[發明專利]一種二維表面等離子體最佳激發角位置的高精度識別方法

有效

• 申請號: 201710231385.6
• 申請日: 2017-04-11
• 公開（公告）號: CN107064106B
• 公開（公告）日: 2019-07-05
• 發明（設計）人: 張蓓;王秋生;陳璐;張承乾;劉雨;閆鵬
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G01N21/65
• 分類號: G01N21/65
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

該發明公開了一種二維表面等離子體(SPR)最佳激發角位置的高精度識別方法。所述方法包括：通過局部二值化和霍夫變換粗略定位出通光孔徑圓的位置，并將與物鏡后焦面共軛的圖像傳感器采集到的物鏡后焦面圖像裁剪為包含了通光孔徑圓的W×W正方形矩陣圖像；通過局部二值化提高通光孔徑和通光孔徑外部分的對比度并應用霍夫變換檢測通光孔徑的圓心及半徑；統計通光孔徑內沿半徑方向的灰度值分布，估計SPR最佳激發角所在圓的粗略半徑；在此基礎上結合形態學方法確定SPR最佳激發角附近像素的灰度分布；最后，利用最小二乘方法計算出最佳激發角所在圓的圓心及半徑，得到SPR最佳激發角精確位置。

技術領域

本發明涉及納米光學檢測技術領域，尤其涉及二維表面等離子體最佳激發角特征提取的方法。

背景技術

表面等離子體(Surface Plasmon Resonance，SPR)是金屬表面的自由電子流在外部電場如電子流或入射光場等的作用下進行規則的振蕩運動而形成的一種表面電磁波，能夠納米薄膜或結構進行精確地定量表征，在生物醫學、材料、化學等領域有廣泛的應用。常用的SPR耦合方法有棱鏡式和高數值孔徑(NA)油浸顯微物鏡耦合兩種，其中棱鏡耦合SPR技術對應的SPR最佳激發角特征通常是一條黑色的光帶，識別方式簡單且已相對成熟。顯微物鏡耦合SPR技術是一種新型的高分辨率納米檢測技術，能夠實現橫向結構在亞納米尺度的高分辨率檢測，其對應的SPR最佳激發角特征是包含在系統通光孔徑內的一個二維圓環(徑向偏振入射)或圓弧(線性偏振入射)吸收帶。針對這一類型的二維SPR最佳激發角圖譜，目前通常采用人工識別或者進行一維粗略識別的方法。本發明提出了一種二維SPR最佳激發角位置高精度自動識別方法，能夠對二維的通光孔徑邊界和SPR最佳激發角圖譜位置分別進行精確的定位和識別，通過該方法，能對后焦面上最佳激發角的位置信息進行全面的提取，對比傳統的對通光孔徑半徑方向的一維提取，該方法具有精度高、可以完成對后焦面信息全面提取以及能實現大批量圖像的全自動快速識別等優點。

發明內容

(一)要解決的技術問題

目前對后焦面圖像的處理通常采用人工識別或者進行一維粗略識別的方法，操作繁瑣且難以實現自動化地高精度檢測。為解決二維SPR最佳激發角位置的精確識別問題，本發明提供了一種高精度的二維SPR最佳激發角位置自動識別方法。

(二)技術方案

為了達成上述目的，本發明提供如下的方案：

步驟1：獲得圖像傳感器采集的后焦面圖像數據，轉為雙精度圖像數據矩陣并進行歸一化處理；

步驟2：歸一化后的圖像分成不同的子塊，進行全局閾值與局部閾值相結合的二值化處理，以此保證二值化后的通光孔徑清晰區別于通光孔徑外部分；以二值化之后圖像的左上角為原點，x、y軸正方向分別為右、下方向建立坐標系；

步驟3：采用霍夫變換對通光孔徑邊界進行粗定位，檢測到通光孔徑的圓心(x₀,y₀)和半徑R₀，依據此粗定位結果，以圓心為中心，取裕量ΔR并以2(R₀+ΔR)為邊長W，將原始圖像裁剪為W×W大小的正方形圖像，裁減掉大量通光孔徑外部分，建立以新的正方形矩陣左上角為原點的新坐標系；

步驟4：對裁剪后圖像進行局部二值化處理，使通光孔徑明顯區分于通光孔徑外部分。局部二值化時需設置圖像分塊大小，將圖像分為N個區域并單獨設置閾值，以此保證二值化后通光孔徑圓斑的輪廓清晰，減小背景噪聲的影響。對二值化結果直接進行霍夫變換，即可得到通光孔徑邊界的精密位置；

步驟5：將通光孔徑邊界與SPR最佳激發角所在圓兩圓視為同心，計算通光孔徑內部沿半徑方向的灰度值分布，得到SPR最佳激發角附近灰度值有一個明顯的凹陷，此處即為SPR最佳激發角所在圓的粗略半徑，得到粗估計值R₂；