[发明专利]光学微扫描显微热成像系统的自适应微扫描位置标定方法

说明书

技术领域

本发明属于光电成像技术领域，涉及一种光学微扫描显微热成像系统的2×2微扫描各位置自适应标定方法。

背景技术

显微热成像能够获得物体细部的微弱温度分布，在大规模集成电路芯片设计与检测、MEMS/MOEMS器件的热分析、生物医学方向诊断等领域具有广泛的应用前景。由于焦平面探测器空间离散采样以及探测器单元的空间积分效应等的影响，显微热成像一般属于欠采样成像，甚至接近光学衍射限成像。利用微扫描技术可在不改变探测器结构(增加探测器数目和减小探测器像元尺寸)的情况下，减小空间采样间距，增加了空间抽样率，从而减小图像中的频谱混淆，提高分辨率，改善热成像的图像质量。

在整个成像过程中，微扫描技术对同一场景进行多次采样，在保持视场不变的前提下焦平面阵列每次位移的尺寸是相同的，都是探测器间距的1/N（N为整数），最后得到的微扫描图像的像素数目是原来的N²倍，获得了场景的更多信息，从而大大提高系统空间分辨率。

北京理工大学光电成像技术与系统教育部重点实验室采用光学平板旋转微扫描技术，实现了带有光学微扫描的显微热成像实验系统(如图1所示)。在该系统中，光学平板支座保证光学平板与成像系统光轴保持一定倾角θ，当平板绕光轴进行方位角旋转时，会集光束的聚焦点将在成像面上形成以原像点为中心，Δ为半径的圆周(如图2所示)。如果以探测器阵列的直角坐标系为基准，旋转光学平板使其分别在45°、135°、225°和315°等4个位置进行图像采样，四个标准位置构成一个正立的正方形(如图3中粗实线)，且根据光学平板的折射率n，设计平板厚度d和倾斜角度θ，使(其中L为探测器单元的中心距)，则由此获得标准2×2微扫描模式下的4幅低分辨力欠采样图像。

但不论是系统安装还是检测之后，由于各次安装属于可拆卸模式的成像组件的方位角不完全一致，每次安装后探测器方向与电控旋转平台的零点定位均存在一定的偏差。如果仍按安装位置来确定后续的旋转位置，进行2×2微扫描，则4个微扫描位置够不成正立的正方形(如图3中的双点划线)，因此难以得到标准2×2的微扫描模式下相互之间水平和垂直错位1/2探测器间距的4幅低分辨力图像，直接影响后续高分辨力图像的重构，无法提高系统空间分辨力，有时分辨力甚至会降低。因此，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微扫描的正立正方形，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，专利号为ZL200810183262.0的发明专利《零点定标方法及在光学微扫描显微热成像系统中的应用》中提出了一种利用图像配准方法对相继旋转90°的两幅图像计算其微位移，继而利用几何方法标定微扫描初始位置点的方法，然后采用间隔90°的方法确定其它3个微扫描位置。该方法由于各种误差积累，造成四个微扫描位置所成的四边形偏离正立正方形。为此，同样根据图像配准理论和几何方法的申请号为2010106171933.7的发明专利《光学微扫描显微成像系统的微扫描定标方法》中提出了一种基于相继旋转180°的两幅图像之间的微位移标定微扫描初始位置的方法，然后在每旋转90°后得到的其他位置上也进行一次标定，提高了微扫描器位置的标定精度。但在实验中我们发现：相继旋转180°标定初始位置后，虽然按照每旋转90°的方法进行标定但微扫描位置仍然会产生误差。这主要因为两方面，一方面是光学平板旋转的轨迹并不是一个标准的圆周；另一方面虽然在每个位置进行了标定，但是由于微扫描器旋转时角度不精确及环境温度变化的影响，使得实际微扫描位置与理想位置还是有偏差的，需要反复校正。因此，本专利将根据微位移成像的原理，利用几何方法，研究光学平板旋转微扫描系统的各个扫描位置确定方法，提出了自适应位置标定方法。

发明内容

本发明针对《零点定标方法及在光学微扫描显微热成像系统中的应用》（专利号为ZL200810183262.0）和《光学微扫描显微成像系统的微扫描定标方法》（申请号为2010106171933.7）的不足之处，利用其微扫描位置标定原理，并依据《光学微扫描显微成像系统的微扫描定标方法》之方法建立坐标系，并在其初始位置标定方法的基础上，提出了一种位置标定方法，目的是为了提供一种更为精确的微扫描各个位置的标定方法，从而更进一步提高系统的空间分辨力。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的。

一种光学微扫描显微热成像系统的自适应微扫描位置标定方法，其步骤如下：