一种成像椭圆偏振仪的焦平面自动聚焦方法技术

本发明专利技术属于光学设备聚焦技术领域，属于成像椭圆偏振仪技术领域的光学设备自动聚焦相关技术，涉及一种通过分析焦平面附近图像边缘探测进行成像椭圆偏振仪的焦平面自动聚焦的方法，具体步骤包括：图像采集、边缘检测、确定精准焦平面位置、开发板选取、聚焦应用；与现有技术相比，可以更加快速有效地确定成像椭圆偏振仪的焦平面，对半透明、微小生物样品测量节省了聚焦时间；不需要选择阈值，非常容易使用；测量的偏振光与物质光学相互作用得到椭偏图像数据焦平面变化比同时CCD取图同样处理方法得到的数据灵敏度更高；其成像椭偏图焦平面确定的灵敏度高，整体设计原理科学可靠，实现工艺步骤简单，自动聚焦效果好，应用价值高，应用环境友好。环境友好。环境友好。

【技术实现步骤摘要】
一种成像椭圆偏振仪的焦平面自动聚焦方法

：
[0001]本专利技术属于光学设备聚焦
，属于成像椭圆偏振仪
的光学设备自动聚焦相关技术，涉及一种通过分析焦平面附近图像边缘探测进行成像椭圆偏振仪的焦平面自动聚焦的方法，并将其应用在相关


