本发明专利技术涉及帧间差分过采样重构方法及在微扫描显微热成像中的应用，属于红外热成像领域。本发明专利技术采用光学平板旋转微扫描器，以微扫描零点为起点采集４幅非标准２×２微扫描图像，利用基于泰勒展开原理的帧间差分过采样重构法获得标准２×２微扫描图像并经过直接过采样重构得到高分辨力图像。该帧间差分过采样重构图像无论是视觉效果还是评价参数均比直接过采样好，包含更多的信息量，可分辨的细节更多一些，而且较原始低分辨力图像的空间分辨力明显提高，同时图像得到了放大。该方法还可以应用于其它光学微扫描光电成像系统中来进一步提高系统空间分辨力，挖掘系统潜力。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种光学微扫描显微热成像系统的帧间差分过采样重构方法， 属于红外热成像领域，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，为它们提供高分辨力微细热分析的手段。
技术介绍
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，国外卯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，所以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InfraScope,它釆用液氮制冷的InSb焦平面探测器，配置10x， 5X， lx， 1/5，红外物镜，最高空间分辨力可达5,。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。而非制冷焦平面探测器具有较髙性价比、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)。理论 分析表明该显微热像仪的衍射限截止频率乂-58.14cydes/mm,探测器采样率 为22.22 cycles/mm，采样奈奎斯特频率为11.11 cycles/mm，系统属于欠采样系 统。欠采样是导致频谱混淆的直接因素，所以经红外显微物镜的热图像信号中 超过1U1 cycles/mm以上的频率成份将发生混淆，从而降低了图像质量，图像 空间分辨力较低。因此上述显微热像仪尚难满足需要高分辨力图像质量的显微 热分析领域的需求。光学微扫描是一种提高空间釆样率，获得高分辨力成像的有效技术途径。 我们研制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2x2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，由于系统实际加工、装调等的影响及系统工作机械震动等所带来的误 差因素，实际得到4幅低分辨力图像的微位移位置不是严格的正立正方形(如图2) ,即不能得到理想标准2x2微扫描模式所需沿水平和垂直方向分别移动半个像 素间距的微位移，对后续过采样重构图像质量造成影响。本专利技术将利用图2微 位移位置的4幅低分辨力图像获得标准2x2微扫描模式图像，并进行过采样重 构获得高分辨力的显微热图像。
技术实现思路
本专利技术的目的是为进一步提高申请人已专利技术专利"带有光学平板微扫描器 的高分辨力显微热成像装置"中显微热像仪的空间分辨力，而提供帧间差分过采 样重构方法及在微扫描显微热成像中的应用。该方法利用光学平板微扫描显微热成像系统以微扫描零点为起点采集4幅 非标准2x2微扫描模式图像，然后利用泰勒展开原理获得标准2x2微扫描图像并 完成过采样重构，该方法还可以应用于其它光学微扫描光电成像系统中。本专利技术所解决的技术问题是光学平板微扫描显微热成像系统无法获得标准 2x2微扫描图像，由这4幅图像直接插至得到的显微热图像的空间分辨力难以达 到预期效果，需要进一步提高系统空间分辨力。为此，本专利技术采用光学平板旋转微扫描器，以微扫描零点为起点采集4幅非标准2x2微扫描图像，然后利用帧间差分过采样重构法获得标准2x2微扫描图 像并经过直接过采样重构得到高分辨力图像，以满足微电子集成电路芯片及其 电路设计、医学诊断和科学研究领域对显微热分析的应用需求。 本专利技术的技术方案针对带有光学平板旋转微扫描器的显微热成像系统无法获得标准2x2微扫 描模式所需沿水平和垂直方向分别移动半个像素间距的微位移问题，基于泰勒 级数展开原理，本专利技术提出了一种帧间差分过采样重构法，可以利用实际采集的 非标准欠采样图像获得与标准2x2微扫描模式相当的高分辨力过采样图像。