[发明专利]零点定标方法及在光学微扫描显微热成像系统中的应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种光学平板旋转微扫描显微热成像系统的微扫描零点定标方法，属于红外热成像领域，可解决已研制光学微扫描显微热成像系统实用化的关键问题，提高系统的空间分辨力，该光学微扫描显微热成像系统可用于微电子芯片及其电路设计和故障检测、生物医学显微热成像分析、科学研究等领域，提供高分辨力微细热分析的技术手段。

背景技术

热成像技术目前在工业检测、医学诊断和科学研究等领域已获得广泛的应用，成为有效的热诊断工具。但目前大多数热成像系统为望远工作模式，不适宜应用在需要显微分析和检测的场合，影响了对事物的认识和故障的分析。而实际却有许多需要显微热分析和检测的场合。例如，在微电子集成芯片及其电路的设计、可靠性分析以及缺陷检测中，需要利用显微热成像技术进行非接触测量诊断；在生物医学诊断中，需要利用显微热成像技术对癌细胞的诊断与生长分析提供技术手段等。

为了满足上述领域的需要，国外90年代开始推出显微热成像系统。由于显微热成像属于放大成像，要求探测器具有较高的热灵敏度，因此，国外显微热成像系统的核心部件大多基于制冷型红外探测器，所以国外的显微热成像系统价格昂贵、功耗大、体积大、重量重。由于以上原因，显微热成像产品在国内的推广应用受到极大的限制。目前只有几篇关于进口制冷型热成像显微镜的使用报道。例如，电子5所1996年引进美国的EDO/BARNES公司的显微红外热像仪Infra-Sco-pe，它采用液氮制冷的InSb焦平面探测器，配置10^×，5^×，1^×，1/5^×的红外物镜，最高空间分辨力可达5μm。清华大学引进TVS-5000型显微热像仪进行热分析和热设计。而目前国内对显微镜热成像产品的研发还比较薄弱，尚无热成像显微镜产品出现。

非制冷焦平面探测器具有较高性价比、无需制冷、功耗低、体积小、重量轻等特性，特别是近年来随着热成像技术的发展，非制冷焦平面探测器成本大大降低，促进了在各种领域的应用。但目前尚未见到基于非制冷焦平面探测器显微热成像系统的专门报道或产品。

为此，申请人基于非制冷红外焦平面探测器研制了一种新型的显微热像仪，已申请了专利“显微热成像方法及其装置”(专利申请号：2007101001656)。由于探测器阵列规模较小(320×240或384×288)以及探测器单元尺寸较大(45μm×45μm或38μm×38μm)，为了获得更高的空间分辨力，我们进一步研究了一种基于光学平板旋转微扫描器的高分辨力显微热成像系统(如图1)，并申请了专利“带有光学平板微扫描器的高分辨力显微热成像方法”(专利申请号：200710160758.1)。其通过光路中倾斜平板的旋转，获得2×2微扫描的图像，进而经过过采样重构，获得高分辨力显微热图像。

然而在平板旋转微扫描显微热成像系统中，不论是系统安装还是检测之后，由于各次安装热成像组件的方位角不完全一致，需要对2×2微扫描零点(角度)位置进行新的标定，否则所采集的4幅图像微位移位置偏离标准2×2微扫描的正立方形，过采样重构的图像质量比双线性放大的质量差，光学平板微扫描系统的设计功亏一篑，系统的空间分辨力得不到提高。为解决上述问题，本发明基于几何原理和数字图像处理方法，研究利用两帧图像的微位移确定微扫描零点及过采样重构的方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种零点定标方法及在光学微扫描显微热成像系统中的应用，以实现申请人已发明专利“带有光学平板微扫描器的高分辨力显微热成像装置”中微扫描零点定标，从而提高系统空间分辨力。该方法采用两帧图像的亚像素级微位移完成零点定标，使系统空间分辨力明显提高。

本发明的目的是通过下述技术方案实现的。

本发明的一种零点定标方法，以旋转台测试零点为起点，采集第一幅图像，然后顺时针选转90°采集第二幅图像；利用频率域图像配准技术计算两幅图像之间的微位移，然后基于几何原理和标准2×2微扫描原理确定到微扫描器零点需要旋转的角度和方向；

角度和方向共分为如下四种情况：

①x＞0，y＞0，顺时针旋转光学平板度；

②x＞0，y＜0，逆时针旋转度；

③x＜0，y＜0，逆时针旋转度；

④x＜0，y＞0，顺时针旋转度；

特例：

①若x＝0，则将光学平板顺时针旋转90°即可；

②若x＝0，则将光学平板逆时针旋转90°即可；

③若y＝0，则将光学平板逆时针旋转180°即可；