專利名稱：光學(xué)微掃描顯微熱成像系統(tǒng)的微掃描定標(biāo)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微掃描各點定標(biāo)方法。
背景技術(shù)：
在光學(xué)平板旋轉(zhuǎn)微掃描顯微熱成像系統(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θ，當(dāng)平板繞光軸進(jìn)行方位角旋轉(zhuǎn)時，會集光束的聚焦點將在成像面上形成以原像點為中心，Δ為半徑的圓周。如果以探測器陣列的直角坐標(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個位置進(jìn)行圖像采樣，且根據(jù)光學(xué)平
板的折射率η，設(shè)計平板厚度d和傾斜角度θ，使= (其中L為探測器單元的中心
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。定義系統(tǒng)微掃描零點為標(biāo)準(zhǔn)2X2微掃描模式下采集第一幅欠采樣圖像的位置。但不論是系統(tǒng)安裝還是檢測之后，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，每次安裝后探測器方向與電控旋轉(zhuǎn)平臺的零點定位均存在一定的偏差。 如果仍按以前確定的旋轉(zhuǎn)位置進(jìn)行2 X 2微掃描，則由于微掃描零點位置的偏差，造成所有微掃描位置的偏差，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位1/2探測器間距的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，有時分辨力甚至?xí)档汀Ｒ虼?，需要?X2微掃描零點(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)2Χ 2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，申請?zhí)枮?00810183^2.0
公開日為2009年7月22日的申請 “零點定標(biāo)方法及在光學(xué)微掃描顯微熱成像系統(tǒng)中的應(yīng)用”基于幾何原理和數(shù)字圖像處理方法，研究利用兩幀圖像的微位移確定微掃描零點及過采樣重構(gòu)的方法。此申請的方法完成了某一固定理想位置點的定標(biāo)，即2X2掃描起始點后，直接尋找這兩點之間的聯(lián)系，進(jìn)而控制光學(xué)平板旋轉(zhuǎn)加以調(diào)節(jié)，將其他三個點通過光學(xué)平板分別旋轉(zhuǎn)90°實現(xiàn)。它的不足在于，只有第一個點即微掃描零點完成了定標(biāo)，后面的三個微掃描點沒有完成標(biāo)定，所以其余三個點存在誤差，還需借助后期圖像加工處理手段，方可使用。而且不管待定標(biāo)的點所位何處，倘若校正角度過大，由于外界環(huán)境條件的不確定性，以及旋轉(zhuǎn)臺精密控制器或高精度自動旋轉(zhuǎn)平臺等的機械原因，都會造成誤差。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對申請?zhí)枮?00810183^2. 0的申請“零點定標(biāo)方法及在光學(xué)微掃描顯微熱成像系統(tǒng)中的應(yīng)用”的不足之處，在繼承其優(yōu)勢的基礎(chǔ)上加以改進(jìn)，目的是提供一種更為精確的零點及其他三個微掃描點的定標(biāo)方法，從而更進(jìn)一步提高系統(tǒng)空間分辨力。1)選定基準(zhǔn)A，A為成像系統(tǒng)剛剛啟動時捕捉到的像點，或成像系統(tǒng)工作中光學(xué)平板停止任意角度時捕捉到的像點，以A為原點建立坐標(biāo)系XAY ；2)將光學(xué)平板順時針旋轉(zhuǎn)180°，此時的像點為待定標(biāo)點B1，計算該待定標(biāo)點&的坐標(biāo)；3)以線段AB1的中點為圓心，以線段AB1為直徑，建立圓0，以0為原點，建立坐標(biāo)系 