本发明专利技术涉及一种零点定标方法及在光学微扫描显微热成像系统中的应用，属于红外热成像领域。本发明专利技术首先以旋转台测试零点为起点，采集两幅图像，然后利用改进的频域图像配准算法计算两幅图像之间的微位移，根据微位移按微扫描零点定标方法确定旋转角度及方向，控制旋转台旋转相应的角度即到达系统光学微扫描零点位置。然后按标准２×２微扫描模式采集４幅欠采样低分辨力图像并按照采集图像的方式直接插值得到分辨力提高一倍的过采样图像。因为采用单块红外平行平板的微扫描器装置及定位精度高、速度快和易于系统的硬件和实时化处理的微扫描零点定标方法，系统的空间分辨力得到明显提高，从而促进显微热成像技术在多个领域的应用。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种光学平板旋转微扫描显微热成像系统的微扫描 零点定标方法，属于红外热成像领域，可解决已研制光学微扫描显微 热成像系统实用化的关键问题，提高系统的空间分辨力，该光学微扫 描显微热成像系统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，提供高分辨力微细热分析的 技术手段。
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己获得 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90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，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Infra-Sco-pe，它采用液氮制冷的InSb焦平面探测器，配置10x, 5X, lx， 1/5x的红外物镜，最高空间分辨力可达5(im。清华大学引进TVS-50004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。非制冷焦平面探测器具有较高性价比、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)。由于探测器阵列规模较小(320x240或384x288)以及 探测器单元尺寸较大(45)imx45iim或38^x38,)，为了获得更高的空 间分辨力，我们进一步研究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。然而在平板旋转微扫描显微热成像系统中，不论是系统安装还是检 测之后，由于各次安装热成像组件的方位角不完全一致，需要对2x2 微扫描零点(角度)位置进行新的标定，否则所采集的4幅图像微位移位 置偏离标准2x2微扫描的正立方形，过采样重构的图像质量比双线性 放大的质量差，光学平板微扫描系统的设计功亏一篑，系统的空间分辨 力得不到提高。为解决上述问题，本专利技术基于几何原理和数字图像处 理方法，研究利用两帧图像的微位移确定微扫描零点及过采样重构的 方法。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种零点定标方法及在光学微扫描显微热 成像系统中的应用，以实现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微扫描零点定标，从而提高系统空间分辨力。该方法采用两帧图像的亚像素级微位移完成零点定标，使 系统空间分辨力明显提高。本专利技术的目的是通过下述技术方案实现的。本专利技术的一种零点定标方法，以旋转台测试零点为起点，采集第一幅图像，然后顺时针选转90°釆集第二幅图像；利用频率域图像配 准技术计算两幅图像之间的微位移，然后基于几何原理和标准2x2微 扫描原理确定到微扫描器零点需要旋转的角度和方向；角度和方向共分为如下四种情况① x>0,y>0，顺时针旋转光学平板ZhZ4-wgZ度；② x>0，y<0，逆时针旋转ZhWgtl度；③ jc<0，><0，逆时针旋转Zl-180。-ZflrgZ度；jc<0j>0,顺时针旋转Z1-18(T-Zwc,g占度；w特例①若x=0,y =1 1則将光学平板顺时针旋转90°即可；②〖 一￥，则将光学平板逆时针旋转90°即可；③若x2则将光学平板逆时针旋转180°即可;④若x=0,〖 f i，'如将光学平板顺时针旋转90°即可；其中旋转的角度均是在旋转台测试零点位置r上开始旋转。其微扫描零点定标的定义为标准2x2微扫描模式下采集第一幅欠采样图像的位置。本专利技术的一种零点定标方法在光学平板旋转微扫描显微热成像系统的应用步骤如下(1) 通过红外显微物镜和红外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) 利用微扫描控制器旋转光学平板到旋转台测试零点位置；(3) 以步骤(2)中的旋转台测试零点为起点，采集第一幅图像，然 后顺时针选转90。