本专利技术的一种帧间差分过采样重构方法为-(l)当已知4幅非标准2x2微扫描欠釆样图像 Y-,并由微位移计算出位移矩阵A",则有X = A_1Y (1) X = = 其中，^其中,而^为^的伴随矩阵<Hflf,广。,3 -ailW7-a21W8-a3lW900w， w,.80(2)2W7 - 22 3广"23 32(3)、32(4)则由方程(l)可以得到等效的4幅标准2x2微扫描欠采样图像，即得到微位移位置为正立正方形的图像；(2)利用(1)的4幅标准2x2微扫描欠采样图像通过直接插值法得到过采样高分辨力图像。本专利技术的一种帧间差分过采样重构方法在光学平板旋转微扫描显微热成像 系统中的应用步骤如下(1) 通过红外显微物镜和光学平板将物体的红外辐射图像成像到红外焦平 面探测器上；(2) 按系统微扫描零点定标方法完成微扫描零点定标；(3) 由红外显微物镜所成场景的显微热图像通过光学平板后，以步骤(2)中 的微扫描零点为起点，在四个依次相差卯。的倾角条件下，得到4帧低分辨力图 像；(4) 通过图像采集卡依次将步骤(3)中的4帧低分辨力标准视频热图像转化为数字图像，并存于计算机中；(5) 利用步骤(4)中得到的4幅非标准欠采样图像，通过帧间差分过采样重构 方法获得与标准2x2微扫描相当的一幅高分辨力过采样热图像；(6) 对步骤(5)中的高分辨力图像进行显微热图像显示、分析、存储和其它(如 超分辨力复原)处理。所述步骤(3)具体包括光学平板微扫描控制器控制旋转台的旋转，实现4 个方向的微位移成像，得到非标准2x2微扫描欠采样图像。 有益效果本专利技术针对带有光学平板旋转微扫描器的显微热成像系统无法获得标准 2x2微扫描模式所需沿水平和垂直方向分别移动半个像素间距的微位移问题，基 于泰勒级数展开原理，提出了一种帧间差分过采样重构方法，可以利用实际采 集的非标准欠釆样图像获得标准2x2微扫描模式的高分辨力过采样图像。处理 算法可有效提高显微热成像的空间分辨力。由于处理算法简单，计算量小，可 实现快速处理。可促进带有光学平板微扫描器的显微热成像技术在各种领域的 应用，提髙设计、实验分析和研究的技术水平，提高诊断的效率与可靠性，使 其应用于更多的场合。由于类似不规则微扫描的不可控微扫描成像问题在许多可见光和红外成像7系统应用中普遍存在，因此，本文档来自技高网...
【技术保护点】
帧间差分过采样重构方法，其特征在于： （１）当已知４幅非标准２×２微扫描欠采样图像 Ｙ＝［ｇ↓［１］（ｉ，ｊ），ｇ↓［２］（ｉ，ｊ），ｇ↓［３］（ｉ，ｊ），ｇ↓［４］（ｉ，ｊ）］，并由微位移计算出位移矩阵Ａ↑［－１］，则有 Ｘ＝Ａ↑［－１］Ｙ （１） Ｘ＝［ｘ↓［１］，ｘ↓［２］，ｘ↓［３］，ｘ↓［４］］＝［Ｏ（２ｉ－１，２ｊ－１），Ｏ（２ｉ，２ｊ－１），Ｏ（２ｉ－１，２ｊ），Ｏ（２ｉ，２ｊ）］ 其中，Ａ↑［－１］＝Ａ↑［＊］／ｄｅｔＡ，Ａ↑［ ＊］为Ａ的伴随矩阵。 ＊＊＊ （２） 其中， ｗ↓［１］＝ａ↓［２３］ａ↓［３４］－ａ↓［２４］ａ↓［３３］ ｗ↓［２］＝ａ↓［１４］ａ↓［３３］－ａ↓［１３］ａ↓［３４］ ｗ↓［３］＝ａ↓［１３］ａ↓［２４］－ ａ↓［１４］ａ↓［２３］ ｗ↓［４］＝ａ↓［２４］ａ↓［３２］－ａ↓［２２］ａ↓［３４］ ｗ↓［５］＝ａ↓［１２］ａ↓［３４］－ａ↓［１４］ａ↓［３２］ ｗ↓［６］＝ａ↓［１４］ａ↓［２２］－ａ↓［１２］ａ↓［２４］ ｗ↓［７］＝ａ↓［２２］ａ↓［３３］－ａ↓［２３］ａ↓［３２］ ｗ↓［８］＝ａ↓［１３］ａ↓［３２］－ａ↓［１２］ａ↓［３３］ ｗ↓［９］＝ａ↓［１２］ａ↓［２３］－ａ↓［１３］ａ↓［２２］ （３） 而ｄｅｔＡ＝ａ↓［ １２］ａ↓［２３］ａ↓［３４］－ａ↓［１２］ａ↓［２４］ａ↓［３３］－ａ↓［１３］ａ↓［２２］ａ↓［３４］＋ａ↓［１３］ａ↓［２４］ａ↓［３２］＋ａ↓［１４］ａ↓［２２］ａ↓［３３］－ａ↓［１４］ａ↓［２３］ａ↓［３２］ （４） 则 由方程（１）可以得到等效的４幅标准２×２微扫描欠采样图像，即得到微位移位置为正立正方形的图像； （２）利用（１）的４幅标准２×２微扫描欠采样图像通过直接插值法得到过采样高分辨力图像。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：金伟其，高美静，王霞，陈艳，李福文，徐超，王岭雪，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]
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