Z0W;4)計算圓心0在坐標(biāo)系XAY的坐標(biāo)(Xq，y0)；5)對當(dāng)前待定標(biāo)點B1,根據(jù)預(yù)定的定標(biāo)規(guī)則1確定光學(xué)平板的旋轉(zhuǎn)角度和旋轉(zhuǎn)方向，利用所確定的旋轉(zhuǎn)角度和旋轉(zhuǎn)方向，對光學(xué)平板進(jìn)行旋轉(zhuǎn)將待定標(biāo)點移至理想點，采集第一幅圖像；6)將光學(xué)平板順時針旋轉(zhuǎn)90°，此時的像點為待定標(biāo)點4，計算該待定標(biāo)點在坐標(biāo)系XAY的坐標(biāo)；7)對當(dāng)前待定標(biāo)點，根據(jù)預(yù)定的標(biāo)定規(guī)則2進(jìn)行定標(biāo)并對光學(xué)平板進(jìn)行旋轉(zhuǎn)使其到達(dá)2X2微掃描的第二個成像位置，采集第二幅圖像；8)繼續(xù)將光學(xué)平板順時針旋轉(zhuǎn)90°，此時的像點為待定標(biāo)點氏，計算該待定標(biāo)點在坐標(biāo)系XAY的坐標(biāo)；9)對當(dāng)前待定標(biāo)點根據(jù)預(yù)定的標(biāo)定規(guī)則2得到當(dāng)前微掃描成像位置，采集第三幅圖像；10)繼續(xù)將光學(xué)平板順時針旋轉(zhuǎn)90°，此時的像點為待定標(biāo)點B4，計算該待定標(biāo)點在坐標(biāo)系XAY的坐標(biāo)；11)對當(dāng)前待定標(biāo)點根據(jù)預(yù)定的標(biāo)定規(guī)則2得到當(dāng)前微掃描成像位置，采集第四幅圖像；所述的預(yù)定的定標(biāo)規(guī)則1，具體是1)在以點A為原點的坐標(biāo)系XAY中，利用圖像配準(zhǔn)算法，得出當(dāng)前待定標(biāo)點的坐標(biāo)(Xl，yi)，計算它與O點連成的線段與Z軸所成的夾角θ，計算所要旋轉(zhuǎn)的校正角度α為 45° -Θ ；2)計算當(dāng)前待定標(biāo)點在坐標(biāo)系ZOW中的坐標(biāo)(X。，Y0)；3)當(dāng)待定標(biāo)點的坐標(biāo)(X。，Y0)在坐標(biāo)系ZOW中位于第一象限或第三象限時當(dāng)α > 0，對光學(xué)平板逆時針旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)角度為I α | ；當(dāng)α < 0，對光學(xué)平板順時針旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)角度為I α | ；當(dāng)待定標(biāo)點的坐標(biāo)(Xtl, Y0)在坐標(biāo)系ZOW中位于第二象限或第四象限時當(dāng)α > 0，對光學(xué)平板順時針旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)角度為I α當(dāng)α < 0，對光學(xué)平板逆時針旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)角度為I α |。所述的預(yù)定的定標(biāo)規(guī)則2，具體是(1)以標(biāo)定好微掃描零點B點為起點，將光學(xué)平板順時針旋轉(zhuǎn)90°，此時到達(dá)一個點C并采集圖像，MNPQ為圓0的內(nèi)接正方形，N、Μ、P、Q分別在坐標(biāo)系ZOW的第一、二、三、 四象限，R為過C點做的Z軸平行線與直線NR的交點，與內(nèi)接正方形如果C點在P點下方； 根據(jù)圖像配準(zhǔn)的算法，得到此時C點的坐標(biāo)(x，y)，根據(jù)Q、C兩點坐標(biāo)值計算出Z SOC的大小，計算方法如下根據(jù)C點相對Q點的坐標(biāo)(X，y)，可以計算出
ZQCR = arctg-
XZ PQC = Z QCR而ζ OQP = 45°由圖知.ZOCQ= ZOQC = ZOQP+ ZPQC = 45°+arc議Z
χ所以ZS0C= ZQCR = Z0C2 + arct^x = 45° + 2^f然后將光學(xué)平板順時針旋轉(zhuǎn)ZPOC = ZSOC-45°,則從C點轉(zhuǎn)到到ρ
點，得到當(dāng)前微掃描成像位置。如果C點在P點上方，則有
ZOCQ = AOQC = 45° - arctg^-
χ
ZOCR = ZOCQ - arctgZ = 45° - IarctgL
χχ
