專利名稱：光學(xué)微掃描顯微熱成像系統(tǒng)的自適應(yīng)微掃描位置標(biāo)定方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于光電成像技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種光學(xué)微掃描顯微熱成像系統(tǒng)的2X2微掃描各位置自適應(yīng)標(biāo)定方法。
背景技術(shù)：
顯微熱成像能夠獲得物體細(xì)部的微弱溫度分布，在大規(guī)模集成電路芯片設(shè)計(jì)與檢測(cè)、MEMS/M0EMS器件的熱分析、生物醫(yī)學(xué)方向診斷等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。由于焦平面探測(cè)器空間離散采樣以及探測(cè)器單元的空間積分效應(yīng)等的影響，顯微熱成像一般屬于欠采樣成像，甚至接近光學(xué)衍射限成像。利用微掃描技術(shù)可在不改變探測(cè)器結(jié)構(gòu)(增加探測(cè)器數(shù)目和減小探測(cè)器像元尺寸)的情況下，減小空間采樣間距，增加了空間抽樣率，從而減小圖像中的頻譜混淆，提高分辨率，改善熱成像的圖像質(zhì)量。 在整個(gè)成像過程中，微掃描技術(shù)對(duì)同一場(chǎng)景進(jìn)行多次采樣，在保持視場(chǎng)不變的前提下焦平面陣列每次位移的尺寸是相同的，都是探測(cè)器間距的1/N (N為整數(shù))，最后得到的微掃描圖像的像素?cái)?shù)目是原來的N2倍，獲得了場(chǎng)景的更多信息，從而大大提高系統(tǒng)空間分辨率。北京理工大學(xué)光電成像技術(shù)與系統(tǒng)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室采用光學(xué)平板旋轉(zhuǎn)微掃描技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了帶有光學(xué)微掃描的顯微熱成像實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)(如圖I所示)。在該系統(tǒng)中，光學(xué)平板支座保證光學(xué)平板與成像系統(tǒng)光軸保持一定傾角e，當(dāng)平板繞光軸進(jìn)行方位角旋轉(zhuǎn)時(shí)，會(huì)集光束的聚焦點(diǎn)將在成像面上形成以原像點(diǎn)為中心，A為半徑的圓周(如圖2所示)。如果以探測(cè)器陣列的直角坐標(biāo)系為基準(zhǔn)，旋轉(zhuǎn)光學(xué)平板使其分別在45°、135°、225°和315°等4個(gè)位置進(jìn)行圖像采樣，四個(gè)標(biāo)準(zhǔn)位置構(gòu)成一個(gè)正立的正方形(如圖3中粗實(shí)線)，且根據(jù)光學(xué)平板的折射率n，設(shè)計(jì)平板厚度d和傾斜角度0，使VlA = 1/2 (其中L為探測(cè)器單元的中心距)，則由此獲得標(biāo)準(zhǔn)2X2微掃描模式下的4幅低分辨力欠采樣圖像。但不論是系統(tǒng)安裝還是檢測(cè)之后，由于各次安裝屬于可拆卸模式的成像組件的方位角不完全一致，每次安裝后探測(cè)器方向與電控旋轉(zhuǎn)平臺(tái)的零點(diǎn)定位均存在一定的偏差。如果仍按安裝位置來確定后續(xù)的旋轉(zhuǎn)位置，進(jìn)行2X2微掃描，則4個(gè)微掃描位置夠不成正立的正方形(如圖3中的雙點(diǎn)劃線)，因此難以得到標(biāo)準(zhǔn)2X2的微掃描模式下相互之間水平和垂直錯(cuò)位1/2探測(cè)器間距的4幅低分辨力圖像，直接影響后續(xù)高分辨力圖像的重構(gòu)，無法提高系統(tǒng)空間分辨力，有時(shí)分辨力甚至?xí)档汀Ｒ虼?