[发明专利]一种考虑非线性的荧光染色薄膜厚度测量标定方法

说明书

本发明提供了一种考虑非线性的荧光染色薄膜厚度测量标定方法，能够有效提高荧光染色薄膜厚度的测量精度以及量程。本发明考虑激发诱导荧光成像系统中荧光强度与荧光染色薄膜厚度之间的非线性。通过使用不同标准厚度薄膜的荧光照片，基于多项式建立每个像素单元的薄膜厚度与荧光强度之间的关系式，然后构建标定系数方程组并求解，得到标定系数表。拍摄待测薄膜的荧光照片，基于标定系数表以及薄膜厚度与荧光强度之间的关系式，计算得到每一像素单元对应的薄膜厚度。可显著减小由荧光强度与荧光染色薄膜厚度之间的非线性所带来的测量误差，能有效提高荧光染色薄膜厚度的测量精度以及量程。

技术领域

本发明涉及测量标定技术领域，具体涉及一种考虑非线性的荧光染色薄膜厚度测量标定方法。

背景技术

荧光染色薄膜厚度测量技术是一种通过激发诱导荧光成像，测量透明荧光介质薄膜厚度的技术，可用于测量液体和固体薄膜的厚度，如测量结构间隙的高度、表面凹槽的深度以及LED荧光薄膜厚度等，在机械、电子、生物等行业中均有应用。根据Beer-Lambert定律，均匀含有荧光物质的透明液体或固体薄膜在受到垂直入射的光线激发时，产生的荧光强度与薄膜厚度呈如下关系：

常规标定方法考虑在一定范围内荧光强度与薄膜厚度之间呈线性关系，通过实验拟合得到线性系数，直接由荧光强度计算出薄膜厚度。然而，由于真实的关系是非线性的，线性化处理会带来截断误差。因此，随着薄膜厚度增加，测量值与真实厚度之间的误差逐渐变大，这使得基于常规标定方法测量的量程受到限制，精度难以保证。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种考虑非线性的荧光染色薄膜厚度测量标定方法，能够有效提高荧光染色薄膜厚度的测量精度以及量程。

本发明的一种考虑非线性的荧光染色薄膜厚度测量标定方法，使用不同标准厚度薄膜的荧光照片，基于多项式建立每个像素单元对应的荧光强度与薄膜厚度之间的关系式，根据荧光强度与薄膜厚度之间的关系式构建标定系数方程组并求解，得到标定系数表；对于待测薄膜的荧光照片，基于标定系数表以及薄膜厚度与荧光强度之间的关系式，计算得到每一像素单元对应的薄膜厚度。

其中，所建立的薄膜厚度与荧光强度之间的关系式为：

其中，为第k张图片的第i行、第j列像素单元对应的薄膜厚度；为第i行、第j列像素单元对应的n阶标定系数；为第i行、第j列像素单元对应的第k张图片的荧光强度；i、j分别为像素单元所在行和列的编号；n为基函数的阶次；N为基函数的总阶数；k为图片编号，k＝1，2,3…K；K为图片总数，且K＝N+1。

其中，标定系数线性方程组如下：

其中，待测像素单元的薄膜厚度为：

其中，为第k张图片的第i行、第j列像素单元对应的薄膜厚度；为第i行、第j列像素单元对应的n阶标定系数；为第i行、第j列像素单元对应的第k张图片的荧光强度；i、j分别为像素单元所在行和列的编号；n为基函数的阶次；N为基函数的总阶数；k为图片编号，k＝1，2,3…K；K为图片总数,且K＝N+1。

其中，通过以下步骤实现：

步骤S1:给定需要考虑的多项式阶数N；

步骤S2:拍摄不同标准厚度薄膜的荧光照片，总数为N+1；

步骤S3:对某一像素单元，建立薄膜厚度与荧光强度之间的关系式；

据此构建标定系数线性方程组；

步骤S4:求解步骤S3得到的标定系数线性方程组，得到标定系数数组；

步骤S5:对所有像素单元执行步骤S3-S4，得到标定系数表；