衍射样品的图像恢复方法、设备及存储介质与流程
本发明涉及光刻，特别涉及一种衍射样品的图像恢复方法、设备及存储介质。
背景技术：
1、相干衍射成像(coherent diffraction imaging ,简称cdi)是一种不依赖于透镜的成像方法，其分辨率只与相干光源的波长有关。自1999年平面波cdi的实验成功以来，后续发展了许多cdi技术。由于目前的光学成像仪器都只能记录光场的强度信息，而相位信息全部丢失，因此cdi技术的核心问题是相位恢复。
2、迄今为止，已有gerchberg-saxton算法(简称gs)、误差减小算法(errorreduction，简称er)、混合输入输出算法(hybrid input output，简称hio)以及过渡平滑算法(over-sampling smoothness，简称oss)等基于迭代的相位求解算法。大多数算法都是以er和hio算法的迭代架构为基础，因此这些算法都是以随机值作为初始衍射相位。从理论上来看，确定一个准确的初始值可以显著减少迭代算法的收敛时间。目前，已有人通过图像空间 kramers-kronig关系提出了基于强度的全息成像，开发根据强度图像描述相位图像的理论，这为优化相位恢复算法提供了一种新的解决思路。
技术实现思路
1、为提高衍射样品的重建效率，缩短重建时间，本发明提供了一种衍射样品的图像恢复方法及设备。
2、本发明解决技术问题的方案是提供一种衍射样品的图像恢复方法，包括以下步骤：获取衍射样品的衍射图像，基于该衍射图像获取衍射强度图像；利用预设算法将衍射强度图像转换为相位图像，并基于衍射强度图像获取强度信息，基于相位图像获取相位信息；将强度信息和相位信息结合作为衍射图像的实际初始值；以所述实际初始值替换原相位恢复算法的迭代初始值；基于预设算法将原相位恢复算法优化为新相位算法，基于替换后的实际初始值及新相位算法对衍射样品的衍射图像进行重建改进，获得衍射样品的重建图像。
3、优选地，衍射样品通过预设装置进行测量，获取衍射样品的衍射图像之前还包括以下步骤：获取预设装置的第一衍射信息与光场信息；基于第一衍射信息与照明光场信息使用该预设装置获取该衍射样品的第二衍射信息与结构信息。
4、优选地，所述预设算法为基于kramers-kronig关系的算法，所述预设装置为探测器，当光路中加入衍射样品时，获取探测器的第一衍射信息具体关系式为：
5、
6、基于预设算法将原相位恢复算法优化为新相位算法，具体新相位算法为：
7、
8、
9、其中， g为衍射信息，为第一衍射信息， a为振幅信息，为相位信息，为虚部； p为柯西主值，为平面任意坐标点的正交向量之和，为位置坐标的水平分量，为积分变量，为位置坐标水平分量的单位矢量，为位置坐标的垂直分量，为位置坐标垂直分量的单位矢量；
10、当光路中没有加入衍射样品时，获取预设装置的照明光场的第三衍射信息关系式为：
11、
12、其中，为第三衍射信息，为第三衍射信息的振幅信息，为第三衍射信息的相位信息。
13、优选地，获取衍射样品的结构信息的公式为：
14、
15、
16、其中， ρ( )表示实际空间中的衍射样品的结构信息，表示菲涅尔衍射逆向传播， -表示第二衍射信息，为平面任意坐标点的正交向量之和，为位置坐标的水平分量，为位置坐标水平分量的单位矢量，为位置坐标的垂直分量，为位置坐标垂直分量的单位矢量。
17、优选地，获取照明光场信息的公式为：，其中，表示照明光场的分布。
18、优选地，将强度信息和相位信息结合作为衍射图像的实际初始值包括以下步骤：基于衍射图像的强度信息和相位信息，确定新相位恢复算法中衍射样品中坐标矢量的预设支持域的约束范围；基于预设支持域的约束范围对衍射样品的结构信息及预设装置的照明光场进行修正；基于修正后的照明光场及衍射样品的结构信息，获取预设装置的完整衍射信息并输出为实际初始值。
19、优选地，在图像空间内对衍射样品的结构信息应用预设支持域约束，约束公式为：，其中， ρ'()表示修正后的衍射样品的结构信息， ρ()表示实际空间中的衍射样品的结构信息，为平面任意坐标点的正交向量之和，s为预设支持域的约束范围；在图像空间对照明光场信息应用预设支持域约束，约束公式为：，其中， ρ' ( )illumination表示修正后的照明光场信息。
20、优选地，原相位恢复算法包括减小误差算法、混合输入输出算法及过渡平滑算法，基于预设算法将原相位恢复算法优化为新相位算法，基于替换后的实际初始值及新相位算法对衍射样品的衍射图像进行重建改进包括以下步骤：获取减小误差算法、混合输入输出算法及过渡平滑算法三种不同原相位恢复算法，将三种算法中的傅里叶变换公式替换为菲涅尔衍射公式并输出为三种新相位算法；基于三种新相位算法对衍射样品的衍射图像进行重建改进的迭代，获取三种新相位算法各自均方误差，并进行比较；选取均方误差最小的一种新相位恢复算法，将该种新相位恢复算法对应的衍射图像重建图形作为最优重建图形并输出。
