[發明專利]顯微熱成像方法及其裝置

無效

• 申請號: 200710100165.6
• 申請日: 2007-06-05
• 公開（公告）號: CN101059459A
• 公開（公告）日: 2007-10-24
• 發明（設計）人: 金偉其;高美靜;王霞;隋靖;董立泉;王嶺雪;徐超;劉廣榮
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: G01N25/00
• 分類號: G01N25/00;A61B5/00;H04N5/33;H04N5/217
• 代理公司: 北京理工大學專利中心
• 代理人: 楊志兵

技術領域

本發明涉及一種顯微熱成像的方法與裝置，尤其涉及一種基于非制冷焦平面探測器的顯微熱成像的方法與裝置。

背景技術

熱成像技術目前在工業檢測、醫學診斷和科學研究領域已獲得廣泛的應用，成為有效的熱診斷工具。但目前大多數熱成像系統為望遠工作模式，并不適宜在一些需要顯微分析和檢測場合的應用，難以有效地工作，影響了對事物的認識和故障的分析。例如，在微電子集成芯片及其電路的設計、可靠性分析以及缺陷檢測中，可以利用顯微熱成像技術進行非接觸測量診斷；在生物醫學診斷中，顯微熱成像技術可以對癌細胞的診斷與生長分析提供手段。

為了滿足上述領域的需求，國外90年代開始推出顯微熱成像系統，由于熱顯微鏡屬于放大成像，要求探測器具有較高的熱靈敏度，因此，其核心部件均基于制冷型紅外探測器。由于制冷型紅外探測器價格昂貴，使顯微熱成像技術的應用受到了很大的限制。

目前國內對顯微鏡熱成像技術及其應用的研究還很薄弱，尚無熱成像顯微鏡產品出現，只有進口制冷型熱成像顯微鏡的使用報道。例如，電子5所1996年引進美國的EDO/BARNES公司的顯微紅外熱像儀InfraScope采用液氮制冷的InSb焦平面探測器，配置10^×，5^×，1^×，1/5^×的紅外物鏡，最高空間分辨力可達5μm。由于采用制冷技術，系統不僅成本昂貴，而且體積重量大，使這一技術在國內的推廣應用受到極大的限制。

由于非制冷焦平面探測器具有較高性價比、無需制冷、功耗低、體積小、重量輕等特性，特別是近年來隨著熱成像技術的發展，非制冷焦平面探測器成本大大降低，促進了在各種領域的應用。但目前尚未見到基于非制冷焦平面探測器顯微熱成像的專門報道或產品。

發明內容

針對目前制冷型探測器價高、非制冷探測器靈敏度較低，實際應用缺乏顯微熱分析手段的局面，本發明提供了一種新的顯微熱成像方法，可用于微電子芯片及其電路設計和故障檢測、生物醫學顯微熱成像分析等，為集成芯片的工業檢測、生物醫學診斷和科學研究提供了微細熱分析和檢測技術手段。該發明與國外顯微熱成像方法相比，由于采用了非制冷焦平面探測器組件作為熱成像裝置，所以其體積小，重量輕，價格大大降低，有利于熱顯微鏡的推廣應用。針對非制冷焦平面探測器組件成像，該發明提出了基于場景的自適應非均勻校正技術，明顯減小了非制冷焦平面探測器的非均勻性固定圖案噪聲對系統成像質量的影響，提高了顯微熱成像質量。

本發明所解決的技術問題是采用非制冷焦平面探測器組件完成物體紅外輻射圖像的顯微放大成像以及由于探測器靈敏度偏差而帶來圖像非均勻性問題。非均勻性定義為紅外焦平面探測器陣列在接收同一均勻輻照度時，由于各探測單元之間響應不一致，在輸出圖像中形成網格、曲線斑紋、亮度失衡等固定圖案噪聲，又稱固定模式噪聲，其會對觀察者觀察圖像產生強烈的視覺干擾。

為了解決上述問題，本發明設計實現了特有的顯微熱成像系統和基于場景的自適應非均勻校正技術，有效地獲取了物體的顯微熱圖像，并明顯減小了非均勻性固定圖案噪聲對系統成像質量的影響，使基于非制冷焦平面探測器組件的熱顯微鏡達到實用化水平，可滿足微電子集成電路芯片及其電路設計、醫學診斷和科學研究領域對顯微熱分析的應用需求。

根據上述目的，本發明提供的顯微熱成像方法包括步驟：

(1)通過紅外顯微物鏡將物體的輻射圖像成像在非制冷焦平面探測器組件上；

(2)非制冷焦平面探測器組件將輻射圖像轉換為電子圖像，并按標準視頻輸出；

(3)通過圖像采集卡將標準視頻熱圖像轉化為數字圖像，并存于計算機中；

(4)利用基于場景的自適應非均勻校正方法對數字圖像進行非均勻校正，減小由于探測器靈敏度偏差造成的圖像固定圖案噪聲；具體是分別進行橫向和縱向處理，以橫向處理為例的處理過程如下：

(a)求出每行的像素的均值和方差，對線列兩端的探測元則取其相鄰探測元的平均值；

(b)定義每個通道用于校正的鄰域均值和鄰域方差；

(c)不斷重復通道均衡算法，循環校正，直至產生最優的輸出。

(5)對校正后的圖像進行顯微熱圖像顯示、分析、存儲和其它處理。

本發明還提供了一種與上述方法相應的顯微熱成像裝置，包括紅外顯微物鏡、非制冷焦平面探測器組件、圖像采集卡、顯微熱圖像處理系統、熱顯微鏡支架及電源，其中：

紅外顯微物鏡用于將物體紅外輻射圖像放大成像在非制冷焦平面探測器上；