一种非对称轴向响应信号的峰值位置提取方法技术

本申请公开了一种非对称轴向响应信号的峰值位置提取方法，其包括以下步骤：获取光学测量系统采集的非对称轴向响应信号，对所述非对称轴向响应信号的峰值位置进行初定位，得到峰值位置对应的初始波长；非对称轴向响应信号中与理想峰值位置具有相同波长间距处的两个采样点构成一样本对，计算各样本对之间的强度差的总和；将各样本对之间的强度差的总和在x＝0附近用泰勒级数进行逼近，估算峰值定位误差；根据所述峰值定位误差对峰值位置对应的初始波长进行误差补偿；本发明专利技术通过计算峰值定位误差来对峰值位置对应的初始波长进行误差补偿，从而提高非对称轴向响应信号的峰值定位的精度，且具有较好的鲁棒性。且具有较好的鲁棒性。且具有较好的鲁棒性。

【技术实现步骤摘要】
一种非对称轴向响应信号的峰值位置提取方法


[0001]本申请涉及光学测量
，更具体地，涉及一种非对称轴向响应信号的峰值位置提取方法。

技术介绍

[0002]共焦显微测量技术由于具有较高的光学切片能力和优越的横向分辨率，在生物科学、材料科学、宏观或微观表面形貌测量等领域有着广泛的应用。在这些应用中，确定轴向响应信号(ARSs)的峰值位置是获取生物图像或最终形貌的必要步骤。
[0003]目前，科研人员发展了多种针对ARSs的峰值位置定位技术，包括质心算法、基于模型的拟合算法、修正抛物线拟合算法(CPFA)和自适应阈值质心算法(ATCA)。然而，这些技术能够良好应用的前提条件是要求ARSs的不对称性不超过一定阈值。也就是说，需要精心搭建共聚焦显微镜的光学系统，以使得光学像差最小化。这种要求往往需要复杂的光学结构、昂贵的光学元件和精密的装配，从而导致成本的增加。一旦共聚焦显微镜的光学像差超过一定的限度，所记录的轴向响应信号就会发生严重的畸变，上述各类共焦信号峰值位置提取算法的定位性能将会显著下降。
[0004]在单分子(或粒子)定位显微镜中，也需要类似于峰位定位的中心定位。此外，fluoroBancroft算法、傅立叶域定位算法、径向对称算法等也得到了广泛的应用。然而，这些算法对不对称轴向信号不具有鲁棒性。最大似然估计(Maximum likelihood estimation，MLE)能够很好地处理信号模型不对称的情况。然而，最大似然估计的应用需要提前准确地知道信号模型和噪声模型。由于共聚焦显微术信号模型与测量样本紧密相关，难以提前准确获得。因此，MLE在共聚焦显微术中的应用非常有限。