，需要?duì)2X2微掃描零點(diǎn)(角度)位置進(jìn)行新的標(biāo)定，否則所采集的4幅圖像微位移位置偏離標(biāo)準(zhǔn)2X2微掃描的正立正方形，過采樣重構(gòu)的圖像質(zhì)量比雙線性放大的質(zhì)量差，光學(xué)平板微掃描系統(tǒng)的設(shè)計(jì)功虧一簣，系統(tǒng)的空間分辨力得不到提高。為解決上述問題，專利號(hào)為ZL200810183262. 0的發(fā)明專利《零點(diǎn)定標(biāo)方法及在光學(xué)微掃描顯微熱成像系統(tǒng)中的應(yīng)用》中提出了一種利用圖像配準(zhǔn)方法對(duì)相繼旋轉(zhuǎn)90°的兩幅圖像計(jì)算其微位移，繼而利用幾何方法標(biāo)定微掃描初始位置點(diǎn)的方法，然后采用間隔90°的方法確定其它3個(gè)微掃描位置。該方法由于各種誤差積累，造成四個(gè)微掃描位置所成的四邊形偏離正立正方形。為此，同樣根據(jù)圖像配準(zhǔn)理論和幾何方法的申請(qǐng)?zhí)枮?010106171933. 7的發(fā)明專利《光學(xué)微掃描顯微成像系統(tǒng)的微掃描定標(biāo)方法》中提出了一種基于相繼旋轉(zhuǎn)180°的兩幅圖像之間的微位移標(biāo)定微掃描初始位置的方法，然后在每旋轉(zhuǎn)90°后得到的其他位置上也進(jìn)行一次標(biāo)定，提高了微掃描器位置的標(biāo)定精度。但在實(shí)驗(yàn)中我們發(fā)現(xiàn)相繼旋轉(zhuǎn)180°標(biāo)定初始位置后，雖然按照每旋轉(zhuǎn)90°的方法進(jìn)行標(biāo)定但微掃描位置仍然會(huì)產(chǎn)生誤差。這主要因?yàn)閮煞矫?，一方面是光學(xué)平板旋轉(zhuǎn)的軌跡并不是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的圓周；另一方面雖然在每個(gè)位置進(jìn)行了標(biāo)定，但是由于微掃描器旋轉(zhuǎn)時(shí)角度不精確及環(huán)境溫度變化的影響，使得實(shí)際微掃描位置與理想位置還是有偏差的，需要反復(fù)校正。因此，本專利將根據(jù)微位移成像的原理，利用幾何方法，研究光學(xué)平板旋轉(zhuǎn)微掃描系統(tǒng)的各個(gè)掃描位置確定方法，提出了自適應(yīng)位置標(biāo)定方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)《零點(diǎn)定標(biāo)方法及在光學(xué)微掃描顯微熱成像系統(tǒng)中的應(yīng)用》(專利號(hào)為ZL200810183262. 0)和《光學(xué)微掃描顯微成像系統(tǒng)的微掃描定標(biāo)方法》(申請(qǐng)?zhí)枮?010106171933. 7)的不足之處，利用其微掃描位置標(biāo)定原理，并依據(jù)《光學(xué)微掃描顯微成像系統(tǒng)的微掃描定標(biāo)方法》之方法建立坐標(biāo)系，并在其初始位置標(biāo)定方法的基礎(chǔ)上，提出了一種位置標(biāo)定方法，目的是為了提供一種更為精確的微掃描各個(gè)位置的標(biāo)定方法，從而更進(jìn)一步提高系統(tǒng)的空間分辨力。本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的。一種光學(xué)微掃描顯微熱成像系統(tǒng)的自適應(yīng)微掃描位置標(biāo)定方法，其步驟如下I)基于光學(xué)微掃描顯微熱成像系統(tǒng),微掃描四個(gè)位置構(gòu)成一個(gè)四邊形，分別以四邊形對(duì)角點(diǎn)為一組將四個(gè)位置點(diǎn)分成兩組，每組中的兩個(gè)位置點(diǎn)以間隔180°旋轉(zhuǎn)光學(xué)平板，然后基于圖像之間的微位移計(jì)算標(biāo)定角度來進(jìn)行標(biāo)定；2)基于光學(xué)微掃描顯微熱成像系統(tǒng),微掃描的四個(gè)位置點(diǎn)在分組進(jìn)行標(biāo)定時(shí)，微掃描器旋轉(zhuǎn)的角度越小所產(chǎn)生的誤差越小，因此事先對(duì)標(biāo)定角設(shè)定一個(gè)閾值，對(duì)每個(gè)標(biāo)定位置處的標(biāo)定角分別進(jìn)行自適應(yīng)位置標(biāo)定，以得到更高的標(biāo)定精度。