[发明专利]一种基于互相关的二维SPR吸收谱最佳激发角位置识别方法

说明书

该发明公开了一种基于互相关的二维SPR吸收谱最佳激发角位置识别方法。其特点在于使用互相关的方法直接对二维SPR吸收谱上最佳激发角进行高精度自动提取，且不要求SPR吸收圆弧与通光孔径所在圆必须共心。所述方法包括：通过二值化和对翻转前后的图像进行互相关计算粗定位通光孔径所在圆的位置，将物镜后焦面共轭面上的图像传感器采集到的图像裁剪为包含通光孔径的矩形图像；通过局部二值化提高通光孔径和通光孔径外部分的对比度并使用互相关方法精定位通光孔径位置，保留只包含最佳激发角所在圆信息的图像；之后使用互相关方法确定最佳激发角所在圆的圆心，最后通过灰度统计方法得到最佳激发角所在圆的位置。

技术领域

本发明涉及纳米光学检测技术领域，尤其涉及SPR最佳激发角特征提取的方法。

背景技术

二维表面等离子体(Surface plasmon resonance,SPR)是金属表面的自由电子非均匀分布的一种表现，因其能够实现免标记检测等优点使得该特性在材料、化学、生物医学等领域有着广泛的应用。现今常用的SPR耦合方式主要包括棱镜式和高数值孔径显微物镜耦合。其中的高数值孔径物镜式SPR耦合模式下，最佳激发角的特征表现为在物镜后焦面上形成的包含在通光孔径内的一组对称的吸收弧。本发明提出了一种基于互相关的二维SPR吸收谱最佳激发角位置识别方法，能够对通光孔径边界和SPR最佳激发角位置进行精确的定位和识别，通过该方法，能对后焦面上最佳激发角的位置信息进行直接的提取，对比于传统的对通光孔径半径方向的一维提取，该方法具有精度高、识别速度快等优点，且免除了现有二维自动识别方法受SPR信号与通光孔径所在圆共心这一限制条件。

发明内容

(一)要解决的技术问题

目前对SPR最佳激发角位置的图像识别处理往往使用人工方式识别或者进行一维的粗略估计，处理时间长且难以应用到大批量的自动化高精度检测中，而且现有二维自动识别方法受SPR信号与通光孔径所在圆共心这一条件制约。本发明提供了一种基于互相关方法的SPR最佳激发角位置识别方法。

(二)技术方案

为了达成上述目的，本发明提供如下的方案：

步骤1：读取图像传感器采集到的后焦面上的SPR反射图谱图像并将其转为灰度图像，灰度范围[0,GM]；

步骤2：将步骤1所得图像进行分块，进行全局阈值与局部阈值相结合的二值化处理以提高通光孔径区域与背景的对比度，二值化结果灰度值记为0或者GB，建立以图像矩阵左上角为原点，x、y轴正方向分别为向右、向下方向的直角坐标系；

步骤3：使用互相关方法提取通光孔径所在圆的圆心位置，进一步的，所述具体提取方法是：

步骤3.1：将步骤2中得到的二值化后图像分别进行上下、左右的翻转，得到两幅新的图像，而后将这两幅图像与翻转前的图像进行互相关运算，得到两个相关矩阵，分别找到其中最大值在矩阵中的位置，得到上下、左右翻转后图像与原图的通光孔径所在圆的圆心的垂直、水平相对位置；

步骤3.2：根据步骤3.1中得到的图像翻转前后通光孔径所在圆的圆心的垂直、水平相对位置，结合翻转前图像的尺寸，得到翻转前图像中通光孔径所在圆的圆心的位置。

步骤4：根据步骤3中所得通光孔径所在圆的圆心位置，得到通光孔径所在圆半径，进一步的，所述通光孔径所在圆半径提取方法是：

步骤4.1：以步骤3中所得通光孔径所在圆的圆心为中心，统计步骤2中二值化后图像过此中心沿x轴方向直线上的灰度分布；

步骤4.2：根据灰度统计结果中第一个和最后一个灰度值为GB的点在坐标系中的位置，根据二者横坐标差值，得到二者位置间距，所得间距即为通光孔径所在圆直径，进而得到通光孔径所在圆半径。