随着精密加工制造技术的进步与发展,以纳米级表面粗糙度为特征的超光滑表面在军事、科学研究等众多领域得到了十分广泛的应用。超光滑表面元件表面质量决定了元件的工作性能,而表面缺陷会直接降低元件性能甚至损害元件,因此亟需提出能够满足超光滑表面质量控制要求的高效检测方法。本文针对超光滑表面缺陷尺度微小、位置随机且离散等检测技术难点,搭建了基于散射原理的超光滑表面微小缺陷自动化检测系统(Ultra-smooth Surface Micro-defect Detection System,USMDS),并对检测系统中所应用的技术方法进行研究。主要研究内容如下:对超光滑表面缺陷散射特性进行研究分析。借助Mie散射理论和双向反射分布函数BRDF定性研究超光滑表面缺陷散射特性。建立超光滑表面缺陷散射模型,基于时域有限差分算法对缺陷区域远场散射特性进行电磁场仿真计算,并对影响缺陷散射特性的若干关键因素进行分析,建立了 USMDS系统缺陷检测及测量方法的理论基础。对USMDS系统自动化调控方法进行研究。构建螺旋线形扫描检测模型,并基于扫描检测算法提出了重构图像拼接计算方法,提升检测系统对缺陷形态和位置信息的描述能力。分析了系统主要位姿误差对扫描结果及重构图像的影响,并提出了相应的位姿调节方法,从而实现系统主要位姿误差校正,保证检测过程合理性和准确性。对USMDS系统缺陷检测处理算法进行了研究。在图像处理算法方面,提出基于实像定位的重构图像鬼像消除方法,削弱透明介质样品产生的鬼像噪声干扰,提升检测系统稳定性。在缺陷定量描述方法方面,提出基于散射光信号序列特征的缺陷尺寸测量方法,采用基于小波阈值去噪结合滑动窗口阈值的信号边缘特征点搜索算法提取缺陷区域散射光信号序列,根据几何关系实现不同类型缺陷尺寸计算测量。对本文内容进行实验验证。搭建USMDS系统实验装置,对本文提出的自动化调控方法进行实验验证,结果表明利用本文提出的位姿调节方法可以有效控制系统主要位姿误差范围。对本文缺陷检测处理算法效果进行实验验证,借助图像灰度分布特征验证本文提出鬼像消除算法具有较好的降噪效果;对本文缺陷定量描述方法的可行性进行验证,结果表明本文方法测量结果与缺陷实际尺寸基本吻合,并与光学显微镜测量数据进行比对,验证了本文方法的合理性;对本文提出扫描算法效率和检测系统响应能力进行验证,结果表明本文扫描控制算法能够有效提高检测效率,有利于实现中小口径元件表面自动化快速扫描,检测系统可以实现微米级缺陷的分辨和描述,能够适应超光滑表面微小缺陷检测需求。总结了本文相关工作,并对今后研究方向进行展望。