3)標(biāo)定每組為支點(diǎn)的初始位置，微掃描安裝位置P可能位于各個(gè)象限中，以P點(diǎn)在第一象限為例具體說明初始位置和對(duì)角線位置的標(biāo)定方法①獲得微掃描裝置安裝位置P(xP，yP)的圖像IP，旋轉(zhuǎn)裝置180°得到新位置Q (xQ，yQ)的圖像Iq，且Q點(diǎn)位于第三象限，則圓心O(Xt^ytl)的坐標(biāo)如式⑴

權(quán)利要求
1.一種光學(xué)微掃描顯微熱成像系統(tǒng)的自適應(yīng)微掃描位置標(biāo)定方法其步驟如下 1)基于光學(xué)微掃描顯微熱成像系統(tǒng)，微掃描四個(gè)位置構(gòu)成一個(gè)四邊形，分別以四邊形對(duì)角點(diǎn)為一組將四個(gè)位置點(diǎn)分成兩組，每組中的兩個(gè)位置點(diǎn)以間隔180°旋轉(zhuǎn)光學(xué)平板，然后基于圖像之間的微位移計(jì)算標(biāo)定角度來進(jìn)行標(biāo)定； 2)基于光學(xué)微掃描顯微熱成像系統(tǒng)，微掃描的四個(gè)位置點(diǎn)在分組進(jìn)行標(biāo)定時(shí)，微掃描器旋轉(zhuǎn)的角度越小所產(chǎn)生的誤差越小，因此事先對(duì)標(biāo)定角設(shè)定一個(gè)閾值，對(duì)每個(gè)標(biāo)定位置處的標(biāo)定角分別進(jìn)行自適應(yīng)位置標(biāo)定，以得到更高的標(biāo)定精度。
3)標(biāo)定每組為支點(diǎn)的初始位置，微掃描安裝位置P可能位于各個(gè)象限中，以P點(diǎn)在第一象限為例具體說明初始位置和對(duì)角線位置的標(biāo)定方法 ①獲得微掃描裝置安裝位置P(xP，yP)的圖像IP，旋轉(zhuǎn)裝置180°得到新位置Q(xQ，yQ)的圖像Iq，且Q點(diǎn)位于第三象限，則圓心0( ,%)的坐標(biāo)如式⑴
全文摘要
本發(fā)明公開了一種光學(xué)微掃描顯微熱成像系統(tǒng)的自適應(yīng)微掃描位置標(biāo)定方法，旨在使各個(gè)位置的標(biāo)定精度都有提高，其技術(shù)方案的要點(diǎn)是基于光學(xué)微掃描顯微熱成像系統(tǒng)，微掃描四個(gè)位置構(gòu)成一個(gè)四邊形，分別以四邊形對(duì)角點(diǎn)為一組將四個(gè)位置點(diǎn)分成兩組，每組中的兩個(gè)位置點(diǎn)以間隔180°旋轉(zhuǎn)光學(xué)平板，然后基于圖像之間的微位移計(jì)算標(biāo)定角度來進(jìn)行標(biāo)定；標(biāo)定每組為支點(diǎn)的初始位置當(dāng)一組對(duì)角點(diǎn)標(biāo)定完成后以間隔90°旋轉(zhuǎn)光學(xué)平板來進(jìn)行下一組的標(biāo)定，最終將四個(gè)點(diǎn)標(biāo)定出來；基于光學(xué)微掃描顯微熱成像系統(tǒng)，微掃描的四個(gè)位置點(diǎn)在分組進(jìn)行標(biāo)定時(shí)，事先對(duì)標(biāo)定角設(shè)定一個(gè)閾值，對(duì)每個(gè)標(biāo)定位置處的標(biāo)定角分別進(jìn)行自適應(yīng)位置標(biāo)定。
文檔編號(hào)G01J5/10GK102788644SQ20121024442
公開日2012年11月21日 申請(qǐng)日期2012年7月16日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月16日
發(fā)明者吳偉龍, 顧海華, 高美靜 申請(qǐng)人:燕山大學(xué)