一种用于微孔显微光学测量的自适应峰值定位方法

本发明属于显微光学测量，具体涉及一种用于微孔显微光学测量的自适应峰值定位方法。

背景技术：

1、随着显微光学测量技术的快速发展，变焦三维测量技术得到了众多关注和研究，变焦三维测量是一种利用光学显微镜获取的一组被测物体二维图像序列来实现对被测物体表面三维测量的方法，该方法被用于微孔显微三维测量中，需要获取图像序列中同一像素坐标下的像素聚焦最清晰所对应的图像序号，进而获取该像素的高度。峰值定位方法作为得到各像素高度的算法，是变焦三维测量的重要研究内容。

2、在聚焦评价之后，不能直接使用对焦测度算子的计算结果，单纯的选取某点对焦测度最大的图像作为该点清晰聚焦的图像，这是因为：图像上色彩均匀的区域无论聚焦与否，其显微数字图像上各个像素之间的梯度都会非常低，导致聚焦评价出现错误；如果被测物体表面某点与周围存在较大的灰度差异，其在非清晰聚焦时，发散出的光线将以x、y方向标准差相等的二维高斯分布的形式分布在以该点在像素坐标下对应点为均值的范围内，使得该范围所对应的一系列像素的梯度和频率发生变化，影响这些点的对焦测度计算；另外，由于微孔尺寸相对通常使用景深测量技术的结构尺寸较大，需要选择倍率小的物镜，而倍率小的物镜通常具有较大的景深，不利于景深测量方法的使用；同时由于测量时间和存储空间的开销，不得不选择较大的层扫描间距。这使得聚焦测量得到的同一点在聚焦图像序列上的对焦测度往往不仅在峰值附近变化剧烈，不会呈现出显著的正态分布形状，还会因为测量噪声，在相对较长的测量深度范围内出现相当多的错误峰值位置。

3、目前常用的峰值定位方法(顾玥.基于变焦测量技术的表面测量方法研究[d].天津：天津大学，2017.)在拟合过程中往往是只考虑聚焦评价曲线最高点及其两侧的两点，而这依赖于聚焦测度计算具有严格的单峰性和无偏性的假设，但是对于微孔三维测量的实际情况来说，这种条件难以满足，将这些方法直接应用于微孔三维测量，结果非常不理想。

技术实现思路

1、为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供了一种用于微孔显微光学测量的自适应峰值定位方法，提高峰值定位方法的精度、鲁棒性。

2、为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

3、一种用于微孔显微光学测量的自适应峰值定位方法，基于显微视觉测量系统，包括以下步骤：

4、1)选取聚焦评价函数对显微图像序列进行聚焦评价，得到聚焦评价序列；

5、2)使用聚类峰值提取方法计算整个聚焦评价序列上的聚焦评价值的平均值，作为自适应平缓阈值，根据自适应平缓阈值将聚焦评价序列分为平缓区和非平缓区，取出宽度最大的非平缓区，宽度最大的非平缓区即为正确峰值区域；

6、3)使用基于2σ自适应拟合区域选取的高斯拟合算法选择该区域一部分点进行高斯拟合，拟合曲线峰值点对应的亚步距即为像素最清晰的位置。

7、所述的步骤2)中聚类峰值提取方法的具体步骤如下：

8、2.1)根据聚焦评价序列，计算任意一像素(x,y)在整个聚焦评价序列上的聚焦评价值的平均值，作为该像素平缓区阈值thresholdx，y；

9、2.2)根据平缓区阈值thresholdx，y将聚焦评价序列分割为平缓区和非平缓区，假设分割出了k个非平缓区域，记录为数组array1、array2……arrayk；

10、2.3)选择数组array1、array2……arrayk中长度最长的一个数组arrayi，作为实际峰值所在的非平缓区。

11、所述的基于2σ自适应拟合区域选取的高斯拟合算法的具体步骤如下：

12、3.1)根据步骤2.3)中的数组arrayi的长度len(arrayi)计算出标准差估计值σi；

13、3.2)以arrayi最大值所在位置为重心，在其两侧各取标准差估计值σi个点，组成arrayi′，进行最终高斯拟合，拟合曲线峰值位置即为像素清晰聚焦位置。

14、和现有峰值定位技术相比，本发明的有益效果是：

15、本发明使用聚类峰值提取方法，可以准确提取峰值区域，并使用基于2σ自适应拟合区域选取的高斯拟合算法，显著降低拟合曲线的误差、提高了鲁棒性。具体为：

16、(1)本发明依托于显微变焦三维测量的框架，在不改变显微视觉测量系统的同时，能够适应不同使用条件下的显微视觉测量系统；

17、(2)本发明使用了聚类峰值提取方法，相比普通的峰值定位算法，可以选取正确聚焦峰值区域，且具有较高的鲁棒性，能够克服错误聚焦评价值带来的干扰；

18、(3)本发明通过对拟合区域的动态选取，能够对正确的峰值区域进行稳定的处理，通过参考尽量多的聚焦评价信息，对可能存在各类误差的聚焦评价曲线进行拟合，显著降低了拟合曲线的误差，从而可以实现精度更高的亚步距精度的峰值位置提取。

技术特征：

1.一种用于微孔显微光学测量的自适应峰值定位方法，基于显微视觉测量系统，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的自适应峰值定位方法，其特征在于，所述的步骤2)中聚类峰值提取方法的具体步骤如下：

3.根据权利要求2所述的自适应峰值定位方法，其特征在于，所述的步骤3)中基于2σ自适应拟合区域选取的高斯拟合算法的具体步骤如下：

技术总结
一种用于微孔显微光学测量的自适应峰值定位方法，基于显微视觉测量系统，先选取聚焦评价函数对显微图像序列进行聚焦评价，得到聚焦评价序列；然后使用聚类峰值提取方法计算整个聚焦评价序列上的聚焦评价值的平均值，作为自适应平缓阈值，根据自适应平缓阈值将聚焦评价序列分为平缓区和非平缓区，取出宽度最大的非平缓区，宽度最大的非平缓区即为正确峰值区域；最后使用基于2σ自适应拟合区域选取的高斯拟合算法选择该区域一部分点进行高斯拟合，拟合曲线峰值点对应的亚步距即为像素最清晰的位置；本发明提高峰值定位方法的精度、鲁棒性。

技术研发人员：梅雪松,刘向森,凡正杰,黄旺旺
受保护的技术使用者：西安交通大学
技术研发日：
技术公布日：2024/2/1