一种利用动态阈值重心法提取共焦显微峰值的方法技术

本发明专利技术公开了一种用于利用动态阈值重心法提取共焦显微峰值的方法，其利用共焦显微镜获取光谱仪上接收的离散轴向响应信号的波长和光强信息得到归一化的离散轴向响应信号；利用预设的强度阈值T计算动态阈值Td；归一化的离散轴向响应信号去除预设的Ik小于强度阈值T得到新的归一化的离散轴向响应信号；利用新的的归一化的离散轴向响应信号的波长和光强值及动态阈值Td求得归一化的离散轴向响应信号理想峰值波长，从而实现利用归一化的离散轴向响应信号理想峰值波长p进行色散共焦的快速测量，以确保色散共焦的快速测量的准确性。

【技术实现步骤摘要】
一种利用动态阈值重心法提取共焦显微峰值的方法
本专利技术属于共焦测量领域，具体涉及利用一种利用动态阈值重心法提取共焦显微峰值的方法。
技术介绍
共焦测量技术利用光学显微系统离焦信号与准焦信号强度响应差异显著的基本特性，通过点探测器收集样品信息实现离焦、准焦信号分离，从而获得高灵敏度的纵向层析能力，实现三维显微成像；通过轴向移动样品或物镜，记录样品横向不同位置的轴向响应，通过判定每点峰值位置确定样品表面高度，最终重构出完整表面形状，已广泛应用到生物学、医学、材料学、地质学以及工业检测及计量领域中。在共焦显微测量中，高度信息的准确可靠的(accurateandreliable)获取前提是根据轴向响应信号提取的峰值位置相当于光学系统(物镜)保持固定。而采样信号中存在各类噪声如探测器噪声、扫描定位误差等，这些噪声会降低峰值提取的准确性(accuracy)和可靠性(reliability)。此外，由于信号是离散采样的，使得被测样品表面可能会恰好落在两个采样点之间，从而导致对轴向响应信号的非对称性采样，这种非对称采样会引入额外的峰值提取系统误差，降低峰值提取的准确性和可靠性，导致被测样品的高度变化会降低峰值提取的性能。在共焦显微测量中，轴向响应信号的快速准确可靠提取直接影响最终测量结果准确度和可靠性以及测量频率，其要求峰值提取算法同时具有优越的峰值性能(高准确性，高可靠性)和良好的计算效率。现有的峰值提取算法包括大值法(MPM)，重心法(COM),抛物线拟合法(PFM),高斯拟合法(GFM)和sinc2拟合法(SFM)。其中最大值法(MPM)通过直接选取光强最大点所对应的光谱波长作为峰值，其极容易受到噪声的影响，但具有极高的计算效率；重心法(COM)具有较高的峰值提取准确性和可靠性，具有较高的计算效率；而拟合法如抛物线拟合法(PFM)、高斯拟合法(GFM)和sinc2拟合法(SFM)的峰值提取准确性和可靠性更高，但计算效率过低，难以实现快速在线测量。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种用于利用动态阈值重心法提取共焦显微峰值的方法，其利用共焦显微镜获取光谱仪上接收的离散轴向响应信号的波长和光强信息得到归一化的离散轴向响应信号，进一步利用强度阈值及动态阈值Td求取归一化的离散轴向响应信号理想峰值波长，从而实现利用归一化的离散轴向响应信号理想峰值波长p进行色散共焦的快速测量，以确保色散共焦的快速测量的准确性。为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种利用动态阈值重心法提取共焦显微峰值的方法，具体步骤为：S1.利用共焦显微镜获取光谱仪上接收的离散轴向响应信号的波长和光强信息得到归一化的离散轴向响应信号，λk和Ik分别为归一化的离散轴向响应信号第k个采样点处的波长和光强，k＝-i,...,i，-i为归一化的离散轴向响应信号的第一个采样点，i为归一化的离散轴向响应信号的最后一个采样点；S2.利用预设的强度阈值T计算动态阈值Td；S3.归一化的离散轴向响应信号去除预设的Ik小于强度阈值T得到新的归一化的离散轴向响应信号，其中，λl和Il分别为新的归一化的离散轴向响应信号第l个采样点处的波长和光强，l＝-j,....,j，-j为新的归一化的离散轴向响应信号轴向的第一个采样点，j为新的归一化的离散轴向响应信号轴向的最后一个采样点；S4.利用新的的归一化的离散轴向响应信号的波长和光强值及动态阈值Td求得归一化的离散轴向响应信号理想峰值波长从而实现利用归一化的离散轴向响应信号理想峰值波长p进行色散共焦的快速测量，以确保色散共焦的快速测量的准确性。作为本专利技术的进一步改进，依据实际测量后获得的归一化离散轴向响应信号的光强值来确定强度阈值T。作为本专利技术的进一步改进，步骤S2具体为：计算归一化的离散轴向响应信号所有采样点处的光强Ik与T的差值，取光强最小的M个Ik-T≥0的采样点和光强最大的N个Ik-T＜0的采样点求得这M+N个采样点光强的平均值即为动态阈值Td。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，具有以下有益效果：1.本专利技术的一种利用动态阈值重心法提取共焦显微峰值的方法，其利用共焦显微镜获取光谱仪上接收的离散轴向响应信号的波长和光强信息得到归一化的离散轴向响应信号，进一步利用强度阈值及动态阈值Td求取归一化的离散轴向响应信号理想峰值波长，从而实现利用归一化的离散轴向响应信号理想峰值波长p进行色散共焦的快速测量，以确保色散共焦的快速测量的准确性。