ZSOC = ZOCR = 45° - Iarctg^-
X
ZPOC = 45° - ZSOC = Iarctg^-
X此時將光學(xué)平板逆時針旋轉(zhuǎn)ZPOC = Iarctg^-，即從C點轉(zhuǎn)到到ρ點，得到當(dāng)前微
X
掃描成像位置。有益效果相對于申請?zhí)枮?00810183^2. O的專利“零點定標(biāo)方法及在光學(xué)微掃描顯微熱成像系統(tǒng)中的應(yīng)用”，本發(fā)明的方法，不僅第一個點準(zhǔn)確，而且，對其余三個點用另一種方法完成了定標(biāo)，這樣就可以直接取得四幅理想位置上的圖像，經(jīng)過合成，就可以得到原物體清晰的像，提高系統(tǒng)的分辨力。這也是此方法最大的創(chuàng)新點和優(yōu)勢所在。另外，本發(fā)明的方法是建立待定標(biāo)點與其附近的理想掃描位置點的關(guān)系，其中所涉及到的校正角度皆小于 45°，相對較小，因此精度較高。并且，本發(fā)明計算旋轉(zhuǎn)角度大小的算式是一致的，就記憶方面來說，有規(guī)律可循， 容易記憶；就操作方面來說，容易使之程序化，減少工作量。


圖1是探測器陣列上像點軌跡；圖2是單塊光學(xué)平板旋轉(zhuǎn)2X2微掃描示意圖；圖3是標(biāo)準(zhǔn)2 X 2微掃描模式成像位置；圖4是微掃描零點偏差下的成像位置；
圖5是建立坐標(biāo)系后的掃描位置圖樣；圖6是本發(fā)明的\ > 0，Ytl < 0且C點位于P點下方的2X2微掃描第二個點P的定標(biāo)示意圖；圖7是本發(fā)明的\ > 0，Ytl < 0且C點位于P點上方的2X2微掃描第二個點P的定標(biāo)示意圖；圖8是本發(fā)明的\ > 0，Ytl > 0微掃描零點的確定示意圖；圖9是\ > 0，Ytl < 0微掃描零點的確定示意圖；圖10是本發(fā)明的)(。< 0，Y。< 0微掃描零點的確定示意圖；圖11是實際光學(xué)平板旋轉(zhuǎn)微掃描顯微成像系統(tǒng)微掃描零點定標(biāo)前后按標(biāo)準(zhǔn)2X2 微掃描模式采集4幅圖像的微位移位置圖，其中(a)是零點定標(biāo)前的微位移位置圖，(b)是零點定標(biāo)后的微位移位置圖；圖12是本發(fā)明微掃描第一個點即零點定標(biāo)中計算光學(xué)平板的旋轉(zhuǎn)方向以及相應(yīng)的旋轉(zhuǎn)角度的具體流程具體實施例方式圖1是探測器陣列上像點軌跡；圖2是單塊光學(xué)平板旋轉(zhuǎn)2X2微掃描示意圖；圖 3是標(biāo)準(zhǔn)2X2微掃描模式成像位置；圖4是微掃描零點偏差下的成像位置；圖5是建立坐標(biāo)系后的掃描位置圖樣。假設(shè)其中A點為系統(tǒng)剛剛啟動所捕捉到的，或工作中光學(xué)平板停止后的任意角度的像點。若以此點為掃描起始點，則不能夠?qū)崿F(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)的2X2微掃描模式。因此，需要對A 點進(jìn)行標(biāo)定，使其移動到標(biāo)準(zhǔn)的掃描位置點上，做法如下。以A為原點(0，0)建立直角坐標(biāo)系，將光學(xué)平板旋轉(zhuǎn)180°，目的是要尋找到與A
點距離最大的B點，也就是使+ Y達(dá)到最大值的(Xl，yi)，則A、B兩點的連線即為圓的
一條直徑，線段AB的中點就是圓心0。M、N、P、Q四個點為完成標(biāo)準(zhǔn)2X2微掃描所要求取的四個像點的位置，它們分別分布在第二象限、第一象限、第四象限、第三象限，將這四個點順序連接起來則是圓的一個內(nèi)接正方形，且其四邊與橫、縱坐標(biāo)軸分別平行。S為X軸負(fù)半軸上的一點，Z為X軸正半軸的一點，W為Y軸正半軸上的一點。在以點A為原點的坐標(biāo)系 XAY中，利用圖像配準(zhǔn)算法，得出B點的坐標(biāo)(Xl，Y1)，因為線段AB為圓的直徑，根據(jù)兩點的坐標(biāo)值(0，0)和(xi; yi)，進(jìn)而可以得到圓心0的坐標(biāo)( ，y0)。再由0點和B點的坐標(biāo)聯(lián)合計算出Z BOZ的大小，ΔΒΟΖ = arctanj^~
