[發明專利]基于多重修正的熒光染色薄膜厚度測量標定方法

有效

• 申請號: 202110429859.4
• 申請日: 2021-04-21
• 公開（公告）號: CN113188456B
• 公開（公告）日: 2022-08-19
• 發明（設計）人: 王文中;陳虹百;梁鶴;趙自強
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: G01B11/06
• 分類號: G01B11/06
• 代理公司: 北京理工大學專利中心 11120
• 代理人: 代麗;郭德忠

本發明以若干不同標準厚度薄膜的熒光照片作為樣本，基于多項式并考慮熒光成像區域的光學特性，建立薄膜厚度與熒光強度之間的關系式，構建標定系數方程組并求解，使用統計學方法減小隨機誤差，得到標定系數表。拍攝待測薄膜的熒光照片，基于標定系數表以及薄膜厚度與熒光強度之間的關系式，計算得到每一像素單元對應的薄膜厚度。通過再次測量標準厚度薄膜，得到測量誤差分布情況，對標定系數與測量值進行校正，可顯著減小由非線性、熒光成像區域光學特性以及熒光強度隨機性帶來的測量誤差，能有效提高熒光染色薄膜厚度的測量精度以及量程。

技術領域

本發明涉及測量標定技術領域，具體涉及一種基于多重修正的熒光染色薄膜厚度測量標定方法。

背景技術

熒光染色薄膜厚度測量技術是一種通過激發誘導熒光成像，測量透明熒光染色薄膜厚度的技術，可用于測量液體和固體薄膜的厚度，如測量結構間隙的高度、表面凹槽的深度以及LED熒光薄膜厚度等，在機械、電子、生物等行業中均有應用。

為定量測量薄膜厚度，需要通過標定得到薄膜厚度與熒光強度之間的關系式，確定關系式中各項標定系數，進而可由熒光強度計算出薄膜厚度。然而，在實際的測量過程中，熒光強度與薄膜厚度之間的非線性關系、熒光成像區域的光學特性、以及熒光強度的隨機性等均會造成測量誤差，使常規熒光厚度測量技術的量程受到限制，精度難以保證。

發明內容

有鑒于此，本發明提供了一種基于多重修正的熒光染色薄膜厚度測量標定方法，能夠顯著減小由非線性、熒光成像區域光學特性以及熒光強度隨機性帶來的誤差，能有效提高熒光染色薄膜厚度的測量精度以及量程。

本發明的一種基于多重修正的熒光染色薄膜厚度測量標定方法，以若干不同標準厚度薄膜的熒光照片作為樣本，基于多項式并考慮熒光成像區域的光學特性，建立薄膜厚度與熒光強度之間的關系式，構建標定系數方程組并求解，使用統計學方法減小隨機誤差，得到標定系數表；

拍攝待測薄膜的熒光照片，基于標定系數表以及薄膜厚度與熒光強度之間的關系式，計算得到每一像素單元對應的薄膜厚度；

通過再次測量標準厚度薄膜，得到測量誤差分布情況，對標定系數與測量值進行校正；

使用校正過的計算公式，重新計算薄膜厚度作為最終厚度。

其中，所建立的薄膜厚度與熒光強度之間的關系式為：

其中，i、j分別為像素單元所在行和列的編號；n為基函數階次的編號，n＝0,1,2…N；N為基函數的總階數；k為圖片編號，k＝1,2,3…K；K為圖片總數；為第k張圖片的第i行、第j列像素單元對應的薄膜厚度；為第i行、第j列像素單元對應的第n階標定系數；為第k張圖片的第i行、第j列像素單元對應的第n階基函數，其表達式為：

其中，N_p為考慮使用的多項式的階數；為第k張圖片的第i行、第j列像素單元對應的熒光強度；為第k張圖片的第i行、第j列像素單元對應的第(n-N_p+1)階熒光成像區域對應的像素單元的熒光強度之和，其表達式為：

其中，r為熒光成像區域階次的編號。

其中，使用分組平均擬合法時，構建標定系數線性方程組為：

其中，m為圖片分組編號，m＝1,2,3…M；M為圖片總組數；為第m組第k張圖片的第i行、第j列像素單元對應的第n階基函數項；為第m組圖片的第i行、第j列像素單元對應的第n階標定系數；為第m組第k張圖片的第i行、第j列像素單元對應的薄膜厚度；此時要求K＝N+1；

求解標定系數線性方程組，對各個樣本組得到的標定系數計算均值如下：