[发明专利]光镊系统微粒轴向纳米级位移测量方法

摘要

本发明涉及一种光镊系统微粒轴向纳米级位移测量方法，包括下列步骤：在光镊系统的成像光路探测端放置CMOS相机，运行光镊系统；固定待测微粒；测量标定；测量参数设定及优化；对于实时微粒的图像，按照以上优化好的图像处理参数得到实时的平方梯度值；将平方梯度值代入拟合关系式中，最终得微粒的实时轴向位置。

主权项

1.一种光镊系统微粒轴向纳米级位移测量方法，包括下列步骤：(1)在光镊系统的成像光路探测端放置CMOS相机，运行光镊系统；(2)固定待测微粒1)将被测样品池装载到位移台上；2)控制位移台，使其沿轴向方向运动Z₀，使光阱的中心位置到载玻片的距离为Z₀；3)使用光阱捕获单个微粒。4)计算整个光镊系统的景深DOF，根据景深DOF选取标定范围Z_c并选取微粒偏移光阱中心位移量Δz；5)调节位移台的轴向位置，使其向着微粒的方向移动Z₀'：Z₀'＝Z₀‑R_p+Δz，其中，Z₀为初始阱的中心位置到载玻片的距离，R_p为已知被测试粒子的半径；(3)测量标定1)使位移台以预设的步进精度沿轴向标定方向运动，每当位移台运动到一个新位置Z，CMOS相机记录全视场成像并剪裁被测对象成像部分的图像；2)将采集的被测对象成像部分的图像滤波去噪，计算每一副图像的平方梯度G_{sq_grad}；(3)、将G_{sq_grad}值归一化并与微粒的轴向位置对应，将二者的函数关系进行线性拟合，得出：G_n＝kz+b，其中:G_n为归一化后的梯度值，k，b为线性拟合系数；(4)测量参数设定及优化1)计算线性拟合产生的残差平方和，并计算其2范数得到测量偏差S；2)利用线性拟合得到的斜率的绝对值k以及S构成系统优化判据：S<49.5k；3)不断调试粒子形貌参数以及图像处理参数，直到拟合直线满足优化判据；(5)测量结果1)对于实时微粒的图像，按照以上优化好的图像处理参数得到实时的平方梯度值；2)将平方梯度值代入拟合关系式中，最终得微粒的实时轴向位置z。