21、本发明为解决上述技术问题还提供一种衍射样品图像恢复设备，包括图像获取模块、信息获取模块、运算模块及重建模块，其中图像获取模块用于获取衍射样品的衍射图像，基于该衍射图像获取衍射强度图像；信息获取模块用于利用预设算法将衍射强度图像转换为相位图像，并基于衍射强度图像获取强度信息，基于相位图像获取相位信息；运算模块用于将强度信息和相位信息结合作为衍射图像的实际初始值；重建模块用于以所述实际初始值替换原相位恢复算法的迭代初始值，基于预设算法将原相位恢复算法优化为新相位算法，基于替换后的实际初始值及新相位算法对衍射样品的衍射图像进行重建改进，获得衍射样品的重建图像。
22、本发明为解决上述技术问题还提供一种存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如上所述的衍射样品的图像恢复方法。
23、与现有技术相比，本发明的一种衍射样品的图像恢复方法、设备及存储介质具有以下优点：
24、1、本发明的衍射样品的图像恢复方法，包括以下步骤：获取衍射样品的衍射图像，基于该衍射图像获取衍射强度图像；利用预设算法将衍射强度图像转换为相位图像，并基于衍射强度图像获取强度信息，基于相位图像获取相位信息；将强度信息和相位信息结合作为衍射图像的实际初始值；以实际初始值替换原相位恢复算法的迭代初始值；基于预设算法将原相位恢复算法优化为新相位算法，基于替换后的实际初始值及新相位算法对衍射样品的衍射图像进行重建改进，获得衍射样品的重建图像。本发明使用的算法用于以x射线为光源的fresnel cdi重建过程，利用该算法解决fresnel cdi的图像重建问题，使用菲涅尔波带片提供的光瞳函数进行图像空间的约束，用于提高衍射样品的重建效率，进而减少重建时间。
25、2、本发明的衍射样品的图像恢复方法，衍射样品通过预设装置进行测量，获取衍射样品的衍射图像之前还包括以下步骤：获取预设装置的第一衍射信息与光场信息；基于第一衍射信息与照明光场信息使用该预设装置获取该衍射样品的第二衍射信息与结构信息。获取预设装置的第一衍射信息，及衍射样品准确的第二衍射信息，保证实验每一步的测量结果相互支撑，且实验结果更精确及可靠；预设装置的光场信息与衍射样品的结构信息作为实验条件数据记录，作为控制变量的同时对实验结果的精确及可靠性做进一步保证。
26、3、本发明的衍射样品的图像恢复方法中，预设算法为基于kramers-kronig关系的算法，所述预设装置为探测器，当光路中加入衍射样品时，获取探测器的第一衍射信息具体关系式为：
27、
28、基于预设算法将原相位恢复算法优化为新相位算法，具体新相位算法为：
29、
30、
31、其中， g为衍射信息，为第一衍射信息， a为振幅信息，为相位信息，为虚部； p为柯西主值，为平面任意坐标点的正交向量之和，为位置坐标的水平分量，为积分变量，为位置坐标水平分量的单位矢量，为位置坐标的垂直分量，为位置坐标垂直分量的单位矢量；
32、当光路中没有加入衍射样品时，获取预设装置的照明光场的第三衍射信息关系式为：
33、
34、其中，为第三衍射信息，为第三衍射信息的振幅信息，为第三衍射信息的相位信息。分别在加入衍射样品和未加入衍射样品的探测器中测量获取精准的第一衍射信息及照明光场的第三衍射信息，为实验数据的精确做进一步保障，通过该操作，在进行测量前保证预设装置的自身结果精确，进而进行后续实验，保证结果精确可靠。
35、4、本发明的衍射样品的图像恢复方法，将强度信息和相位信息结合作为衍射图像的实际初始值包括以下步骤：基于衍射图像的强度信息和相位信息，确定新相位恢复算法中衍射样品中坐标矢量的预设支持域的约束范围；基于预设支持域的约束范围对衍射样品的结构信息及预设装置的照明光场进行修正；基于修正后的照明光场及衍射样品的结构信息，获取预设装置的完整衍射信息并输出为实际初始值。通过对衍射样品的坐标矢量进行约束，并通过该约束范围对衍射样品的结构信息和照明光场进行修正，以获取更准确的实际初始值，衍射样品的图像恢复方法获取预设装置的完整衍射信息，并替代原相位恢复算法的迭代初始值，进而减小重建图像的误差，得出最准确的重建结果。