技术实现思路

[0005]针对现有技术的至少一个缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种非对称轴向响应信号的峰值位置提取方法，旨在对共聚焦光学测量系统采集的不对称的轴向响应信号的峰值位置进行精确定位。
[0006]为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种非对称轴向响应信号的峰值位置提取方法，其包括以下步骤：
[0007]S1：获取光学测量系统采集的非对称轴向响应信号，对所述非对称轴向响应信号的峰值位置进行初定位，得到峰值位置对应的初始波长；
[0008]S2：非对称轴向响应信号中与理想峰值位置具有相同波长间距处的两个采样点构成一样本对，计算各样本对之间的强度差的总和；
[0009]S3：将各样本对之间的强度差的总和在波长为零处用泰勒级数进行逼近，估算峰值定位误差；
[0010]S4：根据所述峰值定位误差对峰值位置对应的初始波长进行误差补偿，得到峰值位置对应的理想波长。
[0011]进一步地，上述非对称轴向响应信号的峰值位置提取方法，
[0012]S1中，所述峰值位置对应的初始波长p为：
[0013][0014]其中，T表示预设的强度阈值，j表示非对称轴向响应信号中的第j个采样点，j＝1～k，k表示光强大于预设的强度阈值T的采样点的总数；u
j
、I
j
分别表示第j个采样点对应的波长、光强；
[0015]S2中，各样本对之间的强度差的总和D
I
(x)表示为：
[0016]其中，I
‑
j
和I
j
表示非对称轴向响应信号中的一个样本对；
[0017]S3中，将D
I
(x)在x＝0附近用泰勒级数进行逼近，得到：
[0018]D
I
(x)＝D
I
(0)+x
·
D
d
(0)
[0019]则，
[0020]其中，x表示理想峰值位置对应的波长；D
d
(0)为D
I
(0)的一阶导数；
[0021]将峰值定位误差近似为：e≈(C1‑
1)x；
[0022]其中，
[0023]S4中，进行误差补偿后的峰值位置对应的理想波长x＝p
‑
e。
[0024]进一步地，上述非对称轴向响应信号的峰值位置提取方法，所述获取光学测量系统采集的非对称轴向响应信号，包括：
[0025]利用共焦显微镜获取光谱仪上接收的离散响应信号，执行归一化处理，依据预设的光强阈值T对所述归一化处理后的信号进行截断，得到非对称轴向响应信号。
[0026]进一步地，上述非对称轴向响应信号的峰值位置提取方法，基于离散轴向响应信号方程估计理想峰值位置对应的波长x，具体为：
[0027]采用数值插值对D
I
(0)和D
d
(0)进行估计：
[0028][0029][0030][0031]其中，Δu为轴向扫描采样间隔，即相邻两个采样点之间的波长间隔；分
别是I
j
、I
‑
j
对x的一阶导数；D
d
(x)为D
I
(x)的一阶导数。
[0032]进一步地，上述非对称轴向响应信号的峰值位置提取方法，采用质心法对所述非对称轴向响应信号的峰值位置进行初定位。
[0033]进一步地，上述非对称轴向响应信号的峰值位置提取方法，所述光学测量系统为共聚焦显微镜、色散共焦显微镜、激光三角传感器、星空探测和哈特曼夏克波前传感器中的任意一种。
[0034]总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：
[0035]本专利技术提供的非对称轴向响应信号的峰值位置提取方法，通过质心法对非对称轴向响应信号的峰值位置进行初定位，得到峰值位置对应的初始波长；非对称轴向响应信号中与理想峰值位置具有相同波长间距处的两个采样点构成一样本对，计算各样本对之间的强度差的总和并将其在x＝0附近用泰勒级数进行逼近来估算峰值定位误差，并基于峰值定位误差对峰值位置对应的初始波长进行误差补偿；通过补偿来提高非对称轴向响应信号的峰值定位的精度。
[0036]通过数值仿真和实验发现，与目前针对对称轴向信号峰值位置提取算法相比，本方法对非对称共焦信号的峰值位置提取具有更小的定位偏差和更高的精度。
附图说明
[0037]为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0038]图1为本实施例提供的一种非对称轴向响应信号的峰值位置提取方法的流程示意图；
[0039]图2是采用非对称高斯函数来描述的非对称的轴向响应信号的示意图；
[0040]图3表示σ
r
/σ
l
＝1.5时本方案提供的峰值位置提取方法与其他现有方法的定位偏差均值和标准偏差的对比示意图；
[0041]图4表示σ
r
/σ<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种非对称轴向响应信号的峰值位置提取方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：获取光学测量系统采集的非对称轴向响应信号，对所述非对称轴向响应信号的峰值位置进行初定位，得到峰值位置对应的初始波长；S2：非对称轴向响应信号中与理想峰值位置具有相同波长间距处的两个采样点构成一样本对，计算各样本对之间的强度差的总和；S3：将各样本对之间的强度差的总和在波长为零处用泰勒级数进行逼近，估算峰值定位误差；S4：根据所述峰值定位误差对峰值位置对应的初始波长进行误差补偿，得到峰值位置对应的理想波长。2.如权利要求1所述的非对称轴向响应信号的峰值位置提取方法，其特征在于，S1中，所述峰值位置对应的初始波长p为：其中，T表示预设的强度阈值，j表示非对称轴向响应信号中的第j个采样点，j＝1～k，k表示光强大于预设的强度阈值T的采样点的总数；u
j
、I
j
分别表示第j个采样点对应的波长、光强；S2中，各样本对之间的强度差的总和D
I
(x)表示为：其中，I
‑
j
和I
j
表示非对称轴向响应信号中的一个样本对；S3中，将D
I
(x)在x＝0附近用泰勒级数进行逼近，得到：D
I
(x)＝D
I
(0)+x
·
D
d
(0)则，其中，x表示理想峰值位置对应的波长；D
d
(...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢文龙，陈成，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：