技术介绍
：
[0002]成像椭圆偏振(椭偏)仪技术是在传统椭偏仪基础上增加CCD相机实现用椭圆偏振光成像的技术，是结合了一般椭偏仪厚度方向高分辨率以及样本平面内高分辨率的一种高精度测量方法。成像椭圆偏振仪技术除了像一般椭圆偏振仪一样可以提供薄膜厚度和折射率等相关信息，还可以提供被测样品的实时动态视频和图像，成像椭偏技术正在引起其他学科如生物医药研究人员越来越多的兴趣，例如研究人员发现与表面等离子共振(SPR)联用，成像椭偏技术可以实现生物芯片和生物传感器的检测。这些跨学科的研究领域给椭偏技术带来了新研究热点的同时也给该技术带来了挑战，例如在非稳定液体表面进行薄膜测量和显微成像等。
[0003]一方面成像椭偏仪可以无损、不需染色标记地对亚微米尺度的细菌生物细胞以及其它生物样品测量；另一方面，生物应用时，一些活细胞在环境中不够稳定，有时可能很快死亡，而活细胞的特性在观测期间发生变化更为常见。在时间有限的情况下，由于可以确保快速准确定位到感兴趣的位置，自动聚焦技术变得尤为重要。但是在实际应用中由于更加复杂的偏振光
‑
物质相互作用，很多对一般形貌图像照相(例如普通相机和全息照相)有效的自动聚焦方法不再适用于成像椭偏仪的自动聚焦。除此之外由于成像椭圆偏振仪的工作方式与一般光学成像系统有所不同，其物镜平面与成像透镜有夹角，而CCD与物镜平面平行，使得成像椭圆偏振仪成像原理更加复杂，增加了在测量微小、半透明的生物样品时聚焦定位的难度。
[0004]传统相机的自动聚焦方法分为主动型聚焦方法与被动型聚焦方法(ChenCY，Hwang RC，Chen YJ.A passive auto
‑
focus camera control system.Appl SoftComput.2010；10(1):296
‑
303)。主动型聚焦方法利用红外或超声波信号发送到目标，并根据反射信号的到达时间来测量物体距离进行聚焦。被动型聚焦方法通过图像分析实现，例如：对全息照片通过分析图片谱图确定焦平面(LieblingM，Unser M.Autofocus for digital Fresnel holograms by use ofa Fresnelet
‑
sparsitycriterion.J Opt SocAmA
‑
Opt Image Sci Vis.2004；21(12):2424
‑
30)；对CCD照片里面气泡和微粒进行灰度值梯度分析确定它们是否在焦平面上(Broder D， Sommerfeld M.Planar shadow image velocimetry for the analysis of thehydrodynamics in bubbly flows.Meas Sci Technol.2007；18(8):2513
‑
28)；对扫描电镜图片进行高频成分或边缘分析以及梯度探测边缘确定焦平面位置(GroenFCA，Young IT，Ligthart G.A comparison of different focus functions for use inautofocus algorithms.Cytometry.1985；6(2):81
‑
91.)；或进行离散小波变换来判断图像是否锐利(Chen CY，Hwang RC，ChenYJ.Apassive auto
‑
focus camera controlsystem.Appl Soft Comput.2010；10(1):296
‑
303)等方法来确定焦平面位置。
[0005]传统的检测焦平面方法一般基于在不同聚焦深度图像清晰度的不同，图像边缘的锐利与否，例如张国峰；石旭；符郁；陈航；海振坤；熊志仁；陈瑞云；秦成兵；肖连团；贾锁堂在2019年专利技术的一种激光共聚焦显微镜的自动聚焦的方法[P]，专利号为CN201911009133.4，他们用CCD进行实时采集样品玻片表面(反射激光的面)的反射光，将采集到的图像转换成灰度值二维矩阵，通过测量其中图片灰度值最大位置得到焦平面位置；约翰
·
B
·
普特曼；马修
·
C
·
普特曼；瓦迪姆
·
潘斯基；丹尼斯
·
Y
·
沙鲁霍夫2019年专利技术的纳米电子成像有限公司的用于自动显微镜聚焦的系统、装置和方法[P]，专利号：CN201980029638.9通过利用定位在图像共轭平面的不同侧上的多个聚焦相机，用由偏移聚焦相机拍摄的图像确定的清晰度值来确定焦点。
[0006]椭圆偏振仪不是基于简单光学原理，它通过测量从样品反射的偏振光的振幅和相位获得样品的信息以揭示更细微的特征，在对厚度变化有要求的半导体工业等领域得到了广泛的应用。基于椭圆偏振仪的成像椭偏仪与一般相机、显微镜、全息照片都不同，椭圆偏振图像随不同聚焦深度还可能有完全不同的特征，例如，癌细胞(Chen Y
‑
D，Hsu HY，Khaleel MI，Chang Y
‑
C，Wu C
‑
H， Wu H
‑
C.Study of Biological Reaction in Cancer Cell with Spectroscopic ImagingEllipsometry.In:Verma P，EgnerA，editors.Nanoimaging andNanospectroscopy Iv. Proceedings ofSPIE.99252016.)，和变形链球菌细胞(Khaleel MI，ChenY
‑
D， Chien C
‑
H，Chang Y
‑
C.Microscopic imaging ellipsometry of submicron
‑
scalebacterial cells.Tropical Journal ofPharmaceutical Research.2017；16(11):2713
‑
25) 的情况。
[0007]其它收集形貌图像(包括全息相片)的相机相对比较容易实现自动聚焦，例如用自动聚焦评价函数法时，只收集一次走过包括焦平面的一组全行程聚焦深度图像，即可分析得到可靠的焦平面位置。例如下面这个确定全息照片焦平面的工作：Langehanenberg P，KemperB，Dirksen D，von Bally G.Autofocusingin digital hologr本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种成像椭圆偏振仪的焦平面自动聚焦方法，其特征在于：具体步骤包括：(1)图像采集：通过移动样本载台变化成像椭圆偏振仪的物镜聚焦深度，在物镜的聚焦深度全行程上逐点采集椭圆偏振图像；(2)边缘检测：将步骤(1)采集的各个聚焦深度椭偏图像Ip或Is进行边缘检测；(3)确定精准焦平面位置：选取检测得到的横向和纵向边缘最清晰位置，确定为该测量样本的精准焦平面位置，进而实现成像椭圆偏振仪的焦平面自动聚焦；(4)开发板选取：所述的开发板为Arduino，STM32或现场可编程门阵列(FPGA)式的开发板；通过开发板控制样本载台使物镜聚焦深度走过包括焦平面整个行程，全行程取多点成像椭圆偏振仪的Ip或Is图像。(5)聚焦应用：通过开发板控制电机移动样本载台，使物镜聚焦到焦平面位置，再进一步的进行成像椭偏测量而实现应用。2.根据权利要求1所述的一种成像椭圆偏振仪的焦平面自动聚焦方法，其特征在于：成像椭圆偏振仪的辅助聚焦的控制的具...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭海燕，吴锜，
申请(专利权)人：郭海燕，
类型：发明
国别省市：