一种深空探测微区自适应拉曼荧光成像联用方法技术

本发明专利技术公开了一种深空探测微区自适应拉曼荧光成像联用方法，该方法是在自适应拉曼荧光成像联用系统上实现的，该方法包括预期焦斑自适应聚焦标定、探测对象单点紧聚焦、拉曼荧光及成像信息获取、扫描微区分析等四个步骤。本发明专利技术的有益效果是，可在微区分析时自适应地调整聚焦光斑的直径；将电子目镜的区域平均灰度作为扫描成像点强度，同时满足自聚焦和宽谱扫描成像的要求；可同时实现三维空间主动激光拉曼、高光谱荧光、可见宽谱扫描成像，提供多种信息以进行微区分析。

【技术实现步骤摘要】
一种深空探测微区自适应拉曼荧光成像联用方法
本专利技术涉及一种物质检测方法,尤其涉及一种采用扫描激光拉曼成像、扫描激光诱导荧光成像及面阵宽谱扫描成像的物质检测方法，适用于深空探测行星开放环境下的物质探测，属于行星原位探测领域。
技术介绍
对于未来的深空探测，对物质成分探测技术及方法提出了更高的要求，原位精细探测能力是各航天大国瞄准的技术至高点。精细探测即要求激光聚焦点更小，分析的物质量很小，元素及分子种类更丰富，定量化更准确同时又在极高空间分辨成像的监控下进行。激光拉曼(Raman)及紫外激光诱导荧光为物质成分分析的重要手段，其中激光Raman可实现物质分子组成的分析，而紫外激光诱导荧光除了可用于成像以外，还可用于一些元素尤其是稀土元素的分析。深空探测中的拉曼类物质分析比常规的拉曼应用要求更高，主要面临的挑战及技术难点在于由于测试对象岩石、土壤中含有的矿物质组成复杂，同种矿物颗粒粒径极小。因此，在微区分析时要求激光聚焦光斑在1微米的量级，才能对矿物进行精确的微区分析，对显微光路要求极高，常规的拉曼探头受光纤传输模式的影响，其聚焦光斑受激光模式退化及衍射极限的影响，因此其聚焦光斑常大于本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种深空探测微区自适应拉曼荧光成像联用方法，该方法是在自适应拉曼荧光成像联用系统上实现的，所述联用系统由主控制器(7)、光谱仪(12)、光纤(13)、三维电机驱动器(1)、三维精密电动平台(29)与光学头部(2)组成；其特征在于所述的拉曼荧光成像联用方法包括以下步骤：1)预期焦斑自适应聚焦标定深空物质原位探测中，对不同的探测对象需要不同尺度的拉曼聚焦点，即预期焦斑，例如对分布较均匀的矿物质，可以采用略大尺寸的预期焦斑；而对于变化较多的矿物质，可采用极小尺寸的预期焦斑，以实现极精细微区分析；首先，对于根据测试区域的探测对象基本性质，设定预期焦斑的直径；将测量分划板放置在长工作距离高倍紫外显微物镜...

【技术特征摘要】
1.一种深空探测微区自适应拉曼荧光成像联用方法，该方法是在自适应拉曼荧光成像联用系统上实现的，所述联用系统由主控制器(7)、光谱仪(12)、光纤(13)、三维电机驱动器(1)、三维精密电动平台(29)与光学头部(2)组成；其特征在于所述的拉曼荧光成像联用方法包括以下步骤：1)预期焦斑自适应聚焦标定深空物质原位探测中，对不同的探测对象需要不同尺度的拉曼聚焦点，即预期焦斑，例如对分布较均匀的矿物质，可以采用略大尺寸的预期焦斑；而对于变化较多的矿物质，可采用极小尺寸的预期焦斑，以实现极精细微区分析；首先，对于根据测试区域的探测对象基本性质，设定预期焦斑的直径；将测量分划板放置在长工作距离高倍紫外显微物镜下方的测试区域；测量分划板上有均匀刻线；主控制器控制开启紫外拉曼激光器，其发出的紫外激光束依次经过紫外干涉滤光片、低倍紫外显微物镜、双色镜，然后经长工作距离高倍紫外显微物镜照亮并聚焦至测量分划板，形成实时焦斑；测量分划板的反射光沿反向沿主光轴穿过长工作距离高倍紫外显微物镜，经双色镜反射，再经比例分光片反射，经管透镜聚焦，再经成像镜头实时显微成像至图像传感器；主控制器接收图像传感器输出的显微数字图像，并作实时图像处理；采用边缘提取算法获取实时焦斑外圆轮廓，从而确定实时焦斑的成像区域，计算成像区域内所有像素的平均灰度值G；主控制器发出指令给主电机驱动器，带动主直线电动平台向下运动一个步长；主控制器接收图像传感器输出的显微数字图像，确定实时焦斑的成像区域，计算成像区域内所有像素的平均灰度值G，并比较G值是增大还是减小了：如果G值增大，说明向下运动是接近焦点的方向；如果G值减小，说明向上运动是接近焦点的方向；主控制器发出指令给主电机驱动器，带动主直线电动平台向接近焦点的方向运动，同时实时计算实时焦斑的成像区域内所有像素的平均灰度值G，直至G值达到最大值，此时为紧聚焦状态，主控制器发出指令给主电机驱动器，停止运动；在紧聚焦状态下，主控制器对图像传感器输出的显微数字图像采用边缘提取算法获取测量分划板的刻线的直线位置，以及实时焦斑外圆轮廓，然后计算相邻刻线间隔的像素个数以及实时焦斑外圆轮廓直径的像素个数，从而根据刻线的间距计算得到实时焦斑的直径；如果实时焦斑的直径大于预期焦斑的直径，则主控制器发出指令给次级电机驱动器，带动次级直线电动平台向上运动，增加低倍紫外显微物镜与长工作距离高倍紫外显微物镜的距离，此时穿过长工作距离高倍紫外显微物镜的激光能量减弱，但实时焦斑减小，直至实时焦斑的直径与预期焦斑的直径相等，主控制器发出指令给次级电机驱动器，停止次级直线电动平台的运动；类似地，如果实时焦斑的直径小于预期焦斑的直径，则主控制器发出指令给次级电机驱动器，带动次级直线电动平台向下运动，减小低倍紫外显微物镜与长工作距离高倍紫外显微物镜的距离，此时穿过长工作距离高倍紫外显微物镜的激光能量增大，实时焦斑增大，直至实时焦斑的直径与预期焦斑的直径相等，主控制器发出指令给次级电机驱动器，停止次级直线电动平台的运动；2)探测对象单点紧聚焦移去测量分划板，将自适应拉曼荧光成像联用系统移入实际测试区域，此时探测对象位于光学头部的下方，距长工作距离高倍紫外显微物镜的距离远大于其焦距；主控制器控制开启紫外拉曼激光器，其发出的紫外激光束依次经过紫外干涉滤光片、低倍紫外显微物镜、双色镜，然后经长工作距离高倍紫外显微物镜散焦至探测对象的表面，反射光沿反向沿主光轴穿过长工作距离高倍紫...

【专利技术属性】
技术研发人员：万雄，袁汝俊，
申请(专利权)人：中国科学院上海技术物理研究所，
类型：发明
国别省市：上海,31