非线性最小二乘修正的荧光染色薄膜厚度测量标定方法技术

本发明专利技术提供了一种非线性最小二乘修正的荧光染色薄膜厚度测量标定方法，能够实现对非线性误差和随机误差的修正，显著减小由荧光强度和薄膜厚度之间的非线性关系以及荧光强度的随机性所带来的测量误差，有效提高荧光染色薄膜厚度的测量精度以及量程。本发明专利技术考虑荧光染色薄膜厚度测量标定过程中荧光强度与薄膜厚度之间的非线性以及由荧光强度随机性所导致的测量误差，基于多项式和最小二乘法得到标定系数，实现对非线性误差和随机误差的修正。本发明专利技术提供的标定方法可显著减小由荧光强度与薄膜厚度之间的非线性以及标定过程中荧光强度的随机误差导致的测量误差，能有效提高荧光染色薄膜厚度的测量精度以及量程。光染色薄膜厚度的测量精度以及量程。光染色薄膜厚度的测量精度以及量程。

【技术实现步骤摘要】
非线性最小二乘修正的荧光染色薄膜厚度测量标定方法


[0001]本专利技术涉及测量标定
，具体涉及一种非线性最小二乘修正的荧光染色薄膜厚度测量标定方法。

技术介绍

[0002]荧光染色薄膜厚度测量技术是一种通过激发诱导荧光成像，测量透明荧光染色薄膜厚度的技术，可用于测量液体和固体薄膜的厚度，如测量结构间隙的高度、表面凹槽的深度以及LED荧光薄膜厚度等，在机械、电子、生物等行业中均有应用。
[0003]为定量测量厚度，需要通过标定得到薄膜厚度与荧光强度之间的关系式，确定关系式中各项标定系数，进而可由荧光强度计算出薄膜厚度。然而，由于实际荧光强度与薄膜厚度之间存在非线性关系，并且受到各种因素影响，实际的标定过程中荧光强度往往存在随机性，这给标定系数的计算带来了非线性误差和随机误差，使得基于常规标定方法测量的精度难以保证。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本专利技术提供了一种非线性最小二乘修正的荧光染色薄膜厚度测量标定方法，能够实现对非线性误差和随机误差的修正，显著减小由荧光强度和薄膜厚度之间的非线性关系以及荧光强度的随机性所带来的测量误差，有效提高荧光染色薄膜厚度的测量精度以及量程。
[0005]本专利技术的一种非线性最小二乘修正的荧光染色薄膜厚度测量标定方法，以若干不同标准厚度薄膜的荧光照片作为样本，使用基函数构造薄膜厚度与荧光强度之间的关系式，使用最小二乘法进行非线性拟合，构建最小二乘法标定系数线性方程组并求解，得到标定系数表；
[0006]对于待测厚度薄膜的荧光照片，基于标定系数表以及薄膜厚度与荧光强度之间的关系式，计算得到每个像素单元对应的厚度。
[0007]其中，薄膜厚度与荧光强度之间的关系式为：
[0008][0009]其中，h
i,j
为待测图片的第i行、第j列像素单元对应的薄膜厚度，为第i行、第j列像素单元对应的第n阶标定系数，g
i,j
为待测图片的第i行、第j列像素单元对应的荧光强度，i、j分别为像素单元所在行和列的编号；n为基函数的阶次；N为基函数的总阶数。
[0010]其中，所述最小二乘法标定系数线性方程组为：
[0011][0012]其中，k为图片编号，k＝1，2,3
…
K；K为图片总数；为第k张图片的第i行、第j列像素单元对应的薄膜厚度；为第i行、第j列像素单元对应的第k张图片的荧光强度。
[0013]其中，待测像素单元的薄膜厚度为：
[0014][0015]其中，g
i,j
为待测图片的第i行、第j列像素单元对应的荧光强度，h
i,j
为待测图片的第i行、第j列像素单元对应的薄膜厚度。
[0016]其中，其特征在于，通过以下步骤实现：
[0017]步骤S1:拍摄不同标准厚度薄膜的荧光照片，总数为K；
[0018]步骤S2:对每张图片的某一像素单元，构建标定系数线性方程组：
[0019]步骤S3:对所有像素单元执行步骤S2，得到标定系数表；
[0020]步骤S4:使用同一光学系统，拍摄待测薄膜的荧光照片；
[0021]步骤S5:使用步骤S3得到的标定系数表，根据薄膜厚度与荧光强度值之间的关系式，计算每一像素单元对应的薄膜厚度。
[0022]其中，用于采用荧光成像系统测量经荧光染色的液体或固体薄膜厚度时的标定。
[0023]有益效果：
[0024]本专利技术考虑荧光染色薄膜厚度测量标定过程中荧光强度与薄膜厚度之间的非线性以及由荧光强度随机性所导致的测量误差，基于多项式和最小二乘法得到标定系数，实现对非线性误差和随机误差的修正。本专利技术提供的标定方法可显著减小由荧光强度与薄膜厚度之间的非线性以及标定过程中荧光强度的随机误差导致的测量误差，能有效提高荧光染色薄膜厚度的测量精度以及量程。
