[发明专利]一种SPR与波导混合吸收谱特征位置的二维识别方法

说明书

该发明公开了一种SPR与波导混合吸收谱特征位置的二维识别方法。其特点在于对二维表面等离子体(Surface plasmon resonance,SPR)多模式吸收谱对应的各激发角进行高精度自动提取。所述方法包括：通过互相关方法粗略定位出通光孔径所在圆位置，并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所在圆的矩形图像；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通过互相关方法精确定位通光孔径位置，将通光孔径所在圆外图像信息移除，得到只包含多模式吸收谱对应的各激发角所在圆信息的图像；之后通过互相关方法确定多模式吸收谱对应的各激发角所在圆的圆心，通过分区域的灰度统计方法确定多模式吸收谱对应的各激发角的位置。

技术领域

本发明涉及纳米光学检测技术领域，尤其涉及SPR多模式吸收谱各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流在外部电场如电子流或入射光场等的作用下进行规则的振荡运动而形成的一种表面电磁波，在生物医学、材料、化学等领域有广泛的应用。目前常用高数值孔径的显微物镜来激发SPR。当所采用的样品为Kretschmann三明治结构时，其对应的特征是在物镜的后焦面上有一对SPR吸收弧。这种结构对显微物镜的数值孔径要求较高。如果在Kretschmann样品结构上方再放置一层金属，即可形成一种波导与SPR相混合的一种多模式吸收谱，其在后焦面上对应的特征是包含在系统通光孔径内的多个共心且正交的二维圆环(径向偏振入射)或圆弧(线性偏振入射)吸收带。本发明针对这种多模式吸收谱，提出了一种对各模式的位置进行识别的方法，通过该方法，能对后焦面上多模式吸收谱的各激发角对应的位置信息进行直接的提取，该方法具有精度高、可以完成对后焦面信息进行二维提取以及实现SPR多模式吸收谱各激发角对应位置的识别等优点。

发明内容

(一)要解决的技术问题

解决波导模式与SPR相混合形成的多模式吸收谱的高精密识别方法。

(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多模式吸收谱并将其转换为灰度图像；

步骤2：对步骤1所得图像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，将二值化后图像进行翻转，对翻转前与翻转后图像使用互相关方法对通光孔径所在圆进行粗定位，基于定位结果，取合适裕量将步骤1中所得图像进行裁剪以去除大部分通光孔径所在圆的圆外区域，得到N×N大小的矩形图像，建立以裁剪后图像左上角为原点，x、y轴正方向分别为向右、向下方向的直角坐标系；

步骤3：对步骤2所得图像进行全局阈值与局部阈值相结合的二值化处理，在获取局部阈值时需要将图像进行分块，为了使得通光孔径边缘清晰，此处选择较小的分块来进行二值化的处理，随后对通光孔径所在圆使用互相关方法进行精定位，将二值化后的图像进行反色，根据通光孔径所在圆精定位结果，将通光孔径所在圆的圆外部分及圆周附近像素灰度置零，以突出显示多模式吸收谱各激发角所在圆的信息，而后将所得图像进行中值滤波以滤除与多模式吸收谱各激发角所在圆无关的离散点噪声，得到只包含多模式吸收谱各激发角所在圆信息的图像；

步骤4：对步骤3所得图像使用互相关方法，获取多模式吸收谱各激发角对应的多对正交吸收圆弧的圆心位置；

步骤5：以步骤4中得到的多模式吸收谱各激发角对应的多对正交吸收圆弧的圆心为中心，统计在通光孔径所在圆区域内，不同方向上的像素灰度分布，在统计结果中，多模式吸收谱各激发角对应的多对正交吸收圆弧的部分会有数个灰度极小值点，以此来确定多模式吸收谱各激发角上多对正交吸收圆弧的半径，进一步的，所述多模式吸收谱各激发角对应的多对正交吸收圆弧半径的提取方法是：