I^i 一 -^o I下面將以B點在坐標(biāo)系ZOW中坐標(biāo)(X。，Y0)的不同的位置情況來討論，其中\(zhòng) = Xl/2，Y0 = yi/2。 I .X0 > 0, Y0 < 0微掃描零點的確定 如圖5所示。因為正方形MNPQ的特殊性，由幾何原理可得Z QOZ = 45°。將計算出來的Z BOZ與Z QOZ進(jìn)行比較，若Z BOZ < 45°，則B點在Q點上方，將此兩角作差 45° -Z Β0Ζ,則得到Z BOQ的大小。此時只要將光學(xué)平板順時針旋轉(zhuǎn)Z B0Q, B點和Q點即可重合，達(dá)到定標(biāo)的目的；若Z BOZ > 45°，則B點在Q點的下方，此時只要將光學(xué)平板逆時針旋轉(zhuǎn)Z BOQ到達(dá)Q點，即可完成定標(biāo)。這樣物體透過光學(xué)平板在探測器上所成的像點就落在了 Q點的位置上，至此亦完成了第一個點的定標(biāo)工作，此時即可采集第一幅圖像。Q點定標(biāo)完成后，再將光學(xué)平板順時針旋轉(zhuǎn)90°。由于光學(xué)平板的不平整性、旋轉(zhuǎn)的不均勻性或震動等因素的存在，致使所成像點不能準(zhǔn)確的落在P點的位置上，若這時采集圖像的話，必然造成誤差，影響后續(xù)圖像重構(gòu)工作的質(zhì)量，限制了系統(tǒng)分辨力的提高，最終的圖像達(dá)不到十分清晰的再現(xiàn)物體的目的。為此，需要再次進(jìn)行定標(biāo)，使所成像點調(diào)整到 P點的位置。如圖6所示，此時所成像點雖不與P點重合，但亦在P點附近的C點，如果C點在 P點下方。根據(jù)圖像配準(zhǔn)的算法，得到此時C點的坐標(biāo)(x，y)，根據(jù)Q、C兩點坐標(biāo)值計算出 Z SOC的大小，計算方法如下根據(jù)C點相對Q點的坐標(biāo)(X，y)，可以計算出
權(quán)利要求
1. 一種光學(xué)微掃描顯微成像系統(tǒng)的微掃描定標(biāo)方法，其特征在于，該方法的實現(xiàn)過程為1)選定基準(zhǔn)A，A為成像系統(tǒng)剛剛啟動時捕捉到的像點，或成像系統(tǒng)工作中光學(xué)平板停止任意角度時捕捉到的像點，以A為原點建立坐標(biāo)系XAY ；2)將光學(xué)平板順時針旋轉(zhuǎn)180°，此時的像點為待定標(biāo)點B1，計算該待定標(biāo)點B1的坐標(biāo)；3)以線段AB1的中點為圓心，以線段AB1為直徑，建立圓0，以0為原點，建立坐標(biāo)系ZOff ；4)計算圓心0在坐標(biāo)系XAY的坐標(biāo)(Xq，y0)；5)對當(dāng)前待定標(biāo)點B1,根據(jù)預(yù)定的定標(biāo)規(guī)則1確定光學(xué)平板的旋轉(zhuǎn)角度和旋轉(zhuǎn)方向， 利用所確定的旋轉(zhuǎn)角度和旋轉(zhuǎn)方向，對光學(xué)平板進(jìn)行旋轉(zhuǎn)將待定標(biāo)點移至理想點，采集第一幅圖像；6)將光學(xué)平板順時針旋轉(zhuǎn)90°，此時的像點為待定標(biāo)點氏，計算該待定標(biāo)點在坐標(biāo)系 XAY的坐標(biāo)；7)對當(dāng)前待定標(biāo)點，根據(jù)預(yù)定的標(biāo)定規(guī)則2得到當(dāng)前微掃描成像位置，完成對第二個點的定標(biāo)，采集第二幅圖像；8)繼續(xù)將光學(xué)平板順時針旋轉(zhuǎn)90°，此時的像點為待定標(biāo)點B3,計算該待定標(biāo)點在坐標(biāo)系XAY的坐標(biāo)；9)對當(dāng)前待定標(biāo)點根據(jù)預(yù)定的標(biāo)定規(guī)則2得到當(dāng)前微掃描成像位置，完成對第三個點的定標(biāo)，采集第三幅圖像；10)繼續(xù)將光學(xué)平板順時針旋轉(zhuǎn)90°，此時的像點為待定標(biāo)點B4,計算該待定標(biāo)點在坐標(biāo)系XAY的坐標(biāo)；11)對當(dāng)前待定標(biāo)點根據(jù)預(yù)定的標(biāo)定規(guī)則2得到當(dāng)前微掃描成像位置，完成對第四個點的定標(biāo)，采集第四幅圖像；所述的預(yù)定的定標(biāo)規(guī)則1，具體是1)在以點A為原點的坐標(biāo)系XAY中，利用圖像配準(zhǔn)算法，得出當(dāng)前待定標(biāo)點的坐標(biāo) (X1, Y1),計算它與0點連成的線段與Z軸所成的夾角θ，計算所要旋轉(zhuǎn)的校正角度α為 