路徑下的表面重構(gòu)。針對(duì)隨機(jī)粗糙、自由曲面和結(jié)構(gòu)化表面，分別從仿真和實(shí)驗(yàn)上得出:在不損失測(cè)量精度的前提下，這種特定軌跡掃

3、描具有減少測(cè)量點(diǎn)、提升測(cè)量效率的優(yōu)點(diǎn)。
　　2、為了減少采樣密度且不損失表面測(cè)量精度，本文提出了基于高斯過(guò)程的自適應(yīng)采樣算法，且驗(yàn)證了算法的有效性和魯棒性。在每次迭代中，將當(dāng)前的采樣點(diǎn)作為訓(xùn)練數(shù)據(jù)來(lái)預(yù)測(cè)表面形貌，然后在預(yù)測(cè)出的最大不確定度處添加一個(gè)新的采樣數(shù)據(jù)點(diǎn)，進(jìn)而將更新后的采樣點(diǎn)作為下一次迭代的訓(xùn)練數(shù)據(jù)。通過(guò)這種訓(xùn)練、預(yù)測(cè)、采樣的迭代算法，重構(gòu)出的表面形貌可以有效地收斂到真實(shí)表面形貌。在隨機(jī)粗糙、自由曲面及結(jié)構(gòu)化表面上的仿真實(shí)

4、驗(yàn)上驗(yàn)證了該采樣算法的有效性。該算法不僅可以精確地重構(gòu)出表面形貌，也能大幅度地減少測(cè)量數(shù)據(jù)點(diǎn)。此外，本文驗(yàn)證了算法在表面的隨機(jī)特征、測(cè)量噪聲和表面結(jié)構(gòu)突變情況下的魯棒性。該算法尤其適用于逐點(diǎn)式測(cè)量。
　　3、研究了基于高斯過(guò)程的數(shù)據(jù)融合算法在表面測(cè)量上的有效性。在復(fù)合式儀器測(cè)量中，主要存在兩種不同特點(diǎn)的數(shù)據(jù)集:高精度低密度(HALD)與低精度高密度(LAHD)。在測(cè)量結(jié)構(gòu)化表面時(shí)，為了提高表面測(cè)量精度和效率，本文將基于高斯過(guò)程的數(shù)