一种显微热成像方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及红外热成像技术领域，特别设及一种显微热成像方法。
【背景技术】
[0002] 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 热分析和检测的场合，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，在微电子集成巧片及其电路的设计、可靠性分析W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。
[0003] 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，所W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屯、 部件大多基于制冷型红外探测器，该样的显微热成像系统价格昂贵、功耗大、体积大、重量 重。由于W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，电子五所1996年引进美国的邸0/BARNES 公司的显微红外热像仪In化aScope,它采用液氮制冷的In訊焦平面探测器，配置10, 5， 1，1/5的红外物镜，最高空间分辨力可达5m。清华大学引进TVS-5000型显微热像仪进行热 分析和热设计，而目前国内在显微镜热成像产品的研发方面还比较薄弱，尚无热成像显微 镜产品出现。
[0004] 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。现有的一种显微热像仪是基于非制冷红外焦平面探测器的，该显微热像仪的 衍射限截止频率fc= 58. 14cycles/mm，探测器采样频率为22. 22cycles/mm，采样奈奎斯特 频率为11.llcycles/mm，所W系统属于欠采样系统。而欠采样是导致频谱混淆的直接因素， 所W经红外显微物镜的热图像信号中超过11.llcycles/mmW上的频率成份将发生混淆， 从而降低了图像质量，导致图像分辨力较低。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。虽然减少频谱混淆模糊效应来提高图像分辨力最直接 的办法是减小探测器单元之间的间距，但高度密集的探测器受到工艺水平的限制，且成本 较高。所W如何在现有器件基础上获得高分辨力的显微热图像是解决问题的关键。
[0005] 解决混淆效应的有效方法之一是微扫描技术。微扫描技术是一种提高热成像系统 空间分辨力的实用技术，通过微扫描技术可提高红外焦平面探测器的空间采样频率，可减 小或消除欠采样对成像的影响，在不增加探测器规模和减小探测器尺寸的情况下减小混频 效应，提高系统空间分辨力。为此，申请人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所示。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。
[0006] 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因素带来的误差， 实际得到的4幅低分辨力图像的微位移位置不是严格的正立正方形，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，该对后续过采样 重构图像的质量造成了一定的影响。
【发明内容】
[0007] 本发明的目的在于提供一种显微热成像方法，W克服现有技术的基于光学平板旋 转微扫描器的高分辨力显微热成像系统无法获得标准2X2微扫描图像，由该4幅图像直接 插值得到的显微热图像的空间分辨力低的缺陷。
[0008] 为达到上述目的，本发明提供一种显微热成像方法，所述方法包括W下步骤：
[0009] A、获取物体的4幅低分辨率欠采样微扫描图像；
[0010] B、根据所述4幅低分辨率欠采样微扫描图像，获得标准4帖2X2均匀微扫描欠采 样图像；
[0011] C、交叉融合所述标准4帖2X2均匀微扫描欠采样图像，获得一幅高分辨率的过采 样热图像。
[0012] 进一步，所述步骤A具体包括：
[0013] A1、通过红外显微物镜将物体的红外福射图像成像到红外焦平面探测器上；
[0014]A2、对微扫描各点定标；
[0015] A3、由红外显微物镜所成场景的显微热图像通过光学平板后，W步骤A2中的微扫 描零点为起点在四个依次相差90°的倾角条件下，得到4帖低分辨率标准视频热图像；