45° -Θ ；2)計算當(dāng)前待定標(biāo)點在坐標(biāo)系ZOW中的坐標(biāo)0CQ，YQ)；3)當(dāng)待定標(biāo)點的坐標(biāo)(Xtl,Y0)在坐標(biāo)系ZOW中位于第一象限或第三象限時 當(dāng)α > 0，對光學(xué)平板逆時針旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)角度為I α I ；當(dāng)α < 0，對光學(xué)平板順時針旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)角度為I α I ； 當(dāng)待定標(biāo)點的坐標(biāo)(Xci, Y0)在坐標(biāo)系ZOW中位于第二象限或第四象限時 當(dāng)α > 0，對光學(xué)平板順時針旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)角度為I α 當(dāng)α < 0，對光學(xué)平板逆時針旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)角度為I α I ； 所述的預(yù)定的定標(biāo)規(guī)則2，具體是以標(biāo)定好微掃描零點B點為起點，將光學(xué)平板順時針旋轉(zhuǎn)90°，此時到達(dá)一個點C并采集圖像，MNPQ為圓0的內(nèi)接正方形，N、Μ、P、Q分別在坐標(biāo)系ZOW的第一、二、三、四象限， R為過C點做的Z軸平行線與直線NR的交點，與內(nèi)接正方形如果C點在P點下方；根據(jù)圖像配準(zhǔn)的算法，得到此時C點的坐標(biāo)(X，y)，根據(jù)Q、C兩點坐標(biāo)值計算出Z SOC的大小，計算方法如下根據(jù)C點相對Q點的坐標(biāo)(X，y)，可以計算出 ZQCR = arctg-XZPQC=Z QCR 而Z OQP = 45°由圖知.ZOCQ 二 ZOQC = ZOQP + ZPQC = 45° + arctg^ χ所以:ZSOC = ZQCR = ZOCQ + arctg= 45。+ 2arctg^XX然后將光學(xué)平板順時針旋轉(zhuǎn)ZPOC = ZSOC - 45° = Iarctg^-，則從C點轉(zhuǎn)到到P點，得χ到當(dāng)前微掃描成像位置，完成第二個微掃描成像點的定標(biāo)； 如果C點在P點上方，則有ZOCQ 二 ΖΟβ = 45。- arctgXZOCR = ZOCQ - arctg= 45° — Iarctg^-XχZSOC = ZOCR = 45° -Iarctg^χZPOC = 45° - ZSOC = Iarctg^-X此時將光學(xué)平板逆時針旋轉(zhuǎn)ZPOC = Iarctg^-，即從C點轉(zhuǎn)到到P點，得到當(dāng)前微掃描成像位置，完成第二個微掃描成像點的定標(biāo)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種光學(xué)微掃描顯微成像系統(tǒng)的微掃描定標(biāo)方法，屬于成像領(lǐng)域。本發(fā)明針對申請?zhí)枮?00810183262.0的發(fā)明“零點定標(biāo)方法及在光學(xué)微掃描顯微熱成像系統(tǒng)中的應(yīng)用”的不足之處，在繼承其優(yōu)勢的基礎(chǔ)上加以改進(jìn)，相比于專利“零點定標(biāo)方法及在光學(xué)微掃描顯微熱成像系統(tǒng)中的應(yīng)用”，本發(fā)明不僅完成了準(zhǔn)確第一個微掃描點的定標(biāo)，而且，其余三個采像點也是通過同樣的方法定標(biāo)來的，這樣就可以直接取得四幅理想位置上的圖像，經(jīng)過合成，就可以得到原物體清晰的像，因而提供一種更為精確的零點定標(biāo)方法，從而更進(jìn)一步提高成像系統(tǒng)空間分辨力。
文檔編號G01J5/10GK102183305SQ20101061793
公開日2011年9月14日 申請日期2010年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月31日
發(fā)明者張磊, 金偉其, 高美靜 申請人:燕山大學(xué)