[发明专利]一种成像椭圆偏振仪的焦平面自动聚焦方法

说明书

本发明属于光学设备聚焦技术领域，是成像椭圆偏振仪技术领域的光学设备相关技术，涉及一种通过分析生物样品聚焦前后图像相关性变化进行成像椭圆偏振仪自动聚焦的方法及其再实际中的应用，包括选取图像、确定特征轮廓、用结构因子增强特征轮廓和生成样本特征因子矩阵等工艺步骤，能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聚焦时间；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的数据灵敏度更高，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。

技术领域：

本发明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相关技术，涉及一种通过分析聚焦前后图像相关性变化进行成像椭圆偏振仪自动聚焦的方法及其再实际中的应用。

背景技术：

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可以提供被测样品的实时动态视频和图像，也提供了薄膜厚度和折射率等相关信息，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，例如研究人员发现利用成像椭偏技术可以和表面等离子共振(SPR)联用，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。

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、半透明的生物样品聚焦定位的难度。

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(Chen CY，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(Liebling M，Unser M.Autofocus fordigital Fresnel holograms by use ofa Fresnelet-sparsity criterion.J OptSocAmA-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渠确定它们是否在焦平面上(Broder D，Sommerfeld M.Planar shadow imagevelocimetry for the analysis of the hydrodynamics in bubbly flows.Meas SciTechnol.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(Groen FCA，Young IT，Ligthart G.A comparison of differentfocus functions for use in autofocus 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 control system.Appl Soft Comput.2010；10(1):296-303)等方法来确定焦平面位置。