2.本专利技术的一种利用动态阈值重心法提取共焦显微峰值的方法，通过选择强度阈值T，依据实际测量获得归一化的离散轴向响应信号确定每次计算的动态阈值，通过选择强度阈值滤除背景噪声并进一步的依据实际测量值获得可靠的动态阈值，依据强度阈值而不利用动态阈值滤除归一化的离散轴向响应信号中的噪声信号，确保噪声信号滤除的同时又保证动态阈值求取的可靠性进而提高了色散共焦峰值提取的准确性。附图说明图1为本专利技术实施例的利用动态阈值重心法提取共焦显微峰值的动态阈值取值点示意图；图2为本专利技术实施例的技术方案与现有技术中的技术方案的峰值提取标准差对比示意图；图3为本专利技术实施例的技术方案与现有技术中的技术方案的峰值提取系统误差对比示意图；图4为本专利技术实施例的技术方案与现有技术中的技术方案的计算效率对比示意图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。此外，下面所描述的本专利技术各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。下面结合具体实施方式对本专利技术进一步详细说明。一种利用动态阈值重心法提取共焦显微峰值的方法，具体步骤为：S1.利用共焦显微镜获取光谱仪上接收的离散轴向响应信号的波长和光强信息得到归一化的离散轴向响应信号，λk和Ik分别为归一化的离散轴向响应信号第k个采样点处的波长和光强，k＝-i,...,i，-i为归一化的离散轴向响应信号的第一个采样点，i为归一化的离散轴向响应信号的最后一个采样点；具体为：在共焦显微镜中，光谱仪上接收的离散轴向响应信号(SRS)，SRS信号可以表示为两个行向量，由于在实际测量中，离散的波长采样序列中波长值是恒大于0的，因此可以以采样序列的某点为参考波长，将其设置为第0个采样点的波长。从而，SRS信号的波长信息可以表述如下：其中，式中表示离散采样信号波长序列，λ-n,λ-n+1,...,λ-1,0,λ1,...,λm-1,λm分别为离散采样信号第-n,-n+1,…,-1,0,1…,m-1,m个采样点的波长。SRS信号的的光强信息可以表述如下：其中，式中表示离散采样信号光强序列，I-n,I-n+1,...,I-1,I0,I1,...,Im-1,Im分别为离散采样信号第-n,-n+1,…,-1,0,1…,m-1,m个采样点处的光强。在获取离散轴向响应信号后，通常先将信号做归一化处理，如果采样点的个数为奇数则包括-i到i索引的采样点；如果采样点的个数为偶数时，则包括-i+1到i索引的采样点，计算时默认第-i个采样点处的波长和光强都为0，从而组成归一化的离散轴向响应信号。S2.利用预设的强度阈值本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种利用动态阈值重心法提取共焦显微峰值的方法，其特征在于，具体步骤为：S1.利用共焦显微镜获取光谱仪上接收的离散轴向响应信号的波长和光强信息得到归一化的离散轴向响应信号，λk和Ik分别为归一化的离散轴向响应信号第k个采样点处的波长和光强，k＝‑i,...,i，‑i为归一化的离散轴向响应信号的第一个采样点，i为归一化的离散轴向响应信号的最后一个采样点；S2.利用预设的强度阈值T计算动态阈值Td；S3.归一化的离散轴向响应信号去除预设的Ik小于强度阈值T得到新的归一化的离散轴向响应信号，其中，λl和Il分别为新的归一化的离散轴向响应信号第l个采样点处的波长和光强，l＝‑j,....,j，‑j为新的归一化的离散轴向响应信号轴向的第一个采样点，j为新的归一化的离散轴向响应信号轴向的最后一个采样点；S4.利用新的归一化的离散轴向响应信号的波长和光强值及动态阈值Td求得归一化的离散轴向响应信号理想峰值波长

【技术特征摘要】
1.一种利用动态阈值重心法提取共焦显微峰值的方法，其特征在于，具体步骤为：S1.利用共焦显微镜获取光谱仪上接收的离散轴向响应信号的波长和光强信息得到归一化的离散轴向响应信号，λk和Ik分别为归一化的离散轴向响应信号第k个采样点处的波长和光强，k＝-i,...,i，-i为归一化的离散轴向响应信号的第一个采样点，i为归一化的离散轴向响应信号的最后一个采样点；S2.利用预设的强度阈值T计算动态阈值Td；S3.归一化的离散轴向响应信号去除预设的Ik小于强度阈值T得到新的归一化的离散轴向响应信号，其中，λl和Il分别为新的归一化的离散轴向响应信号第l个采样点处的波长和光强，l＝-j,....,j，-j为新的归一化的离散轴向响应信号轴向的第一个采样点，j为新的归一化的离散轴向响...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢文龙，陈成，王健，杨文军，刘晓军，周莉萍，付戬，戢子豪，
申请(专利权)人：华中科技大学，深圳华中科技大学研究院，
类型：发明
国别省市：湖北,42