36、5、本发明的衍射样品的图像恢复方法，原相位恢复算法包括减小误差算法、混合输入输出算法及过渡平滑算法，基于预设算法将原相位恢复算法优化为新相位算法，基于替换后的实际初始值及新相位算法对衍射样品的衍射图像进行重建改进包括以下步骤：获取减小误差算法、混合输入输出算法及过渡平滑算法三种不同原相位恢复算法，将三种算法中的傅里叶变换公式替换为菲涅尔衍射公式并输出为三种新相位算法；基于三种新相位算法对衍射样品的衍射图像进行重建改进的迭代，获取三种新相位算法各自均方误差，并进行比较；选取均方误差最小的一种新相位恢复算法，将该种新相位恢复算法对应的衍射图像重建图形作为最优重建图形并输出。结合预设算法通过替换不同算法中的傅里叶变换公式为菲涅尔衍射公式，进一步降低误差，在提升重建效率的同时保证重建结果的精确性。
37、6、本发明还提供一种衍射样品图像恢复设备，包括图像获取模块、信息获取模块、运算模块及重建模块，其中图像获取模块用于获取衍射样品的衍射图像，基于该衍射图像获取衍射强度图像；信息获取模块用于利用预设算法将衍射强度图像转换为相位图像，并基于衍射强度图像获取强度信息，基于相位图像获取相位信息；运算模块用于将强度信息和相位信息结合作为衍射图像的实际初始值；重建模块用于以实际初始值替换原相位恢复算法的迭代初始值，基于预设算法将原相位恢复算法优化为新相位算法，基于替换后的实际初始值及新相位算法对衍射样品的衍射图像进行重建改进，获得衍射样品的重建图像。具有与上述衍射样品的图像恢复方法相同的有益效果，在此不做赘述。
38、7、本发明还提供一种存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如上所述的衍射样品的图像恢复方法。存储介质具有与上述衍射样品的图像恢复方法相同的有益效果，在此不做赘述。
技术特征：
1.一种衍射样品的图像恢复方法，其特征在于：包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的衍射样品的图像恢复方法，其特征在于：衍射样品通过预设装置进行测量，获取衍射样品的衍射图像之前还包括以下步骤：
3.如权利要求2所述的衍射样品的图像恢复方法，其特征在于：所述预设算法为基于kramers-kronig关系的算法，所述预设装置为探测器，当光路中加入衍射样品时，获取探测器的第一衍射信息具体关系式为：
4.如权利要求3所述的衍射样品的图像恢复方法，其特征在于：获取衍射样品的结构信息的公式为：
5.如权利要求3所述的衍射样品的图像恢复方法，其特征在于：获取照明光场信息的公式为：，其中，照明光场信息反映照明光场的分布。
6.如权利要求3所述的衍射样品的图像恢复方法，其特征在于：将强度信息和相位信息结合作为衍射图像的实际初始值包括以下步骤：
7.如权利要求6所述的衍射样品的图像恢复方法，其特征在于：在图像空间内对衍射样品的结构信息应用预设支持域约束，约束公式为：
8.如权利要求1所述的衍射样品的图像恢复方法，其特征在于：原相位恢复算法包括减小误差算法、混合输入输出算法及过渡平滑算法，基于预设算法将原相位恢复算法优化为新相位算法，基于替换后的实际初始值及新相位算法对衍射样品的衍射图像进行重建改进包括以下步骤：
9.一种衍射样品图像恢复设备，其特征在于：所述衍射样品图像恢复设备包括：
10.一种存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于：该计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1-8中任一项所述的衍射样品的图像恢复方法。
技术总结
本发明涉及光刻技术领域，特别涉及一种衍射样品的图像恢复方法、设备及存储介质，包括以下步骤：获取衍射样品的衍射图像，基于该衍射图像获取衍射强度图像；利用预设算法将衍射强度图像转换为相位图像，并基于衍射强度图像获取强度信息，基于相位图像获取相位信息；将强度信息和相位信息结合作为衍射图像的实际初始值；以所述实际初始值替换原相位恢复算法的迭代初始值；基于预设算法将原相位恢复算法优化为新相位算法，基于替换后的实际初始值及新相位算法对衍射样品的衍射图像进行重建改进，获得衍射样品的重建图像。利用该算法解决Fresnel CDI的图像重建问题，使用菲涅尔波带片提供的光瞳函数约束图像空间，提高衍射样品的重建效率，减少重建时间。
技术研发人员：请求不公布姓名,请求不公布姓名,请求不公布姓名,请求不公布姓名,请求不公布姓名,请求不公布姓名
受保护的技术使用者：光科芯图（北京）科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23