[0016] A4、通过图像采集卡依次将所述4帖低分辨率标准视频热图像转化为数字图像， 得到4幅低分辨率欠采样微扫描图像，并存于计算机中。
[0017] 进一步，所述步骤A2具体为：按系统微扫描各点自适应定标方法完成微扫描各点 定标。
[0018] 进一步，所述4幅低分辨率欠采样微扫描图像的采样间距为热探测器像元尺寸的 一半。
[0019] 进一步，所述步骤B具体包括：
[0020] B1、根据公式X=扩ly获得标准4帖2X2均匀微扫描欠采样图像；其中：
[0021]X= [0 (2i-l，2j-1)，0 (2i，2j-1)，0 (2i，2j)，0 (2i-l，2j-1)]，为标准 4 帖 2X2 均 匀微扫描欠采样图像，其中i的取值为1、2,j的取值为1、2 ;
[0022] Y= [gi (i，j)，g2 (i，j)，g3 (i，j)，g4 (i，j)]，为4幅低分辨率欠采样微扫描图像，其 中i的取值为1、2,j的取值为1、2 ;
[0023]
【主权项】
1. 一种显微热成像方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤： A、 获取物体的4幅低分辨率欠采样微扫描图像； B、 根据所述4幅低分辨率欠采样微扫描图像，获得标准4帧2 X 2均匀微扫描欠采样图 像； C、 交叉融合所述标准4帧2 X 2均匀微扫描欠采样图像，获得一幅高分辨率的过采样图 像。
2. 如权利要求1所述的显微热成像方法，其特征在于，所述步骤A具体包括： A1、通过红外显微物镜将物体的红外辐射图像成像到红外焦平面探测器上； A2、对微扫描各点定标； A3、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A2中的微扫描零 点为起点在四个依次相差90°的倾角条件下，得到4帧低分辨率标准视频热图像； A4、通过图像采集卡依次将所述4帧低分辨率标准视频热图像转化为数字图像，得到4 幅低分辨率欠采样微扫描图像，并存于计算机中。
3. 如权利要求2所述的显微热成像方法，其特征在于，所述步骤A2具体为：按系统微 扫描各点自适应定标方法完成微扫描各点定标。
4. 如权利要求2所述的显微热成像方法，其特征在于，所述4幅低分辨率欠采样微扫描 图像的采样间距为热探测器像元尺寸的一半。
5. 如权利要求1所述的显微热成像方法，其特征在于，所述步骤B具体包括： B1、根据公式X = Β<Υ获得标准4帧2X2均匀微扫描欠采样图像；其中： X = [0 (2i-l，2 j-1)，O (2i，2 j-1)，O (2i，2 j)，O (2i-l，2 j-Ι)]，为标准 4 帧 2 X 2 均匀微 扫描欠采样图像，其中i的取值为1、2, j的取值为1、2 ; Y = [gi(i，j)，g2(i，j)，g3(i，j)，gJi，j)]，为4幅低分辨率欠采样微扫描图像，其中i 的取值为1、2, j的取值为1、2 ;
在矩阵 B 中，b21 = 4 Δ X 2 Δ y2-2 Δ X2
b44= 1+2 Δ y 4-2 Δ χ4-4 Δ χ4 Δ y4 其中，（Λ Xt，Λ yt)为4幅低分辨率欠采样微扫描图像相对于标准4帧2 X 2均匀微扫 描欠采样图像之间的位移，t的取值为1、2、3、4。
6. 如权利要求5所述的显微热成像方法，其特征在于，
7. 如权利要求5所述的显微热成像方法，其特征在于，在所述步骤Bl之后，还包括步骤 B2 :对所述标准4帧2 X 2均匀微扫描欠采样图像进行插值，得到高分辨率的均匀2 X 2微扫 描过采样图像。
8. 如权利要求1至7任一项所述的显微热成像方法，其特征在于，在所述步骤C之后， 还包括步骤D :对所述高分辨率的过采样热图像进行显微热图像显示、分析、存储和其它处 理。
【专利摘要】本发明公开了一种显微热成像方法，首先获取物体的4幅低分辨率欠采样微扫描图像；然后根据所述4幅低分辨率欠采样微扫描图像，获得标准4帧2×2均匀微扫描欠采样图像；最后交叉融合所述标准4帧2×2均匀微扫描欠采样图像，获得一幅高分辨率的过采样热图像。本发明针对因环境、机械振动、装置加工精度等因素影响而无法得到理想的各自相差半个像素的微扫描位置点的问题，利用实际采集到的低分辨率欠采样微扫描图像得到高分辨率过采样图像，从而得到理想的微扫描位置点。本发明只需通过代数运算即可完成，简单、快捷、稳定，提高了成像质量，可以促进光学微扫描显微热成像技术在各个领域的应用与推广。
【IPC分类】G01J5-10
【公开号】CN104864966
【申请号】CN201510165421
【发明人】高美静, 谈爱玲, 王静媛
【申请人】燕山大学
【公开日】2015年8月26日
【申请日】2015年4月3日