釆集第二幅图像；(4) 利用频率域图像配准技术计算两幅图像之间的微位移，然后 基于几何原理和标准2x2微扫描原理确定到微扫描零点所需要旋转的 角度和方向；(5) 根据步骤(4)中得到的角度和方向，通过微扫描控制器控制旋 转平台旋转相应的角度即完成微扫描零点的定标；(6) 以步骤(5)中的微扫描零点为起点，由控制器控制固定光学平 板的旋转平台使显微热图像通过光学平板后，在四个依次相差90°的 倾角条件下，形成标准2x2微扫描模式，得到4帧低分辨力图像；(7) 通过图像采集卡依次将步骤(6)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；(8) 按标准2x2模式采集图像的方式，将步骤(7)中的4幅图像直 接插值即可得到高分辨力图像；(9) 对步骤(8)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。4、如权利要求3所述的一种零点定标方法在光学平板旋转微扫 描显微热成像系统的应用，其特征在于所述步骤(6)中，首先旋转 光学平板到与水平方向成45。的左上方位置1 (微扫描零点)，完成第 l次成像；然后顺时针旋转光学平板90。，使成像位置在探测器阵列上 向右移动I/2，即与水平方向成45。的右上方位置2，完成第2次图像； 在位置2的基础上，再顺时针旋转90。，使成像位置在探测器阵列向 下位移得到右下方位置3的第3幅图像；最后再继续旋转90 ° 到达位置4，获得第4次成像；以上过程周期循环进行，采用最新的4 幅低分辨力图像按标准2x2微扫描模式插值可获得1幅高分辨力的过 采样图像。 有益效果本专利技术与国外显微热成像方法相比，由于非制冷焦平面探测器具 有较高的性价比、无需制冷、功耗低、体积小、重量轻等特性，使显7微热成像系统成本大大降低。同时因为采用单块红外平行平板的微扫 描器装置及定位精度高、速度快和易于系统的硬件和实时化处理的微 扫描零点定标方法，系统的空间分辨力得到明显提高，可用于需要高 分辨力的显微热分析的场合从而促进显微热成像技术在多个领域的 应用，提高设计、实验分析和研究的技术水平，提高诊断的本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种零点定标方法，其特征在于：以旋转台测试零点为起点，采集第一幅图像，然后顺时针选转９０°采集第二幅图像；利用频率域图像配准技术计算两幅图像之间的微位移，然后基于几何原理和标准２×２微扫描原理确定到微扫描器零点需要旋转的角度和方向； 角度和方向共分为如下四种情况： ①ｘ＞０，ｙ＞０，顺时针旋转光学平板∠１＝∠４＝ａｒｃｔｇｙ／ｘ度； ②ｘ＞０，ｙ＜０，逆时针旋转∠１＝ａｒｃｔｇ｜ｙ｜／ｘ度； ③ｘ＜０，ｙ＜０，逆时针旋转∠１＝１８０°－∠ａｒｃｔｇｙ／ ｘ度； ④ｘ＜０，ｙ＞０，顺时针旋转∠１＝１８０°－∠ａｒｃｔｇｙ／｜ｘ｜度； 特例： ①若ｘ＝０，ｙ＝Ｌ／２，则将光学平板顺时针旋转９０°即可； ②若ｘ＝０，ｙ＝－Ｌ／２，则将光学平板逆时针旋转９０°即可； ③若ｘ＝－Ｌ／２，ｙ＝０，则将光学平板逆时针旋转１８０°即可； ④若ｘ＝０，ｙ＝Ｌ／２，则将光学平板顺时针旋转９０°即可； 其中旋转的角度均是在旋转台测试零点位置１’上开始旋转。
【技术特征摘要】
1、一种零点定标方法，其特征在于以旋转台测试零点为起点，采集第一幅图像，然后顺时针选转90°采集第二幅图像；利用频率域图像配准技术计算两幅图像之间的微位移，然后基于几何原理和标准2×2微扫描原理确定到微扫描器零点需要旋转的角度和方向；角度和方向共分为如下四种情况①x>0，y>0，顺时针旋转光学平板度；②x>0，y<0，逆时针旋转度；③x<0，y<0，逆时针旋转度；④x<0，y>0，顺时针旋转度；特例①若则将光学平板顺时针旋转90°即可；②若则将光学平板逆时针旋转90°即可；③若则将光学平板逆时针旋转180°即可；④若则将光学平板顺时针旋转90°即可；其中旋转的角度均是在旋转台测试零点位置1’上开始旋转。2、 如权利要求1所述的一种零点定标方法，其特征在于其微扫描零点定标 的定义为标准2x2微扫描模式下采集第一幅欠采样图像的位置。3、 一种零点定标方法在光学平板旋转微扫描显微热成像系统的应用，其特 征在于其应用步骤如下(1) 通过红外显微物镜和红外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) 利用微扫描控制器旋转光学平板到旋转台测试零点位置；(3) 以步骤(2)中的旋转台测试零点为起点，采集第一幅图像，然后顺时针选转90。采集第二幅图像；(4) 利用频率域图像配准技术计算两幅图像之间的微位移，然后基于几何原理和标准2x2微扫描原理确定到微扫描...
【专利技术属性】
技术研发人员：高美静，金伟其，王霞，王岭雪，于杰，刘广荣，
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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