附图说明
[0025]图1为本专利技术非线性最小二乘法的实际操作过程流程图。
具体实施方式
[0026]下面结合附图并举实施例，对本专利技术进行详细描述。
[0027]在荧光染色薄膜厚度测量的标定过程中，荧光强度与薄膜厚度之间存在非线性，并且受到各种因素影响，荧光强度具有一定的随机性，这给标定系数的计算带来了误差，使
得测量精度难以保证。因此，考虑在荧光染色薄膜厚度测量的标定过程中基于多项式进行最小二乘修正，可以显著减小由荧光强度与薄膜厚度之间的非线性以及随机性带来的测量误差，提高荧光染色薄膜厚度的测量精度以及量程。
[0028]本专利技术提出了一种考虑非线性最小二乘修正的荧光厚度测量标定方法，适用于采用荧光成像系统测量经荧光染色的液体或固体薄膜厚度时的标定。在标定时考虑由荧光强度与薄膜厚度之间的非线性以及荧光强度的随机性带来的测量误差，具体为：以若干不同标准厚度薄膜的荧光照片作为样本，使用基函数构造薄膜厚度与荧光强度之间的关系式，使用最小二乘法进行非线性拟合，构建最小二乘法标定系数线性方程组并求解，得到标定系数表；
[0029]对于待测厚度薄膜的荧光照片，基于标定系数表以及薄膜厚度与荧光强度之间的关系式，计算得到每个像素单元对应的厚度。
[0030]其中，薄膜厚度与荧光强度之间的关系式为：
[0031][0032]其中，h
i,j
为待测图片的第i行、第j列像素单元对应的薄膜厚度，为第i行、第j列像素单元对应的第n阶标定系数，g
i,j
为待测图片的第i行、第j列像素单元对应的荧光强度，i、j分别为像素单元所在行和列的编号；n为基函数的阶次；N为基函数的总阶数。
[0033]构建的最小二乘法标定系数线性方程组为：
[0034][0035]上述式中，k为图片编号；K为图片总数；为第i行、第j列像素单元对应的第k张图片的荧光强度；为第k张图片的第i行、第j列像素单元对应的薄膜厚度。
[0036]求解标定系数线性方程组后，得到标定系数数组以及标定系数表，则待测像素单元的薄膜厚度可用下式计算：
[0037][0038]本专利技术标定方法具体流程如图1所示，通过如下步骤实现：
[0039]步骤S1:拍摄不同标准厚度薄膜的荧光照片，总数为K；
[0040]步骤S2:对每张图片的某一像素单元，构建标定系数线性方程组：
[0041][0042]步骤S3:对所有像素单元执行步骤S2，得到标定系数表；
[0043]步骤S4:使用同一光学系统，拍摄待测薄膜的荧光照片；
[0044]步骤S5:使用步骤S3得到的标定系数表，根据薄膜厚度与荧光强度值之间的关系式，计算每一像素单元对应的薄膜厚度：
[0045][0046]综上所述，以上仅为本专利技术的较佳实施例而已，并非用于限定本专利技术的保护范围。凡在本专利技术的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本专利技术的保护范围之内。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种非线性最小二乘修正的荧光染色薄膜厚度测量标定方法，其特征在于，以若干不同标准厚度薄膜的荧光照片作为样本，使用基函数构造薄膜厚度与荧光强度之间的关系式，使用最小二乘法进行非线性拟合，构建最小二乘法标定系数线性方程组并求解，得到标定系数表；对于待测厚度薄膜的荧光照片，基于标定系数表以及薄膜厚度与荧光强度之间的关系式，计算得到每个像素单元对应的厚度。2.如权利要求1所述的非线性最小二乘修正的荧光染色薄膜厚度测量标定方法，其特征在于，薄膜厚度与荧光强度之间的关系式为：其中，h
i,j
为待测图片的第i行、第j列像素单元对应的薄膜厚度，为第i行、第j列像素单元对应的第n阶标定系数，g
i,j
为待测图片的第i行、第j列像素单元对应的荧光强度，i、j分别为像素单元所在行和列的编号；n为基函数的阶次；N为基函数的总阶数。3.如权利要求2所述的非线性最小二乘修正的荧光染色薄膜厚度测量标定方法，其特征在于，所述最小二乘法标定系数线性方程组为：其中，k为图片编号，k＝1，2,3
…
K；K为图片总数；为第k张图片的第i行、第j列像素单元对应的薄膜厚度；...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁鹤，陈虹百，王文中，赵自强，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：